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CN:31-1600/Q
ISSN:1004-0374
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《生命科学》 2005, (4): 286-
国家“973”研究项目——细胞重大生命活动的基础与应用研究子课题:细胞信号转导研究进展
费 俭
中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所,上海200031
      “973”课题——细胞重大生命活动的基础与应用研究已于2004年结题,本文将对这一项目的子课题:细胞信号转导的研究目标和研究进展做一个简单的介绍。这个子课题承担单位是中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所,负责人裴钢院士。主要研究进展有:
1 b-arrestin在G蛋白偶联受体信号转导中的作用研究
      b-arrestin1和b-arrestin2在G蛋白受体介导的信号转导中起重要作用,研究表明,这两种分子在细胞内的分布具有很大差异,但其结构基础还不清楚。课题研究人员研究揭示了b-arrestin与CXCR4之间存在多点结合,并研究了不同的结合方式所引发的生物学功能,这一发现为理解信号转导的多样性和灵巧性提供了基础。在研究了b-arrestin相互作用的分子机制和结构特征的基础上,还研究了这种相互作用所涉及到的细胞内信号传导途径,将PKC信号传递途径、阿片受体内化作用、b-arrestin和GPCR相互作用联系起来,从而为说明阿片类物质的成瘾和耐受的生物学机制提供了新的实验证据。以CXCR4为受体模型,还研究了b-arrestin与CXCR4介导的化学趋向功能的关系,揭示了b-arrestin在其中扮演的重要角色,并且发现这一功能的实现和细胞内MAPK的信号通路激活有非常紧密的联系。研究还发现在b-arrestin2 C端的一段疏水氨基酸序列和N端部分是蛋白核转运所需要的。进一步的研究还表明,b-arrestin 能和许多蛋白结合,从而调节这些蛋白的功能,Mdm2 是P53蛋白的负调控因子,研究人员发现b-arrestin2能和Mdm2结合,并且在G蛋白受体被激活时将Mdm2带到质膜上,这一发现在G蛋白受体的信号转导和P53蛋白功能之间建立了联系。课题研究的另一重要发现,是去甲肾上腺素受体可以利用b-arrestin2作为一种信号分子和NF-kB分子的抑制分子IkBa作用,从而能阻止IkBa分子的磷酸化和降解,这一发现为交感神经系统发挥免疫调节作用的机制提供了新的模型和解释。上述的这些工作,在针对G蛋白偶联受体介导的信号转导的研究中,比较系统地研究了b-arrestin分子在其中的作用和参与的信号转导途径,通过发现b-arrestin分子和其他分子的相互作用,建立了G蛋白偶联受体和与肿瘤发生、发展,以及和免疫系统功能调节的相互联系,这些工作在本领域中都具有开创性的意义,相关论文发表在国际权威的专业杂志上[J Biol Chem, 2003, 278(8):6363~6370; Mol Cell, 2004, 14(3):303~317]。这些研究不仅完善了人们对b-arrestin分子在信号途径中作用的认识,同时为利用G蛋白偶联受体作为肿瘤治疗和免疫调节的靶点提供了实验证据。
2 G蛋白偶联受体脱敏的分子机制研究
      信号脱敏(减敏)和受体内吞是G蛋白偶联受体(GPCRs)介导的信号途径调节的重要机制。G蛋白偶联受体激酶(GRKs)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,专一地磷酸化活化的GPCRs,在由G蛋白介导的信号传导系统的快速减敏,以及进一步的受体内吞中起着重要的作用。GRKs与GPCRs如何相互识别和作用是认识信号脱敏分子机制的关键问题之一。课题研究的结果揭示了GRKs与GPCRs相互作用的一个关键区域和位点,发现了GRKs的C端结构域的一个重要功能,即该结构域不仅具有已知的(通过其可变区域而实现的)将该酶转位到膜上的功能,而且其中的一个保守区域是GRKs与GPCRs相互作用的关键区域,进一步的工作表明了这个区域中的一个多脯氨酸部位是作用的关键位点。上述的工作还表明了GRKs的N端结构域也是与GPCRs相互作用的区域,而且该相互作用是GRKs受活化受体激活所必需的(J Biol Chem, 2000, 275:8469~8474)。
