细胞信号

细胞信号（精选十篇）

细胞信号 篇1

1 舌苔与细胞凋亡信号通路关系

细胞凋亡是由基因控制的细胞程序性死亡,胞外的死亡信号通过TNFR1、Fas等死亡受体完成跨膜传导,内质网和线粒体等细胞结构在死亡信号的胞内传导中具有重要作用,Caspase家族蛋白、bcl-2家族蛋白等多种分子参与凋亡信号的传导,相互制约组成一个完整、高效的凋亡机制网络系统[1]。目前研究发现,舌苔形成与舌背黏膜上皮细胞的增殖、分化和凋亡密切相关,舌苔的研究也深入到分子水平,特别是凋亡相关基因在舌苔研究中取得了不少有意义的成果[2]。在舌苔形成机制的研究中,吴正治课题组[3,4]运用原位杂交、免疫组化技术对凋亡相关基因bax、fas、TGF-β3在正常及常见病理舌苔上皮细胞中的mRNA转录水平及蛋白产物进行测定,发现与正常及薄苔比较,剥苔bax、fas基因过度表达伴随细胞凋亡增多,而厚苔bax、TGF-β3mRNA低表达伴随细胞凋亡减少,舌苔上皮细胞中促凋亡基因bax、fas、TGF-β3表达水平变化趋势与细胞凋亡水平变化趋势一致,他们从基因分子水平角度阐述常见舌苔的形成机制和影响因素;李明等[5]运用原位杂交、免疫组化技术对Fas在正常及常见病理舌苔上皮细胞中的mRNA转录水平及蛋白产物进行测定,发现Fas引导的细胞凋亡可能是影响舌苔上皮细胞凋亡并导致舌苔厚度变化的重要原因;梁文娜等[6]运用免疫组化技术检测舌苔脱落细胞调控蛋白,研究围绝经期综合征患者舌苔脱落细胞调控蛋白与肝郁病理对的相关性时发现,围绝经期综合征肝郁病理改变与舌苔脱落细胞调控蛋白Fas、Bax的阳性率呈正相关,与Bcl-2的阳性率呈负相关,提示肝郁病理是围绝经期综合征的核心病机之一,与舌苔脱落细胞凋亡调控蛋白相关;李灿东课题组[7]通过对109例慢性浅表性胃炎患者的舌象及舌上皮细胞凋亡基因相关蛋白p53、bcl-2及fas等进行观察,研究细胞凋亡与舌象形成的关系时发现,舌象形成与细胞凋亡具有密切关系,p53、bcl-2和fas参与了细胞凋亡的调控,共同构成了慢性浅表性胃炎舌象形成的细胞学基础。

从以上研究可见,在舌苔的形成过程中,特别是薄苔和厚苔的形成过程与bax、fas基因凋亡密切相关,一般认为在薄苔、剥苔中bax、fas基因表达增多伴随细胞凋亡增多,而厚苔中bax、fas基因的低表达伴随细胞凋亡减少。

