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1、多肽生长因子及其受体,主要介绍内容,多肽生长因子简介多肽生长因子的分类多肽生长因子受体的结构与功能生长因子及其受体与癌基因,一、多肽生长因子简介,1.1 研究历史多肽生长因子的发现：1948年美国Hamburger实验室Bueker将S180瘤块植入鼠胚中，发现小鼠感觉和交感神经纤维生长加快，神经节明显增大。意大利女科学家Rita Levi-Montalcini受邀来到Hamburger实验室工作，并对这一现象产生兴趣。1952年，年轻的生物化学家Stanley Cohen加入Rita Levi-Montalcini研究。尔后独立研究。,1960年前后Rita Lavi-Montalcini终
2、于将这一物质分离纯化，定名为神经生长因子（NGF）。几乎同时Stanley Cohen发现了表皮生长因子（EGF）。1971年Balk发现血小板源生长因子（PDGF）。1974年Gospodarowicz发现成纤维细胞生长因子（FGF）；1978年他又发现内皮细胞生长因子（ECGF）。1986年Rita Levi-Montalcini和Stanley Cohen同时获得了诺贝尔生理医学奖。目前已发现生长因子一百余种。,1.2 生长因子的概念,生长因子(growth factor),又称为“生长素”：原指对微生物、植物、家畜等有明显刺激生长作用的物质。后被沿用于细胞培养中。1976年Gospod
3、arowicz定义：在体内和/或体外，对动物细胞生长(包括细胞的伸长和扩大及细胞的增殖与分裂)有促进作用的物质，但不是营养成分即在细胞内被利用的物质的代谢物、辅酶等。,1.2 生长因子的概念,现代定义，补充了对细胞生长有抑制作用，同时在靶细胞上有特异性受体的生长因子。生长因子的特点：由生物细胞产生的微量活性物质,非营养物质；多数分子量为5 80kD的肽类；与靶细胞特异性受体结合后发挥生物学作用；生物学作用包括促进和/或抑制细胞的生长增殖分化。,1.2 生长因子的概念,通用名称：细胞学家：生长因子；免疫学家：细胞因子(cytokine)、淋巴因子(lymphokine)、白细胞介素(interl
4、eukin)等；血液学家：造血生长因子(hematopoietic growth factor)、集落刺激因子(colony-stimu-lating factor)等。,1.3 多肽生长因子作用的特点,1.3.1 生长因子特殊的分泌机制：非特殊腺体分泌、无特异的靶细胞、运送方式通过血液循环或细胞间液扩散。分泌方式旁分泌：细胞分泌的生长因子作用于邻近的细胞；自分泌：细胞分泌的生长因子反过来又作用于分泌细胞本身,调节自身的生长特性；内（在）分泌：细胞分泌的生长因子不分泌到胞外，直接作用于细胞内或核上受体。,1.3.2 生长因子的多功能性,来源广泛性：如血小板源生长因子PDGF，不仅血小板可以分泌
5、，而且平滑肌细胞、内皮细胞、正常和癌变的胶质细胞；靶细胞多样性：细胞介素不仅可以作用于免疫细胞,而且对角质细胞、软骨细胞、纤维细胞、神经母细胞、胶质细胞也有明显的影响；NGF不仅作用于神经细胞，也与造血细胞集落的生长和分化、精子的成熟、存活和运动等有关联；转化生长因子TGF-可抑制T细胞和B细胞成熟和分泌免疫球蛋白。,1.3.2 生长因子的多功能性,多功能性:一种多肽生长因子对效应细胞有不同的作用。EGF是广泛的细胞分裂剂，但却抑制毛囊细胞的分裂，故广泛地用于脱毛；处境依赖性：在不同的环境或发育阶段，生长可表现出不同效应或相反效应。如转化生长因子TGF 1作用于被myc基因转染的Fisher
