受体药理学

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1、分子药理学 内部讲义 蛋白激酶蛋白激酶 蛋白质的可逆磷酸化是信号转导过程中一个重要的调节机制。蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的 丁磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。 蛋白激酶可分为蛋白激酶可分为 5 类类： 蛋白丝氨酸苏氨酸激酶、蛋白酪氨酸激酶、蛋白组赖精氨酸激酶、蛋白半胱氨酸激酶、蛋白天冬 氨酸谷氨酸激酶。 蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面蛋白激酶在信号转导中的主要作用有两个方面： 一 是通过磷酸化调节蛋白质的活性， 磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制， 有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有活性； 二 是通过蛋白

2、质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞效应。 连接蛋白连接蛋白 在细胞信号转导过程中，多数受体不能直接引起相关效应，而需要通过一些“接头蛋白”介导。在介导的级联反 应过程中，传递的信号被逐级放大，最终到达效应器，产生相关的细胞效应 接头蛋白(adaptor)是指一些具有 SH2 或 SH3 结构域的蛋白质，它们本身没有酶活性，但通过识别和结合特异的 氨基酸序列而构成信号转导复合物， 使信号得以逐级下传。 SH2 结构域能专一性地识别酪氨酸磷酸化位点， SH3 结构域则能专一性识别多脯氨酸序列。由于识别的氨基酸序列不同，它们又能被分为许多亚型，从而使信号转 导过程复杂而多样化。常见的接头蛋白有

3、 GRB2 等。 G 蛋白蛋白 广义的 G 蛋白是指所有能与 GTP 结合的蛋白质。G 蛋白是由、3 个亚基组成的异三聚体，位于细胞膜 的胞质侧。二聚体通过共价结合锚于细胞膜上，起稳定亚基的作用，而亚基本身具有 GTP 酶活性，能 使 GTP 水解。 广义的 G 蛋白是指所有能与 GTP 结合的蛋白质。G 蛋白是由、3 个亚基组成的异三聚体，位于细胞膜 的胞质侧。二聚体通过共价结合锚于细胞膜上，起稳定亚基的作用，而亚基本身具有 GTP 酶活性，能 使 GTP 水解。 第二信使第二信使 第二信使是指受体被激活后在细胞内产生的介导信号转导通路的活性物质。第二信使在信号的传递放大过程中 起着至关重要

4、的作用，它包括了一些小分子或离子，如 cAMP、cGMP、二酰甘油(DG)、三磷酸肌醇(1P3)、Ca2+ 等，它们是信号得以正常地逐级下传所不可或缺的。第二信使胞内浓度的升高导致酶蛋白或非酶类蛋白活性的 改变，继而调节葡萄糖的摄取和利用、脂质的储存和动员、细胞产物的分泌等生理现象，还能通过对特定基因 转录活性的调节，参与细胞增殖、分化、凋亡的调控，从而发挥广泛的生物学效应。 受体的分类与功能受体的分类与功能 受体是细胞表面或亚细胞组分的一类生物大分子， 可以特异性识别， 并与有生物活性的化学信号物质(配 体)结合，从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应。受体主要有

5、两 方面的功能：一是识别特异的信号物质一配体，与之结合；二是把识别和接受的信号准确无误地放大并 传递到细胞内，启动一系列细胞内信号级联反应，最后导致特定的细胞生物学效应。要使细胞间的信号 华侨大学 分子药物研究所 2009 1 分子药理学 内部讲义 转换为细胞内信号，受体的两个功能缺一不可。根据受体结构和功能不同，一般可分为以下几类。 1离子通道型受体离子通道型受体 离子通道型受体由多亚基组成受体离子通道复合体，本身既有信号结合位点，又是离子通道。其跨膜 信号转导无需中间步骤，反应快，一般只需几毫秒。它们分为两类：一类是配体依赖性复合体，另一类 为电压依赖性复合体。 配体依赖性复合体常见于神经

6、细胞和神经肌肉接头处。 属于此类受体的有烟碱型乙酰胆碱受体(nAchR)、 氨基丁酸受体(GABAR)、甘氨酸受体、谷氨酸天冬氨酸受体、5羟色胺受体和 ATP 受体等。它们都是由 几个亚基组成的寡聚体蛋白，当神经递质与受体结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道的关闭或开启，改 变质膜的离子通透性，将细胞外的化学信号转换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性，产生生物效应。 电压依赖性复合体是单个大分子多肽，每个分子含有 4 个同源重复序列，跨膜形成离子通道。二氢吡啶受 体是这类复合物的代表之一，二氢吡啶对该复合体的影响可调节 L 型 Ca2+慢通道。 2G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体 这类受体具有