2 舌苔与表皮生长因子信号通路关系

表皮生长因子主要在颌下腺和十二指肠Brunner氏腺产生,也存在于胰腺、空肠、肾脏等处,对于组织增生、分化和器官的发育成熟有重要作用,EGF-R具有促细胞分裂的酪氨酸酶[8]。现代研究发现[9],舌苔的增厚与表皮生长因子(EGF)的增加有关,EGF可以明显促进上皮细胞的角化,如刘家义等[10]通过对慢性胃炎各组患者唾液中表皮生长因子(EGF)含量的测定及舌苔上皮细胞表皮生长因子受体(EGFR)的蛋白检测来研究EGF及其受体表达与中医慢性胃炎舌象形成的关系,结果发现:唾液EGF含量及EGFR表达呈现脾胃湿热证>肝胃不和证>脾胃虚弱证>胃阴不足证的趋势,唾液EGF含量、EGFR表达与慢性胃炎舌象形成有相关性;周坤福等[11]运用EGF-R SABC免疫组化技术,通过皮下注射EGF,观察小鼠舌上皮细胞生长和EGF-R的表达观察表皮生长因子(EGF)影响舌苔形成的分子机制,结果发现EGF可以通过EGF-R机制,影响舌苔形成。任晓岚等[12]研究发现:EGF与EGF-R结合后,激活受体自身的酪氨酸激酶活性,将信号传递,参与有丝分裂,然后将有丝分裂信号从细胞外传递到细胞内,从而有效调节细胞对外界刺激的反应、细胞增生、存活、黏附、迁移和分化等;许冬青等[13]应用基因芯片、荧光定量PCR技术定量检测舌癌患者舌黏膜EGF-R mR-NA的表达水平,结果显示不同舌苔EGF-R mRNA表达水平差异明显,黄厚苔组值最高,其次是白薄苔、黄薄苔组,说明不同舌苔舌上皮细胞EGF-R基因表达水平存在明显差异,EGF-R可能是影响舌苔形成的重要因素之一;佟书娟等[14]采用ELISA法和免疫组化法S-P法检测胃腺癌患者不同舌苔组和正常人群对照组血清中TGF-α的含量及舌鳞癌患者不同舌苔舌背黏膜组织中EGF-R的表达情况,结果发现,胃腺癌组血清TGF-α的含量明显低于正常对照组(P<0.05);从苔色方面分析,胃腺癌白苔组明显低于正常对照组(P<0.05);从苔质方面分析,胃腺癌厚苔组明显高于正常对照组(P<0.05),胃腺癌剥苔组明显低于正常对照组(P<0.05);胃腺癌患者血清TGF-α的含量黄厚苔组明显高于剥苔组(P<0.05)。EGF-R在不同舌苔黏膜组织中的表达趋势为:舌鳞癌白薄苔组>舌鳞癌白厚苔组>舌鳞癌黄薄苔>舌鳞癌黄厚苔>舌鳞癌剥苔和正常对照组,说明TGF-α和EGF-R机制影响舌苔形成;张凌媛等[15]运用免疫组化技术检测围绝经期综合征肝郁型患者舌苔脱落细胞EGFR表达情况,研究舌苔变化与肝郁病理的内在联系,结论提示围绝经期综合征肝郁型患者舌苔脱落细胞EGFR表达阳性率明显高于健康人。综上所述,舌苔的形成与表皮生长因子的关系非常密切,特别是在消化道疾病中,表皮生长因子及受体都发生一定能更的改变,推测可能的机制为EGF可以通过EGF-R机制,影响舌苔形成。EGF与EGF-R结合后,激活受体自身的酪氨酸激酶活性,将信号传递,参与有丝分裂,然后将有丝分裂信号从细胞外传递到细胞内,从而有效调节细胞对外界刺激的反应、细胞增生、存活、黏附、迁移和分化。

3 舌苔与脂多糖信号通路关系

脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)是细菌的细胞壁主要组成成分,对LPS的识别与信号转导是机体自身防御反应的重要环节。LPS可通过LPS-LBP-s CD14三联复合物作用于TLR4并激活My D88,活化的My D88可聚集并结合IRAK1和IRAK2,然后作用于肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6),进一步激活MAPK和NF-kB信号转导通路165〗。由于唾液中的溶菌酶可以裂解口腔中的细菌而产生LPS,由此可推测口腔中的微生物群、溶菌酶与舌苔形成相关。LPS-MAPK通路作为近年来新兴的研究热点,从舌苔菌群的蛋白表达的研究及舌苔微生态角度阐述了舌苔形成的机制。Han J等[17]发现脂多糖激活LPS-MAPK信号通路在哺乳动物细胞中和酵母菌培养环境下同样是适应生理压力的一种途径。张军峰等[18]采用MTT法分别检测不同浓度脂多糖(LPS)经不同作用时长作用后,体外培养的舌鳞癌TCA-8113细胞增殖活性的影响,又通过免疫组化技术研究p38-MAPK激酶、c-myc、c-fos和NF-KB在TCA-8113细胞中的表达水平,来观察不同剂量脂多糖(LPS)同时长作用下,对舌鳞癌TCA-8113细胞的影响作用,结果发现LPS作用TCA-8113细胞16 h,对细胞增殖活性影响不明显;作用32 h,明显促进细胞增殖活性,高剂量脂多糖(LPS)可以影响TCA-8113的增殖活性,是参与舌苔形成的重要外源性因素,对NF-KB信号通路具有重要作用。