6、3T3细胞时，若在EGF存在时，表现为抑制细胞的生长；而在PDGF存在时，则表现为促进细胞的生长。,1.3.3 生长因子作用之间的协同性,每种生长因子有多个靶细胞，每个靶细胞又有多种生长因子的作用，因而生长因子的调控是一种网络调控。它们相互影响,相互调节,存在一种精密调控的途径,最终达到一种细微的平衡.如果两种或多种生长因子的相互作用产生叠加或附加效应,或产生比预期更强的作用,称之为协同作用.,1.3.3 生长因子作用之间的协同性,例如,细胞的分裂周期包括G0、G1、S、G2和M期，生长因子主要是影响细胞周期能否越过G1期限制点(restriction point),使细胞进入增殖.PDGF、
7、FGF、CaM等推动G0和G1期细胞进入分裂前的感受态，称为感受因子(competence factor)；EGF、TGF-、IGF-1(胰岛素样生长因子)、胰岛素等，促使感受态细胞进一步发展向S期过渡,称增进因子(progression factor)。二者在时间和效应上连续协同作用.,通过其受体结合而发挥效应，量微而作用强发挥效应多效性：重叠，拮抗，协同，增强，网络性双重作用：1 利 免疫调节，促造血，抗感染，肿瘤2 害 炎症 休克 发热 自身免疫 肿瘤,1.4 多肽生长因子受体的特殊性质,生长因子受体只有一个疏水跨膜序列，而其它类信息分子受体一般有4-7个跨膜区.多跨膜区受体与膜的相互作
8、用十分重要,配体活化受体的主要作用是通过膜的构象的改变而实现信号的转导.生长因子受体仅一个跨膜区,受体与膜作用十分简单;许多生长因子受体不仅具有受体功能(结合配体发生构象变化),而且具有酶活性(作为激酶催化底物蛋白可以将Tyr、Ser和Thr磷酸化).,1.4 多肽生长因子受体的特殊性质,多种生长因子受体共用一种亚基。如IL-3、IL-5、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）虽有各自特异的受体亚基，但它们之间亲合力较低.若和共同的c亚基形成复合体后，才结合比较紧密；IL-2、IL-4、IL-7受体共用亚基；IL-6、LIF（白血病抑制因子）、CNTF（睫状神经营养因子）和OSM（抑瘤蛋
9、白）受体共用一个可溶性的gp130(信号转导子)。,二、多肽生长因子的分类,根据细胞生物学效应：分为细胞生长促进因子和细胞生长抑制因子。但有的生长因子有双功能效应，如TGF-。根据理化性质：分为单链多肽（EGF）；无糖链多肽二聚体（IGF）；含糖链多肽二聚体（PDGF）；糖蛋白（CSF、IL）。根据作用方式：增殖因子（IL-2、IL-3、GM-CSF等）、分化因子（B细胞生长因子、干扰素等）和效应因子（肿瘤坏死因子TGF等）。,二、多肽生长因子的分类,当前主要根据其生理功能分类：与神经系统有关的生长因子与免疫系统和造血调控有关的生长因子与软组织体细胞有关的生长因子与骨组织有关的生长因子,2.1
10、 与神经系统有关的生长因子,1.神经营养因子（neurotrophic factors，NTFs）：一类与神经系统生长发育、正常功能维持及损伤修复有关的多肽生长因子。主要包括：A.NGF家族:NGF促进外周感觉和交感神经元及中枢 胆碱能神经元的存活并诱导神经元的分化成熟;BDNF(脑源性神经营养因子)支持培养的胚胎感觉神经元的存活；NT-3、NT4/5促进外周感觉神经元的存活及突起生长。,2.1.1 神经营养因子,B.CNTF：在胚胎期通过抑制交感神经元的分裂而影响其分化，此外对交感神经元、小脑部分神经元的存活也有一定作用。C.FGF家族：包括酸性FGF(aFGF)、碱性FGF(bFGF)、h