7、七段跨膜的。螺旋结构，故也称七次跨膜受体。受体本身并不具有酶活性，也不直接导致第 二信使的生成。但这类受体与鸟苷酸结合调节蛋白(guaninenucleotidebinding regulatory proteins，G 蛋白)偶联， 通过 G 蛋白触发多种细胞内信使系统，继而作用于信号酶或离子通道，引起生物效应，故将这类受体称为 G 蛋 白偶联受体。G 蛋白偶联受体介导多样化的细胞外信号分子的细胞应答，包括多种肽类激素、局部介质、神经 递质和氨基酸或脂肪酸衍生物以及光量子。 3受体酪氨酸蛋白激酶受体酪氨酸蛋白激酶 这是一类本身具有酪氨酸激酶活性的跨膜受体蛋白，由 3 个部分组成：与配体结合的

8、胞外结构域；中段只 有 1 个跨膜区段的结构域；成为本类受体特征的，有酪氨酸激酶活性的胞内结构域。 它们的配体多数为细胞生长因子如血小板衍生生长因子(PDGF)、表皮细胞生长因子(EGF)、成纤维细胞生 长因子(FGF)等。配体与受体结合后，通过受体本身和底物蛋白酪氨酸残基的磷酸化及由此而引发的酶促级联 反应，调节细胞的生长、分化及代谢等，因此把这类受体称为受体酪氨酸激酶(receptor tyrosme kinase，RTK)， 或称酪氨酸蛋白激酶(protein tyrosine kinase，PTK)型受体。 4酪氨酸蛋白激酶偶联受体酪氨酸蛋白激酶偶联受体 此类受体本身并不具有酪氨酸激酶

9、的活性，但其细胞内侧含有蛋白酪氨酸激酶的结合部位。当受体与配体 结合后，由于受体构象的改变，可结合并激活 JAK 类蛋白酪氨酸激酶，从而启动细胞内的信号转导过程。这类 受体的配体主要为生长因子和细胞因子如生长激素、促红细胞生长素、干扰素、白细胞介素等。 5细胞内受体细胞内受体 细细胞内受体存在于细胞质和(或)细胞核之中， 与穿过细胞膜的配体结合， 通过激活酶来发挥生物学效应。 一氧化氮(NO)和甾体类激素就是两个例子。在许多组织中，NO 是一种传递体。它没有专门的储存和释 放调节机制，当需要时，由精氨酸为底物，经过一氧化氮合酶(nitrlc oxide synthase，NOS)合成。NO 是

10、 一种自由基性质的气体，具脂溶性，能快速透过细胞膜扩散，与各种各样的胞内 NO 受体蛋白结合。甾 体激素均为相对分子质量 300 左右的脂溶性小分子， 可自由通透进入细胞内， 与细胞内相应受体结合后 产生效应。它们包括肾上腺皮质激素、性激素和维生素 D，三大类。甾体激素及其受体通过调节特定基 因的活化，诱导特异性蛋白质的合成而发挥广泛的生理效应。 cAMP 信号通路信号通路 信号分子与受体结合后，通过与 GTP 结合的调节蛋白(G 蛋白)的耦联，在细胞内产生第二信使，从而引 华侨大学 分子药物研究所 2009 2 分子药理学 内部讲义 起细胞的应答反应。 cAMP 信号通路由质膜上的 5 种成

11、分组成：激活型激素受体(Rs)；抑制型激素受体(Ri)；与 GDP 结合的活化型调节蛋白(Gs)；与 GDP 的抑制型调节蛋白(Gi)；腺苷酸环化酶( C )。 (1) Rs 与与 Ri Rs 与 Ri 位于质膜外表面，识别细胞外信号分子并与之结合，受体有两个区域，一个与激素作用，另一 个与 G 蛋白作用。 (2) Gs 与与 Gi G 蛋白也称耦联蛋白或信号转换蛋白， 它将受体和腺苷酸环化酶耦联起来， 使细胞外信号跨膜转换为细 胞内信号，即第二信使 cAMP (3)腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 cAMP 信号通路的催化单位是结合在质膜上的腺苷酸环化酶，它催化 ATP 生成 cAMP。 cAMP