4 小结

舌诊是中医诊断的重要方法,其客观化研究一直是中医现代化的研究热点。上述的舌苔研究为中医舌诊客观化研究的发展开辟了广阔的前景,也取得一定成果。但是仍存在一定的不足:1)在舌象研究中,舌象判读多采用医生直观目测和经验辨析,缺乏客观化的评价;2)舌苔研究多集中在利用细胞化学、分子生物学等方法探讨舌苔与疾病的关系,而系统研究某种舌苔形成机制的较少;3)从舌苔的颜色、厚薄的变化与信号通路的关系研究较少。

盐胁迫下植物的细胞信号转导 篇2

盐胁迫下植物的细胞信号转导

近年来,植物对环境胁迫的响应在细胞和分子水平上得到了广泛研究.一般来说,胁迫信号首先被膜受体感知,然后传递至细胞中启动胁迫响应基因,调节植物对胁迫的耐受.了解植物感知与传递环境胁迫信号的.途径并完成对环境胁迫的响应,是生物学重要的基础研究内容.简要介绍了在盐胁迫下植物细胞信号转导的一系列过程.

作 者：张晓磊 聂玉哲 李玉花 ZHANG Xiao-Lei NIE Yu-Zhe LI Yu-Hua 作者单位：东北林业大学,花卉生物工程研究所,黑龙江,哈尔滨,150040刊 名：生物技术通讯 ISTIC英文刊名：LETTERS IN BIOTECHNOLOGY年，卷(期)：19(3)分类号：Q945.78关键词：植物 盐胁迫 信号转导

细胞信号 篇3

【关键词】 骨关节炎;软骨细胞;细胞外信号调节激酶;信号通路;综述

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.01.016

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是临床多发的老年代谢性骨病，其病理表现以关节软骨损害为主，常累及整个关节组织。大陆地区40岁以上人群原发性OA患病率46.3%，其中男性为41.6%，女性为50.4%，随着年龄的增大而逐渐升高，本病的致残率高达53%[1]。OA的发病机制尚不明确，现代医学治疗远期疗效尚不肯定，中医标本兼治，各有特色，目前中西医结合保守治疗仍为临床常用治疗方法[2]。近年来，信号通路在OA发病机制中的研究更加深入，发现细胞外信号调节激酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）通路在OA的发病与治疗过程中有关键作用，现将其综

述如下。

1 ERK

丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）级联途径是细胞信号转导的重要途径，它能将募集到的多种细胞外信号（如生长因子、细胞因子等）磷酸化活化后逐级传递到细胞核，并激活多种核转录因子参与多种生理过程[3]。软骨细胞的凋亡、炎症反应、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的激活等都与MAPKs信号传导通路有关[4]。MAPKs家族包括c-Jun N-末端激酶（c Jun N terminal kinases，JNK）、p38激酶、ERK、大MAPK通路（BMK1/ERK5）、ERK3、ERK27、NLK和ERK8等8个亚家族。ERK是脯氨酸导向的丝氨酸、苏氨酸激酶，1991年Sturgill等在哺乳动物细胞鉴定出，它广泛存在于哺乳动物细胞中[5]。ERK包括两个同源性高达90%的亚型：ERK1和ERK2，Ras和ERK相互之间构成了一条完整Ras/Raf/MEK/ERK信号通路，并依次顺序激活可参与细胞增殖和凋亡等信号传导[6]。在MAPKs家族中，目前已证实，参与OA发病的有JNK、p38激酶及ERK[7]，其中ERK1/2信号转导通路是受外界刺激时决定细胞命运的关键因素，它主要是促进增殖，调控细胞的终末分化[8]。杨丰建等[9]通过对家兔OA模型发病不同时期关节软骨中的ERK1/2蛋白表达水平的测定，发现蛋白激酶ERK1/2的表达水平从造模第

4周开始持续升高，说明了ERK1/2信号转导通路在OA发病过程中持续发挥作用。

2 ERK1/2对OA发病过程中关节软骨细胞活性的影响

近年来研究发现，ERK1/2信号转导在OA中呈现高表达[10]。ERK1/2信号转导通路是细胞增殖和凋亡信号途径，可被多种细胞外刺激信号激活，参与调节细胞的增殖、分化和凋亡，ERK1/2的激活使转录因子磷酸化来调节基因的表达，促进细胞增殖，阻止细胞凋亡[11]。