11、st/KS3、int-2、FGF-5、FGF-6和角质细胞生长因子(KGF或FGF-7).FGF在体外能促进多种中枢及外周神经元的存活及突起生长,在体内也能促进损伤神经元的修复与再生.,2.1.1 神经营养因子,D.IGFs家族:包括IGF-I和IGF-II.二者有相似的结构和体外活性,但体内生物学效应不同.IGF-I对外周神经元有较强的营养作用;IGF-II对中枢系统营养作用更强.IGF-I在体外能支持交感和背根神经节神经元的生长.E.EGF超基因家族:EGF可促进中枢神经元的存活及突起生长;TGF-能促进新生大鼠背根神经节的存活.,2.1.1 神经营养因子,F.TGF-超基因家族:包括TG
12、F-家族和TGF-类似物(如骨形态发生蛋白BMP家族、抑制素、活化素等）。TGF-家族又有TGF-1 TGF-5，其中TGF-1 TGF-3存在于哺乳动物中，而以TGF-1 含量最高。在正常成年哺乳动物神经组织中，TGF-1 的 表达水平较低，但在脑损伤过程中其表达增加，提示它在神经损伤中起非常重要作用。1993年发现一种新的胶质细胞系来源的GDNF，属于TGF-超基因家族。它能选择性地促进多巴神经元的存活，这给Parkinson病的治疗带来新的希望。,2.1.2 神经突起生长因子(NPFs）,具有较强的促进神经元长出突起和加速突起生长的作用，但无明显的维持神经元存活作用的多肽生长因子。包括：
13、胶质细胞源性粘合素（GDN）；细胞表面及胞外基质中的粘合分子（如L1-相关蛋白、基膜粘连蛋白LN、纤维粘连蛋白FN）；生长相关蛋白（GAP），等等。这类因子相对神经营养因子种类较少。,2.2 与免疫系统和造血调控有关的生长因子,免疫系统和造血系统难以分开，这两个系统的相关生长因子也存在相互联系。它们的功能包括促进或抑制免疫细胞、造血细胞生长、分化、维持、分泌特殊物质等。相关因子包括：IL-115(白细胞介素115,其中IL-13/14,1993;IL-15,1994)、TNF(肿瘤坏死因子)、IFN(干扰素)、EPO(血红细胞生成素)、M-CSF、G-CSF、M/G-CSF、TGF-、TPO(
14、促血小板形成素,1994)、SCF(干细胞生长因子)等等。,2.3 与软组织体细胞有关的生长因子,主要指对成纤维细胞、内皮细胞、表皮细胞、肌细胞、腺体细胞等体细胞有促进生长分化增殖作用的生长因子。包括FGF、EGF、TGF-、IGF、PDGF等；特点：多功能性明显，特异性不强。作用范围：与胚胎发育、细胞生长分化、细胞增殖、组织损伤修复、多种病理生理现象等。以血管形成和创伤愈合为例剖析生长因子作用。,2.3 与软组织体细胞有关的生长因子,血管形成作用的刺激因子：FGF、VEGF/VPF（血管内皮生长因子/血管通透因子）、PD-ECGF（血小板源内皮细胞生长因子）、EGF、TGF-、CSFs等。血
15、管形成作用的抑制因子：主要是IFN-。此外，TGF-、TNF-等在体内能通过某些间接的机制诱导血管的形成，在体外又能促进内皮细胞的分化而抑制血管的形成。,2.3 与软组织体细胞有关的生长因子,创伤愈合指外伤或其他病变破坏造成组织损伤后，局部进行修补的一系列病理生理过程。影响创伤愈合的因子主要有：PDGF、TGFs、FGF、EGF、IGFs、NGF、TGF、BMP（骨形态发生蛋白）、IL-1、IL-2等。生长因子能诱导炎症细胞浸润、促进修复细胞的增殖分化、刺激肉芽组织的增生，影响伤口愈合和组织重建。,2.4 与骨组织有关的生长因子,在哺乳动物生长发育过程中，始终经历了骨的新陈代谢-骨重建过程。包