3 肿瘤血管生成新机制的研究
      在研究中,课题组发现神经信号分子Slit/Robo在肿瘤血管生成中发挥重要作用。Slit2分子能够引起血管内皮细胞迁移,而Robo1的抗体能够抑制这种作用,并在体内抑制肿瘤生长。研究发现不同阶段的肿瘤切片上Slit有不同的表达强度。这些结果证明了Slit-Robo信号通路在肿瘤生长中的重要作用。上述结果表明,Slit2蛋白在血管内皮细胞迁移和血管形成方面可能具有重要作用,特别是在肿瘤细胞诱导的血管生成过程中,抑制Slit2介导的Robo受体的活性能有效控制肿瘤的发展和肿瘤中血管的生成,这一研究为利用Slit作为肿瘤治疗的靶点提供了实验依据,相关的论文发表在国际权威杂志Cancer Cell上[Cancer Cell, 2003, 4(1):19~29]。
4 炎症中的信号途径及抗炎症药物的研究
      课题组的研究人员发现穿心莲内酯能够直接与NF-kB二聚体中的P50蛋白直接结合,从而抑制NF-kB信号通路活化,在多个炎症动物模型中穿心莲内酯显示出良好的抗炎效果。该化合物的衍生物筛选工作也取得了重大突破。课题组成员还围绕P-选凝素、E-选凝素及其配基进行了一系列研究工作,证明了这一类粘附分子在炎症反应和肿瘤转移过程中的重要作用,揭示了P-选凝素及其配基相互作用的分子机制,课题组研究人员克隆到了一种不同于PSGL-1的约110kD的糖蛋白基因,并证明是一种新的P-选凝素配基。课题组研究人员还发现N-脱硫肝素衍生物No.4的抗凝血活性大大低于肝素或低分子量肝素,而保留了几乎不变的抗炎症活性,并且在多种动物模型试验中显示良好的疗效。这一研究成果已获得了专利,在这一领域处于国际领先地位,而且还初步建立了制备工艺,进行了中试,并进行了部分药效和药理研究,为产业化打下了基础。
5 免疫反应中的信号转导途径研究
     百日咳毒素(PTX)能加强Th1细胞介导的自身免疫反应,但是其间的机制不清楚,课题研究人员发现PTX处理的树突状细胞能替代PTX加强自身免疫性葡萄膜炎动物模型(EAU)的发病,并且是一种典型的Th1细胞引发的自身免疫反应。这些结果显示,PTX可能是通过促进树突状细胞的成熟,诱导DC细胞分泌一些前炎症因子而引发Th1细胞介导的自身免疫反应。研究还发现,IFN-g和IL-12-R在Th1细胞上的协同表达在EAU发病机制中有重要的作用。同时的研究还表明,在EAU模型中疾病专一性的Th1细胞在疾病发病前已到平台期,这一结果为临床上作为此类疾病诊断时在采血时间上提供了实验依据。进一步发现PTX在刺激DC成熟的同时,能促进DC通过ERK途径产生IL-12,从而导致Th0细胞向Th1方向分化。PTX-DC为我们建立了一个全新的工作系统,用于深入了解免疫应答和免疫耐受的分子机制。所发表文章在J Immunol上受到Editor专栏评述(J Immunol, 2003, 170:1728 ~1736)。
6 成瘾的神经机制研究
      阿片成瘾是一种复杂的神经机制,其中谷氨酸系统起着非常重要的作用,我们发现在大鼠吗啡戒断模型中,海马区的谷氨酸的摄取活性明显增加,研究表明这种谷氨酸摄取增加是因为谷氨酸转运蛋白亚型1(GLT1)在突触表面迁移的增加,这一结果揭示了谷氨酸系统参与阿片成瘾过程的一种机制(J Neurosci, 2003, 23:4775~4784)。吗啡注射还能引发另外一种神经递质转运蛋白GAT1的功能变化,研究发现注射吗啡2小时后能引起小鼠脑内GABA摄取的增加,为了研究GAT1在吗啡成瘾过程中的作用,我们建立了GAT1过度表达的小鼠,结果发现,过度表达GAT1能明显减轻小鼠对吗啡的成瘾和药物戒断反应,这一结果表明GABA系统也参与和影响吗啡的成瘾过程,同时也为发展戒毒药物提供了有用的实验基础[J Neurosci Res, 2003, 74(4): 614~ 621]。GABA系统也和痛觉有关,研究发现用GAT1的抑制剂能有效减缓小鼠的疼痛,在实验中没有观察到明显的成瘾性和药物耐受性,而在GAT1过度表达的小鼠中,痛阈被明显降低,这些结果为GABA系统参与疼痛找到了新的证据,同时也为开发优良的镇痛药物提供了新的药物靶点[J Neurosci Res, 2003, 73(4):565~572]。
 
 
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