2.1 ERK1/2通路与软骨细胞的增殖 高世超等[12]指出，MAPKs家族中ERK1/2信号转导通路是受外界刺激时决定细胞命运的关键因素，ERK1/2信号通路能促进软骨细胞的增殖和肥大分化，导致软骨钙化和骨赘形成，从而影响OA的形成和发展。激活ERK1/2信号通路可促进患者OA软骨细胞增殖[13]，程亮[14]通过实验研究发现，p-ERK1/2在OA软骨细胞中表达水平较正常软骨细胞呈现上调趋势，同时增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）在OA软骨细胞中表达也呈上调趋势，认为ERK1/2通过调控PCNA而促进OA软骨细胞增殖。Xiao等[15]研究发现，血小板衍生生长因子（platelet-derived growth factor，

PDGF）能够通过激活ERK1/2途径来促进软骨细胞增殖，抑制软骨细胞凋亡。同时有研究发现，骨保护素（osteoprotegerin，OPG）也可通过诱导ERK的磷酸化从而促进软骨细胞的增殖[16]。任科伟

等[17]发现，上皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）被抑制后，周期性机械应力促进的软骨细胞增殖和细胞外基质合成均显著降低，而且ERK1/2的磷酸化水平也下降，指出周期性机械应力可通过激活EGFRERK1/2信号通路促进大鼠软骨细胞增殖和细胞外基质合成。Shakibaei等[18]研究发现，姜黄素和白藜芦醇可以通过激活ERK1/2信号通路来维持软骨细胞的分化和生存，并且可抑制白细胞介素（interleukin，IL）-1β诱导的细胞凋亡。史冰楠[19]通过淫羊藿甙对关节软骨细胞增殖、凋亡的实验研究发现，淫羊藿甙能通过对ERK1/2通路的激活，减少关节软骨细胞分泌的NO/NOS和MMP-13，调节关节软骨细胞的增殖。复元胶囊含药血清可促进磷酸化ERK1/2表达、降低培养上清中NO水平、调节ERK1/2信号通路下游p53和caspase-3因子而抑制SNP诱导的软骨细胞凋亡[20]。而通过活化ERK通路促进关节软骨增殖修复关节软骨面而达到治疗OA的报道并不多见，由此可见，OA发病过程中，ERK通路的活化促进关节软骨细胞的增殖分化，其结果主要是导致软骨钙化和骨赘形成。Pelletier等[21]研究发现，阻断ERK1/2信号转导通路不仅能够有效降低关节软骨的破坏程度，还可以减缓骨赘形成。

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2.2 ERK1/2通路与软骨细胞的凋亡 ERK1/2可以通过增加p53活性、增强Bax表达和通过calpain的介导等途径引起细胞凋亡[22]。Gómez等[23]认为，在OA发病过程中软骨细胞的凋亡与花生四烯酸乙醇胺协同肿瘤坏死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α持续激活ERK通路密切相关。IL和TNF是引起OA的主要炎性分子，TNF-α是通过MEK1/2和核因子的途径来抑制Ⅱ型胶原和连接蛋白基因表达的，进而干扰了关节软骨的合成和重建，TNF-α能促进软骨细胞IL-1β的表达，二者产生协同作用，使软骨基质降解大于合成，导致软骨破坏[24]。TNF-α通过活化ERK引起MMPs活性增加，从而加速水分的丢失、细胞外基质的降解和细胞凋亡，ERK抑制剂又能下调TNF-α基因和蛋白质的表达，抑制细胞凋亡[25]。IL-1β在诱导MMPs表达时也需要ERK信号的转导[26]，IL-1β和TNF-α与相应的受体结合后，可经MAPK途径和核转录因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）途径进行细胞内信号转导，最终引起MMPs增高、自由基生成、细胞凋亡等一系列过程，降钙素可以抑制IL-1诱导的大鼠膝关节软骨细胞中ERK1/2通路的激活，下调MMP-13的表达，对OA软骨细胞的损伤起到一定的预防作用[27]。Fan等[28]用ERK通路选择性抑制剂处理成人软骨细胞的体外实验显示，ERK的抑制剂能显著抑制IL-1β诱导引起的MMP-1和MMP-13表达上调及Ⅱ型胶原表达下调。王祥[29]指出，抑制ERK1或ERK2均能充分阻断IL-1β介导的OA，并通过实验研究发现，沉默ERK1或ERK2均能显著抑制IL-1β诱导人软骨细胞高表达COX-2、MMP-3、MMP-13及促进前列腺素E2的分泌，同时均能显著逆转IL-1β抑制软骨细胞表达Ⅱ型胶原蛋白和蛋白聚糖。因此，ERK通路活化可以通过TNF-α、IL-1β等炎性因子的诱导使MMPs表达上调，从而加剧软骨细胞外基质的降解，破坏关节软骨。抑制ERK通路的活化可以降低IL-1β和前列腺素E2、NO等炎性递质，从而下调MMPs的表达，对关节软骨起到保护作用。

