信号转导与肿瘤培训课件

1
受体激活
受体结合配体，激活受体本身。
2
信号转导
受体激活后，促使下游分子发生变化。
3
基因表达调节
信号传递最终通过下游基因表达调节来控制细胞的行为和功能。
肿瘤的发生与信号传导的关系
基因突变
细胞出现DNA损伤和突变，导 致基因的突变和异常表达，引 发癌症的发生。
细胞增殖
癌细胞凭借畸形的信号通路， 绕过正常细胞增殖的调控，实 现快速无限的增殖。
细胞凋亡
癌细胞通过改变抗凋亡通路的 发挥，抑制凋亡的发生，从而 获得生存的进一步机会。
常见肿瘤与信号传导通路的相关性
1 前列腺癌
PI3K/Akt通路的活化，是前列腺癌细胞迅速增殖的关键信号。
2 乳腺癌
HER2受体的过度表达和激活，是乳腺癌恶性化的标志。
3 结直肠癌
Wnt/β-catenin通路的过度激活，是结直肠癌肿瘤干细胞的来源。
治疗策略和新药研究的展望
免疫检查点抑制剂
通过抑制肿瘤逃脱免疫监控 的机制，使定信号通路的活化， 以达到抑制肿瘤生长和扩展 的效果。
个体化治疗
通过检测肿瘤基因变异，制 定针对性的治疗方案，最大 限度降低废物用药和不良反 应。
结束语
通过本课件的学习，您不仅了解了信号通路和肿瘤发生之间的关系，还了解 了现代肿瘤治疗的最新进展，希望对您有所帮助。
信号分子的种类
激酶
如EGFR和HER2，控制细胞的增殖和浸润。
转录因子
如STATs和NF-κB，控制基因表达和调节细 胞生长和凋亡。
信号递质
如胆碱、去甲肾上腺素和多巴胺，调节神经 传递和调节细胞的生长和分化。
细胞因子
如白细胞介素和肿瘤坏死因子，参与免疫反 应和肿瘤的发生和进展过程。

Cell Surface Receptor Types:
1) Ligand-gated ion channel
Cell Surface Receptor Types:
2) G-Protein Coupled Receptor
Cell Surface Receptor Types:
3) Enzyme-linked Receptor eg Growth Factor Receptors
Growth Factors
Ligands which bind enzyme linked receptors Signal diverse cellular responses including: Proliferation Differentiation Growth Survival Angiogenesis Can signal to multiple cell types or be specific
Signal = LIGAND
Ligand- A molecule that binds to a specific site on another molecule, usually a protein, ie receptor
Components of Signalling
What are Receptors? Sensors, what the signal/ligand binds to initiate ST Cell surface
Factor
Principal Source
Primary Activity
Comments
PDGF
platelets, endothelial cells, placenta

与 IKKβ）复合物，引起IκB蛋白特异丝氨酸位点 的磷
酸化（ IKKα Ser32 、Ser36 ，IKKβ Ser19 、
Ser23） ，磷酸化IκB从三聚体中解离下来并泛素化降
解，暴露p50亚基的核定位序列及p65亚基的DNA结
合位点，使NFκB活化可以从胞浆移位至细胞核与
DNA特异位点相结合，参与转录进程。
分子肿瘤学5细胞信号转导与肿瘤
课件
3、 NFκB 活化
（1）NFκB活化通路
静息状态下， NFκB在胞质中以同源或异源二聚体
的形式与抑制蛋白I kB结合,呈无活性状态。在外界因
素如脂多糖（LPS
1（IL1）、肿瘤坏死因
子（TNFα）的刺激下，受体与配体结合，进而激活
NFκB 诱导性激酶（NIK），进而激活IκB激酶（IKKα
分子肿瘤学5细胞信号转导与肿瘤 课件
2、NFκB的结构特点
NFκB 5个成员都有一个高度保守的Rel同源 结构源（Rel homology domain,RHD），内 含DNA结合区、蛋白二聚体化区、NFκB的抑 制蛋白（IκB）结合区及核定位信号。其中p50， p52分别来源于前体蛋白p105，p100，它们 的C端包含锚蛋白重复序列；而RelA，RelB及 c-Rel的C端含有反式激活区域。 NFκB在DNA 的特异性结合位点称κB位点，其核心结合序列 为GGGACTTCC， NFκB家族成员的κB位点略 有差异。
分子肿瘤学5细胞信号转导与肿瘤 课件
（二） NFκB信号转导通路的异常与 肿瘤的发生与发展
大量研究表明,IKK/ I kB /NF-κB信号转导通 路的异常可以促进肿瘤的发生发展.许多炎症因 子、致癌剂、促癌剂和肿瘤微环境都可以激活 NF-κB.NF-κB蛋白本身和其调控的蛋白与肿瘤 的发生、增殖、抗凋亡、侵袭、血管生成和转 移有关。在多种肿瘤中NF-κB都处于持续性激 活状态。