16、括骨形成和骨吸收两个方面，前者有成骨细胞和软骨细胞，后者有破骨细胞组成。参与骨形成的因子有：IGFs、TGF-、PDGF、IL-1、FGF、EGF等；参与骨吸收的因子有：TGF-、IL-1、IFN-等。TGF-、IL-1具有双重作用。,三、多肽生长因子受体的结构与功能,3.1 多肽生长因子受体的概念多肽生长因子受体：指细胞表面或亚细胞组分（如血清）中的蛋白质（通常是糖蛋白），可以识别并特异地与其配体生长因子（又称第一信使）结合，从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致对该细胞特定的生物效应（调节细胞的生长、分化和发育）。一般特征：与配体结合的特异性、可逆性、饱和性、具传导信号的能力。,3.1
17、 多肽生长因子受体的概念,血清型受体：在血清中发现的可与生长因子可逆性结合的可溶性结合蛋白。其功能可能是生长因子的载体蛋白、血清生长因子浓度的调节者，也可能是膜受体水解后释放的胞外成分。许多受体是一种特殊的膜结合性的别构酶（受体酶），如酪氨酸蛋白激酶（TK）。许多生长因子和受体与癌基因蛋白产物序列同源：如鸡成红细胞增多症病毒癌基因（v-erb-B）与EGF受体基因同源。,3.2 生长因子受体的结构区段及其功能,生长因子受体都是膜结合的糖蛋白。生长因子受体有三个结构区域：胞外配体结合结构域：N端，占分子1/5-一半，含一个信号肽和较多Cys残基，是糖基结合位点，也是生长因子结合区域，参与受体的构
18、象变化和信号的跨膜转导。跨膜结构域：一般由20-25个疏水氨基酸组成，含较多的Leu、Ile、Val、Ala、Gly。有两个方面作用：一是连接受体胞内外区，并锚定于膜上；二是通过疏水性氨基酸带动受体在膜上移动。,3.2 生长因子受体的结构区段及其功能,胞内区：受体分子信号转导的关键部位。大多有TK结构域，TGF-受体家族的胞内区含有Ser或Thr蛋白激酶（STK）结构域。还有一些尚未发现明显的蛋白激酶活性。TK和STK区域有各自的一致序列，保守性高。其功能是通过蛋白激酶对其胞内底物相应残基磷酸化，把生长因子结合的信号转化为胞内信号。有些受体在膜内近膜区有一段保守序列。同家族保守性高,不同家族保
19、守序列相差较远,功能各异.,3.3 生长因子受体的分类,3.3.1 胞内含有蛋白激酶结构域的受体（1）含酪氨酸蛋白激酶活性受体(TK-R)A.TK-R结构特点：在胞内TK区有高度保守的序列：Gly-X-Gly-X-X-Gly-X（15-20）-LysB.包括成员：IGF-I受体家族：与胰岛素受体结构相似，由四条链组成，胞外有富含Cys区和糖基化位点；EGF受体家族：单链,胞外有两个Cys区；PDGF受体家族(Ig超家族)：单链,胞外无富含Cys区,但有富含Ig样结构(35个),富含-折叠。,TK-R结构模式图,（2）胞内STK结构域的受体,主要是TGF-受体超家族（迄今最为复杂）；胞外部分氨基
20、酸链仅占1/5；胞外近膜区都有保守的富含Cys的区域(Cys盒)；胞内C端有富含Ser和Thr的尾巴；近膜区都有保守的Ser-Gly-Ser-Gly-Ser-Gly序列(GS结构);胞内区都有STK活性。成员包括:TGF-受体(I型和II型)、活化素受体(I型和II型)和BMP受体等.只有两类受体的异源二聚体才能向胞内传导信号。,3.3.2 胞内不含蛋白激酶的受体,(1)造血受体超家族：是目前发现数量最大的超家族，包括EPO-R、IL-(2、3、4、5、7、9等)-R、TPO-R、LIF-R、G-CSF-R、GM-CSF-R等，结构特点是在胞外有4个保守的Cys和胞外近膜区的五氨基酸特殊序列：