总之，在OA的发病过程中，不同刺激因子下，ERK1/2通路活化参与软骨细胞的多种信号转导，既可以促进软骨细胞的增殖、抑制软骨细胞凋亡，同时又可以引起软骨细胞结构蛋白破坏、细胞外基质降解，从而加快软骨细胞的凋亡。

3 阻断ERK1/2通路在OA治疗过程中的应用

中药复方能抑制ERK的表达和磷酸化，从而抑制ERK信号转导通路，同时中药复方也能兴奋此通路[30]。程潭[31]通过对大鼠OA的研究发现，降钙素能有效下调磷酸化ERK1/2的表达而减少软骨细胞中MMP-13的合成，保护关节软骨及软骨下骨组织，延缓OA病情进展，以达到潜在的治疗作用。阿仑膦酸钠能通过抑制IL-1β刺激的大鼠膝关节软骨细胞中p-ERK1/2通路的激活，下调MMP-13因子的表达，从而对软骨细胞起到一定的保护作用[32]。在动物实验中，ERK抑制剂PD198306治疗OA疗效显著，其作用主要表现在能有效改善滑膜炎症、骨赘形成和软骨破坏[33];Prasadam等[34]也发现，透明质酸联合U0126（ERK抑制剂）的应用可以明显抑制ERK的磷酸化，减少RUNX2 及MMP-13 的表达，延缓软骨细胞肥大分化及软骨退化。

4 总结与展望

MAPK-ERK1/2通路对OA发病过程中的作用主要体现在调控OA软骨细胞的增殖和凋亡，可见ERK1/2通路参与细胞多种细胞信号转导，既参与了软骨细胞的凋亡，又参与了促进软骨细胞的增殖、抑制软骨细胞凋亡，因而ERK1/2特异性抑制剂在人体OA的治疗会存在一定的毒副作用。通过分析ERK1/2通路对软骨细胞增殖凋亡的调控作用，更加明确OA发病过程中骨赘形成、软骨破坏等病理改变的原因。然而ERK1/2通路的活化对关节软骨细胞存在多种调控作用，寻找合适MAPK-ERK1/2靶点药物对人体OA的治疗有着重要意义。

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（下转第71页）

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收稿日期：2014-10-05;修回日期：2014-11-10

受体细胞信号转导运动与规律分析 篇4

关键词：受体,细胞,信号转导,运动,规律

一、受体及细胞信号转导的概念

关于受体的研究已经有百余年的历史, 有研究人员认为在细胞上存在若干个侧链, 如果在细胞结构上的侧链基团与毒素分子集团相结合, 于是将这些侧链称作受体。随着受体研究的不断深入, 现今对受体的定义为:存在于细胞表面的一种分子集团, 能够对一些具有生物活性的信号配体进行识别, 并与之结合, 激发生物化学反应的发生, 从而产生具有一定的生物效应的具有特殊性的糖脂或者蛋白质。受体概念的产生是生物学界研究发展道路上的一座里程碑。如今, 在信号在细胞中的传递, 受体对信号的识别、信号在通路中的传导以及细胞内效应三个环节相互依存, 相辅相成。毒素集团以及药物都选择自身适合的受体产生作用, 达到细胞间信息传递的目的。