e.g., adrenergic receptors, odorant receptors, and certain hormone receptors (e.g. glucagon, angiotensin, vasopressin and bradykinin).
3. Receptors that are found intracellularly and upon ligand binding migrate to the nucleus where the ligand-receptor complex directly affects gene transcription
• 细胞的超微结构和亚细胞结织生长需要
病原体侵入
细胞过度生长
生长因子
抗原
死亡因子
细胞
细胞
细胞
细胞周期 蛋白表达
细胞分裂增殖
细胞因子 表达分泌
抗感染状态 细胞信号转导和肿瘤
胞内致死 分子表达
细胞死亡 5
趋化因子
细胞骨架蛋 白表达、激活
牵动细胞移动 (Cell movement)
细胞信号转导和肿瘤
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细胞信号转导和肿瘤
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细胞信号转导和肿瘤
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Receptor Serine/Threonine Kinases (RSTKs)
• Typical example: Receptors for the TGF- superfamily of ligands
(requiring phosphorylation of both tyrosine and threonine)
• G-Protein Coupled Receptors

（三）配体的性质
大多数是亲水性的（hydrophilic）, 不能透 过脂质双分子层，直接进入细胞内。如： Peptide/proteins。 仅需少量的配体分子能产生显著效应 少数疏水性的（hydrophobic）配体可以穿 透细胞膜进入细胞质和细胞核，如：甾类 激素，NO等。

（四）受体的种类
Gefitinib 药物敏感性与肿瘤细胞EGFR mutation相关
del E746-A750 L858R
EGFR靶向药物敏感性评估
Gefitinib 药物敏感性与肿瘤细胞EGFR 家族蛋白表达水平相关
乳腺癌细胞系 上皮癌 肺癌细胞系
Gefitinib 药物敏感性与肿瘤细胞oncogene addiction
Achilles’s heel
A‘genetic streamlining’‘theory B‘oncogenic shock’ model C‘synthetic lethal’ model
信号转导的基本动态过程
P
五、受体酪氨酸激酶（RTK）活性衰减及终止 是信号转导中重要的反馈调节过程
六、信号转导的基本特征
Immune effector cell
ATP
TK
TK
TK
TK
-
-
-
-
Drugs development
Gefitinib Erlotinib Highly selective, potent & reversible EGFR Tyrosine Kinase Inhibitor
Cetuximab – Monoclonal Anti EGFR antibody a chimeric (mouse/human) monoclonal antibody Trastuzumab (marketed as Herceptin) H 447 MDX 210 Bispecific Anti EGFR antibody linked to Anti CD 64

結合
第三節 主要信號轉導通路
研究信號轉導離不開通路（Pathway），可以基於不同 的研究目的、科學問題和切入點進行分類 1、細胞生命活動（細胞增殖、細胞凋亡、免疫活化等） 2、細胞類型（上皮細胞、淋巴細胞、神經元等） 3、受體類型（EGF受體、胰島素、乙醯膽鹼等） 4、激酶類型（MAP激酶、JNK激酶、PI-3激酶等）
化學通訊
化學信號主要通過細胞中的受體(receptor) 起作用，因此其本身也被稱為配體(ligand) 。它們又可分為水溶性和脂溶性兩類。
第二節 信號轉導的基本組成
信號轉導的基本組成 ➢ 細胞外因子 ➢ 細胞膜受體 ➢ 細胞質信號放大系統 ➢ 細胞核信號效應器 ➢ 信號的調節與終止
一、細胞外因子
(G protein coupled receptor，GPCR) 結構：是一條七次跨膜的糖蛋白，第三個內環 與鳥苷酸結合蛋白（G蛋白）相偶聯，活化G蛋 白，影響腺苷酸環化酶產生第二信使。
G蛋白偶聯型受體
G蛋白：
一類需要結合三磷酸鳥苷酸（GTP）後才能發揮功能 的蛋白。其與GTP或GDP結合，位於細胞膜胞漿面，由三個 亞基組成（α-亞基、β-亞基、γ-亞基）。G蛋白有很多 種:如激動型G蛋白（Gs）、抑制型G蛋白（Gi）、磷脂酶 型G蛋白（Gq）和G12等等。 G蛋白偶聯受體目前已發現1000多種。 其超分子家族又可分成：
調控結合元件（銜接蛋白）
調控結合元件
一個信號分子可以含有兩種以上的調控 結合元件；
同一類調控結合元件可存在於多種不同 的信號轉導分子中，但是結構有差異；
這些結構域均為非催化結構域，無任何 催化活性。
G蛋白
結合鳥苷酸（GDP、GTP）和水解GTP
經典G蛋白（α、β、γ亞基三聚體）