21、Trp-Ser-X-Trp-Ser；(2)TNF受体：结构特点是在胞外有长达160氨基酸组成的富含Cys区，每40个氨基酸组成重复结构。包括TNF-R、NGF-R和一些和、跨膜糖蛋白。,3.4 多肽生长因子受体的调节,3.4.1 受体调节机制受体寡聚化活化模型 多肽生长因子受体在结合生长因子后，胞外区发生构象变化，会引起受体在细胞膜上的运动、聚集，从而使胞内区的TK也相互靠近。相互靠近的TK区互相催化受体的磷酸化，使受体发生磷酸化和活化。聚集化和活化的结果，使受体的TK酶活性升高，并提高了受体对配体的亲和力。,3.4.2 受体调节的方式,同种特异性调节：生长因子结合受体后，引起受体复合物内吞作
22、用，使膜上自身受体数量减少，故同种特异性调节也称为下调。受体内吞后的去向可能被溶酶体降解，也可能进行再循环到达细胞膜表面；TK酶活性对活化溶酶体起重要作用。反式调节：一种分子的作用（可能是生长因子，也可能是激素等其它分子），使其它生长因子受体数量上升或受体亲和力改变的现象。如胰岛素对IGF作用。这是受体之间的相互作用。缺少TK序列的受体的调节：目前所知甚少。,3.5 生长因子受体胞内信号通路,生长因子及受体在胞内的信号传导通路，与激素等信号分子的信号传导通路形成互通网络；TK受体系统：通过G蛋白、PLC-、PIP2、DAG、IP3、PKC、CaM等；STK受体系统：TGF-受体主要分成三种类型
23、，其中III型与信号传导无直接关系。生长因子先作用II型受体，形成的复合物作用于I型受体，活化的I型受体作用于其它信号途径中的蛋白，进行磷酸化激活，将信号传递到细胞内。,Ca2+及IP3作用途径,Ser和Thr,改变靶蛋白的生物学活性(失活或活化),如糖原合成酶被PKC磷酸化后,停止合成糖原,3.5 生长因子受体胞内信号通路,无蛋白激酶活性生长因子受体的信号传导 无蛋白激酶受体的作用是通过JAK蛋白激酶中介完成信号传导的。生长因子受体与生长因子结合后，导致胞内近膜区活化，对JAK亲合力增加，并与之结合。JAK有两个结构域：N端的结构域无激酶活性，与生长因子受体结合，C端结构域具有TK激酶活性。
24、JAK与受体结合后，复合物聚集，并相互磷酸化和激活，活化的JAK可对胞内蛋白分子进行磷酸化，引起信号传导执行。,四、生长因子及受体与癌基因,生长因子及其受体介导的细胞内信号传导通路，是细胞内的正常调节系统。尽管它们刺激细胞生长增殖，但一般不会引起细胞表型的转化。资料表明生长因子及其受体与癌基因关系密切；癌蛋白是癌基因生物功能的执行者,定位于质膜、胞浆或胞核,通过对胞内调控系统作用影响增殖;癌蛋白与生长因子及受体或信号中间传导介质相似，从而干扰和破坏了生长因子正常信号通路，导致细胞增殖、生长、分化失控；,癌基因与生长信号之间的关系,癌基因产物与生长因子相似：sis蛋白与PDGF的B链同源、int-2蛋白与FGF同源，等；癌基因蛋白与生长因子受体相似：fms蛋白与M-CSF受体同源、erb-B蛋白与EGF的胞内和膜内部分相同,等；癌基因产物具有TK活性：如src、yes、fes/fps、abl、ros、bed、kit等癌蛋白都具有TK活性；癌基因产物与信号传导通路中的介质相似：ras蛋白与G蛋白，mos、mil/raf等蛋白与PKC；癌基因的转录表达受生长因子刺激而激活：如 c-myc、c-fos、c-myb等被生长因子刺激而激活。,