细胞信号转导是一个生物学效应的过程, 受体位于细胞内或者细胞的胞膜内, 当其受到来自细胞外部信息分子的刺激后, 受体细胞利用信号转导系统对刺激信号进行调控和转换同时进行信息传递。细胞信号转导系统具有组织性、严密性、网络化的特点, 外界刺激对细胞产生刺激作用, 通过信号传递途径向细胞内进行信息传递, 对各种转录因子进行激活刺激, 从而对细胞的生长、发育以及其功能进行活性调节, 进而产生各种生物学效应。通过对细胞信号转导系统的结构和机理的研究和探讨, 来对细胞的全部生命过程进行细致的研究, 对其在多个方面的具体表现以及其各项机能的调控方法加以认识。

二、细胞信号转导的途径

近几年众多专家学者和研究人员将研究的重心放在细胞信号转导的途径方面, 并对信号转导途径制定了相应的标准:第一, 细胞信号的转导途径手肌肉活动的影响, 肌肉的收缩能够造成信号转导途径的变化;第二, 与运动有关的细胞组织中的基因表达受细胞信号转导途径的调控。第三, 运动信号途径属于关联组织基因的效应, 是局部效应的表现, 与生理活动无关。据此标准, 本文对受体细胞转导运动进行深入的研究和分析。

细胞丝裂原激活的蛋白激酶 (简称MAPK) 信号转导途径在细胞功能的维持和实现中起着非常重要的作用。在真核细胞中有四条蛋白激酶的信号转导途径已经确定, 这些对细胞的生长、代谢、基因转录以及细胞凋亡都具有重要的调控作用。

1. ERK1/2途径

ERK1/2途径即调节细胞外信号蛋白激酶途径, 这一途径是首个已经在哺乳动物中经过严格确认的途径。细胞信号无论是生长信号还是分化信号都利用这一途径进行信号的传导。信号传导以细胞中的生长因子和酪氨酸激酶为传导介质, 对激酶按照一定的顺序逐个进行激活。ERK1/2激活转录因子在对其进行活化以后结合到SRE对转录进行启动;同时ERK1/2在活化后也能够对转录因子Stat3进行激活作用, 从而启动转录。ERK1/2可以对转录因子产生磷酸化的作用, 从而对转录因子产生激活的作用同时对细胞的胞浆底物产生磷酸化的作用。

2. JNK途径

对细胞内的JNK途径激活, 可通过氧化应激、照射紫外线等方式进行激活作用。细胞在应激的状态下, 激酶按照一定的次序被逐个激活。转录因子受到活化的作用与元件相结合启动转录。JNK途径可对诱导型的生物合成进行调控, 在应激状态下, 随着诱导型NO数量的增加, 可以起到舒张血管的作用, 对激素的产生进行调理。

3. p38途径

p38信号转导途径的激活可通过紫外线、渗透压应激等产生激活作用。细胞因子按照一定的顺序进行逐个激活, 活化的p38MAPK对MAPKAP激酶2具有进一步的激活作用, 同时还对转录因子有激活作用。

三、AMPK信号分子在运动中的作用

运动会改变骨骼原有的肌能量代谢能力, 这是AMPK酶调节的直接结果, AMPK酶能够对骨骼肌能量在产能和耗能方面都具有调节的作用。人体在进行较大强度的运动以后, 骨骼肌的AMPK酶的活性大大增强, 同时对转录银子的磷酸化作用也大大增强。运动对AMPK的激活作用能够使骨骼肌葡萄糖的利用率大大提高, 同时受转运载体的调节作用促进了其在肌体内的转运。AMPK对于运动有关的基因转录也同样起到调节的作用。当AMPK被激活后, 可促进骨骼肌和基因表达。AMPK的激活过程与细胞核呼吸因子增加有关。

四、运动诱导细胞凋亡的信号机制

特异性蛋白水解酶在细胞凋亡的信号转导中起着非常重要的作用。人体骨骼肌细胞的凋亡很可能是因为运动的过程中将一系列的蛋白酶产生了激活和活化的作用, 从而使骨骼肌细胞发生凋亡。研究结果表明, 细胞凋亡信号的转导的过程是多条不同的通路相互交织, 多种信号相互产生作用, 共同构成一个复杂的信号网络系统。运动诱导细胞调往信号机制的研究还有待日后更加深入的开展研究工作

参考文献

[1]贺师朋.受体研究技术[M].北京:北京大学医学出版社, 2013.