细胞信号传导和肿瘤
细 胞 生 物 33 学
钙调蛋白（calmodulin，CaM）可结合钙离子将靶蛋白（ 如CaM-Kinase）活化。
蛋白激酶C位于细胞质，Ca2+浓度升高时，PKC转位到质膜 内表面，被DG活化，PKC属蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。
“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体 →G-蛋白→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白 (CaM)4、YPT1、微管蛋白β亚基。
• 特点：结合GTP活化、GTP水解成为GDP时（自身为GTP酶） 则回复到非活化状态。其功能与Gα类似。
• 调节因子：鸟苷酸交换因子（GEF）、鸟苷酸释放因子 细
(GRF）、鸟苷酸解离抑制因子(GDI)、GTP酶活化蛋白（ 胞
–βγ亚基复合物也可直接激活某些胞内靶分子。
• 霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上，使α
亚基丧失GTP酶的活性，处于持续活化状态。导致霍乱病患细胞
者细胞内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。
生
物
细胞信号传导和肿瘤
25 学
GTP-binding regulatory protein
细胞信号传导和肿瘤
细 胞 生 物 13 学
G-蛋白偶联受体：这类受体的种类很多，在结构上都很 相似，都是一条多肽链，并且有7次α螺旋跨膜区。每一种 G-蛋白偶联受体都有7个α螺旋的跨膜区，信号分子与受体 的细胞外部分结合，并引起受体的细胞内部分激活相邻的 G-蛋白。
细胞信号传导和肿瘤
细 胞 生 物 14 学
结合的位点,位于C末端，一个是与DNA或抑制蛋白结合的结
构域, 另一个是激活基因转录的N端结构域。在没有与配体

故称之为c-Jun N-terminal kinase (JNK)
鼠的同源物则被命名为Stress activated
protein kinase (SAPK)。
之所以称为SAPK是因为在应答各种 刺激时它们的活性增加。这些应激包括：
• 细胞因子 • 生长因子撤离 • 干扰DNA和蛋白合成的试剂 • UV辐射 • 热休克 • 反应活性氧 (ROS) • 高渗透压
• 肿瘤细胞具有侵润、转移的能力
• 重要组织肿瘤对人体来说都是毁灭性的
• 肿瘤细胞的行为改变是循序渐进的过程
• 肿瘤的发生源于DNA突变的积累
• 基因的不稳定是关键环节
• 癌基因和抑癌基因是肿瘤病毒的靶点
• 肿瘤的发生和发展过程包括多个癌基因和 抑癌基因的先后激活和失活
二、 酪氨酸的磷酸化 2.1 逆转录病毒癌基因与促生长 • 1911年，第一个逆转录病毒被发现 • 20世纪70年代，癌基因v-src被分离 • 此后发现p60v-src具有酪氨酸激酶活性
• Grb2：连接蛋白 • Sos：鸟苷酸交换因子 • Shc：接头蛋白 • Ras的激活导致一系列Ras信号通路的激活 • EGFR可同时利用Shc和Grb2两个连接蛋 白来激活Ras信号通路。
► 多能连接蛋白的募集
• Gab1
• IRS-1和IRS-2
该家族蛋白均含有PH域、SH2和SH3域 结合位点。 Gab1的酪氨酸磷酸化介导了其与含有 SH2域的其他信号分子的相互作用，进而介 导了众多的生物学效应。
• EGFR家族包括4个高度相关的受体 表皮生长因子受体(EGFR/HER1/ErbB1) HER2/ErbB2/neu HER3/ErbB3 和 HER4/ErbB4 EGFR结构 • 胞外配体结合区

EGF受体与配体的突变与器官缺陷
EGFR
上皮，乳腺，肺，胰腺，小肠，中枢神经系统
HER2
乳腺，心脏，中枢神经系统
HER3
心脏，中枢神经系统
HER4
乳腺，心脏，中枢和外周神经系统
EGF
前列腺，中枢和外周神经系统
TGF
上皮，前列腺，眼
HB-EGF
中枢神经系统
AR/EGF/TGF 胃肠道
EGFR受体和配体转基因研究
N. of tumors
1.387 504
1.424 498
1.127 916
843 1.200 2.043
Tumors with EGFR mutation
Number
Rate (%)
99
7.1
231
45.8
142
10
193
38.7
331
29.4
17
1.8
282
33.4
66
5.5
348
17
肿瘤中EGFR家族的基因改变
Growth Factor Receptors
GSK-3
Apoptosis
RAF
P RR T TP
P KK
P I-3 K
SOS RAS
PI3K
PI-4,5-P2
PKC PI-3,4,5-P3
PD K’s Akt/PKB P
P Survival
MAP P K
Proliferation
酪氨酸磷酸酶的结构模式
酪氨酸激酶受体 EGFR
HER2 HER3 PDGFRalpha PDGFRbeta MET EphR
肿瘤类型
卵巢癌（35-70%）、头颈癌（80-100%)、 结直肠（35-50%)、膀胱癌前列腺癌（4080%)、胃癌（33-81%)、NSCLC（4080%)、宫颈癌等 乳腺癌（25-30%)、卵巢癌、前列腺癌等