1、多肽生长因子及其受体主要介绍内容v多肽生长因子简介v多肽生长因子的分类v多肽生长因子受体的结构与功能v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v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。v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。v1952年，年轻的生物化学家 Stanley Cohen加入Rita Levi-Montalcini研究。尔后独立研究 。v1960年前后 Rita Lavi
2、-Montalcini终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）。v1971年 Balk发现 血小板源生长因子 （ PDGF）。v1974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） 。v1986年 Rita Levi-Montalcini和 Stanley Cohen同时获得了诺贝尔生理医学奖。v目前已发现生长因子一百余种。1.2 生长因子的概念v生长因子 (growth factor), 又称为 “生长素 ”：原指对微生物、
3、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。v1976年 Gospodarowicz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v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。v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v通用名称 ：细胞学家：生
4、长因子；免疫学家：细胞因子 ( cytokine)、 淋巴因子 ( lymphokine)、 白细胞介素 (interleukin)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 ：v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。v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
5、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v来源广泛性 ：如血小板源生长因子 PDGF， 不仅血小板可以分泌，而且平滑肌细胞、内皮细胞、正常和癌变的胶质细胞；v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v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
6、制毛囊细胞的分裂，故广泛地用于脱毛；v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 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v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 .v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 .
7、1.3.3 生长因子作用之间的协同性v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 .vPDGF、 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 )；vEGF、 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) 。v二者在时间和效应上连续协同作用 .1.4 多肽生长因子受体的特殊性质v生长因子受体
8、 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 ;v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v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
9、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v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-。v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）。v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
10、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 ：v与神经系统有关的生长因子v与免疫系统和造血调控有关的生长因子v与软组织体细胞有关的生长因子v与骨组织有关的生长因子2.1 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
11、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)、 hst/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
12、. 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 TGF-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
13、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）v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 ：v胶质细胞源性粘合素（ GDN）；v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）；v生长相关蛋白（ GAP）， 等等。v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
14、v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。v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 (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v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
15、殖作用的生长因子。v包括 FGF、 EGF、 TGF-、 IGF、 PDGF等；v特点 ：多功能性明显，特异性不强。v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。v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v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 。v血管形成作用的 抑制因子 ：主要是 IFN-。v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
16、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v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。v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。v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v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。v参与骨形
17、成的因子有： IGFs、 TGF-、PDGF、 IL-1、 FGF、 EGF等；v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v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）。v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 多肽生长因子受体的概念v血清型受体 ：在血清中发
18、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。v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）。v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v生长因子受体都是 膜结合的糖蛋白 。v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，参与受体的构象变化和信号的跨膜转导。跨
19、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 , 不同家族保守序列相差较远 , 功能各异.