[2]李琳燕, 侯丕宇.瘦素及其受体与运动[J].沈阳体育学院学报, 2012, 20 (1) .

细胞信号 篇5

cAMP 参与烟草悬浮细胞的ABA信号转导

ABA诱导型启动子(rd29A)重组到报告基因(GUS)的上游构建表达载体.通过农杆菌介导转化烟草,获得转基因植株.将转基因植株诱导愈伤组织,建立稳定、均一的转rd29A-GUS融合基因的悬浮培养细胞系.用ABA处理悬浮细胞24 h后GUS活性显著升高,说明外源ABA能够诱导rd29A启动子的表达,获得了用于ABA信号转导研究的实用细胞系.在ABA激活表达的细胞介质中加入尼克酰胺(cADPR合成酶的抑制剂)或U73122(PLC抑制剂)只能部分抑制ABA的效应,但如果加入蛋白激酶抑制剂K252a,抑制效果达95%以上.用可跨膜的cAMP的`类似物8-Br-cAMP处理细胞发现,它能代替ABA的作用;当介质中加入1 mmol/L IBMX(磷酸二酯酶的抑制剂)增加cAMP的稳定性,发现低浓度的8-Br-cAMP与ABA相同的效应.以上结果表明cAMP参与了烟草悬浮细胞中ABA信号的传递.

作 者：刘璞 孟令军 张会霞 陈珈 王学臣 LIU Pu MENG Ling-jun Zhang Hui-xia CHEN Jia WANG Xue-Chen 作者单位：中国农业大学生物学院,植物生理生化国家重点开放实验室,北京,100094刊 名：植物学报 ISTIC SCI英文刊名：ACTA BOTANICA SINICA年，卷(期)：44(12)分类号：Q945关键词：烟草 脱落酸 环腺苷一磷酸 β-葡糖醛酸酶 报告基因 信号转导 tobacco ABA cAMP β-glucuronidase (GUS) report gene signal transduction

细胞信号 篇6

1材料与方法

1.1细胞系及培养细胞系及其培养方法:用5%二氧化碳在37℃条件下进行神经胶质瘤C6细胞的培养, PRMI 1640培养液中含有100 IU/ml链霉素、100 IU/ml青霉素及10%胎牛血。

1.2试剂本研究所用试剂包括:美国cell signalling公司生产的m TOR、GAPDH抗体和辣根过氧化物酶 (HRP) 标记的二抗, 北京天根生化科技 (北京) 有限公司生产的Trizol、SYBR Green荧光定量检测PCR试剂盒, 美国Santa Cruz公司生产的特异性m TOR靶向si RNA, 英韦创津公司生产的Lipofectin2000、PRMI 1640培养基, 美国Millopore公司生产的干细胞培养基, 美国Gibco公司生产的胎牛血清, 美国Sigma公司生产的Hoechst33342和维拉帕米、链霉素、青霉素。

1.3荧光定量PCR检测m TOR基因表达分别选择NSP和SP细胞, PBS进行2次洗涤, 根据Trizol说明书要求对细胞总RNA进行提取, 反转录出第1链c DNA, 根据SYBR Green荧光定量PCR检测试剂盒说明书要求, 进行m TOR基因表达量的检测。使用2-△Ct值表示基因的表达量, Ct值表示基因扩增达到阈值的循环数, △Ct值越小, 则证实基因的表达就越多, 相应的2-△Ct值越小就说明该基因的表达就越少, △Ct值=目的基因Ct值-内参基因Ct值。

1.4侧群 (SP) 细胞的流式细胞仪分选按照Goodell等研究人员提出的方案, 对SP细胞的流式细胞仪进行分选, 具体如下方法:选择对数生长期的神经胶质瘤C6细胞, 在5 mg/L的Hoechst 33342中加入106/ml单细胞悬液, 同时, 提前30 min选择1 ml细胞, 并加入50 mg/L维拉帕米, 后加入Hoechst33342作为对照, 选择相应的SP亚群, 连续90 min在37℃的水浴避光染色。通过美国BD公司生产的IL6和IL7双通道做门FACS AriaⅡ流式细胞仪, 参考维拉帕米对照样品对SP细胞群进行选择, 并在37℃无菌条件下分选。