12、信号通路的主要效应是激活靶酶和开启基因表达，是通过蛋白激酶 A 完成的。 激活靶酶：通过对蛋白激酶 A 的活化进而使下游靶蛋白磷酸化，从而影响细胞代谢和细胞 行为是细胞快速答应胞外信号的过程。 开启基因表达：是一类细胞缓慢应答胞外信号的过程，这就是 cAMP 信号通路对细胞基因表达的影 响。该信号途径涉及的反应链可表示为：激素 G 蛋白偶联受体 G 蛋白 腺苷酸环化酶 cAMP cAMP 依 赖的蛋白激酶 A 基因调控蛋白 基因转录。 外界信号分子与受体结合，使质膜上的 4,5二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成 1，4,5三磷 酸肌醇(IP3)和二酰苷油(DG )两个第二信使。 磷脂酰肌醇信号

13、通路的最大特点是胞外信号被膜受体接受后， 同时产生两个胞内信使， 分别启动两个信 号传递途径即 IP3Ca 2 +和 DGPKC 途径，实现细胞对外界的应答，因此把这一信号系统称之为“双 信使系统”。 IP3 是一种水溶性分子，在细胞内动员内源 Ca 2 +，使胞质中内源 Ca 2 + 浓度提高。Ca 2+通过钙调蛋 白引起细胞反应；DG 激活蛋白激酶 C(PKC)。 在许多细胞中，PKC 的活化可增强特殊基因转录。有两条途径：PKC 激活一条蛋白激酶的级 联反应，导致基因调控蛋白的磷酸化和激活；PKC 的活化，导致一种抑制蛋白的磷酸化，使基因调 控蛋白摆脱抑制状态释放出来，进入细胞核，刺激特

14、殊基因的转录。 受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶 受体酪氨酸激酶又称酪氨酸蛋白激酶受体，是细胞表面一大类重要受体家族. CTKs 的多肽链只跨膜一次，胞外区是结合配体的结构域，胞内区肽段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有 自磷酸化位点。 自磷酸化的结果是激活了受体的酪氨酸蛋白激酶活性， 磷酸化的酪氨酸残基可被含有 SH2 结构域的胞内信号所 识别并与之结合，由此启动信号转录。 小 G 蛋白 Ras 蛋白(Rat sarcoma) Harrey 和 Kirfen 鼠肉瘤病毒上发现， 称 H-ras、 K-ras， 人神经母细胞瘤上发现 N-ras。 与 G 蛋白相同：GTP/GDP 转换；GTPas

15、e 不同：受酪氨酸蛋白激酶调节，需蛋白中介：接头蛋白(GRB2)和 Sos、GTP 酶激活 蛋白(GAPs)，类似 G 蛋白中的亚基。 华侨大学 分子药物研究所 2009 3 分子药理学 内部讲义 主要细胞信号转导途径 细胞内受体介导 信号转导 离子通道型受体及其信号转导 G 蛋白偶联受体及其信号转导 单次跨膜受体介导的信号转导 细胞信号转导的基本路线 外源信号受体 小分子信使：浓度或分布变化 大分子信使 化学修饰 蛋白质相互作用 效应分子 构象变化 细胞应答 反应 外源信号受体 小分子信使：浓度或分布变化 大分子信使 化学修饰 蛋白质相互作用 效应分子 构象变化 细胞应答 反应 细胞内受体介

16、导的信号转导过程细胞内受体介导的信号转导过程 受体属转录因子 没有激素时：受体热休克蛋白(heat shock proteins,Hsps)复合物，阻止受体向细胞核移动及与DNA的结 华侨大学 分子药物研究所 2009 4 分子药理学 内部讲义 合。 激素与受体结合后：Hsps解离，激素受体复合物，结合于DNA上的激素反应元件(hormone response element,HRE) 信号通路实例信号通路实例 Ras 通过催化其效应底物来调节一系列与细胞生长、分化、凋亡有关的重要功能，如通过缩短细胞周期来加速 细胞生长，通过降低细胞对凋亡信号的敏感性来延长寿命以及诱导细胞发生转化等。此外，Ras 还可通过细胞 外信号调节激酶(ERK)等来上调血管生成因子的表达从而促进血管生成，或通过 ERK 介导的基质金属蛋白酶的 表达及 Ra