1.5统计学方法采用SPSS17.0统计学软件进行统计分析。计量资料以均数±标准差 (±s) 表示, 采用t检验;计数资料以率 (%) 表示, 采用χ2检验。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2结果

荧光定量PCR检测结果证实, 在NSP和SP细胞中, m TOR基因的2-△Ct值为 (0.289±0.042) 和 (0.623±0.021) , 两个检测结果比较差异有统计学意义 (P<0.05) 。见图1。Western blot检测结果证实, SP细胞的m TOR蛋白表达也明显高于NSP细胞。见图2。

3讨论

肿瘤干细胞是一种具有自我更新潜能和高增生潜能的一小群肿瘤起始细胞, 现阶段临床常用的肿瘤干细胞分选方法包括Hoechst 33342染色流式细胞仪SP细胞分选、无血清球囊悬浮培养富集、免疫标记分选几种[1], 其主要原因是特异性标记的肿瘤干细胞蛋白在特定的肿瘤中并不显著, 血清悬浮培养条件较为严苛, 但耗时相对较少[2], 因此, SP细胞分选也是肿瘤干细胞的常见分选方法, 已有的医学研究结果证实, SP细胞分选是一种最为简便且有效的富集神经胶质瘤肿瘤干细胞分选技术[3]。

m TOR信号通路对于细胞周期的调节、细胞的增值和生长具有十分重要的作用, 其存在于肿瘤及其基因的发生和发展的全过程之中, 且这一过程中m TOR通路的激活起到了明显的促进作用[4,5]。m TOR属于核心丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的一种, 能够使其底物p S6K和4E-BPl磷酸化, 产生转录因子效应, 进而加速蛋白质的翻译, 其中包括一些促生长、细胞周期调控、抗凋亡等蛋白的表达。

参考文献

[1]张宇, 伞永志, 朱玉兰.m TOR信号通路在中枢神经系统疾病中的作用机制研究进展.卒中与神经疾病, 2013, 20 (6) :381-382.

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[3]周福安, 古丽娜尔·阿布拉江, 张志明, 等.PI3K/AKT/m TOR信号转导通路相关蛋白在脑胶质瘤中的表达及临床意义.临床神经病学杂志, 2012, 25 (4) :278-279.

[4]李雪源, 贾爱华, 任玉波, 等.m TOR信号通路蛋白在人脑胶质瘤中的表达及其临床意义.中国肿瘤生物治疗杂志, 2011, 18 (1) :75-76.

细胞信号 篇7

ABA作为一种植物激素在植物生长发育过程中起重要作用,如促进果实与叶片脱落、器官衰老和气孔关闭,影响植物开花、调节种子和胚的发育等生理功能[1,2,3,4,5]。但是,ABA通过何种机制发挥其生理作用,目前还不得而知。近年来,利用模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和其它相关植物,对ABA细胞信号转导进行了广泛研究,发现FCA、ABAR(CHLH或GUN5)、GCR2、GTG1/GTG2、PYR1/PYL/RCAR能够感受ABA的信号,具有ABA受体的功能。ABA信号转导的研究虽取得了一定的进展,但还有很多ABA信号组分没有被阐述清楚,了解ABA在植物体内的分子调控机制,对现代分子育种具有重要的应用价值。该文就近年来ABA细胞信号转导有关进展进行综述。

1 FCA在ABA信号传导途径中的作用

FCA(Flowering Control Locus A)曾经被认为是ABA受体[6],但进一步的实验发现FCA-FY复合体的形成并不受ABA影响,FCA并不能特异结合ABA[7,8],表明FCA不具备ABA受体功能。

2 Mg离子螯合酶H亚基(ABAR/CHLH)参与ABA信号传导

研究发现一种调节气孔运动的脱落酸特异性结合蛋白,命名为ABAR。ABAR基因编码一个定位于质体内参与催化叶绿素合成和质体-核信号转导的Mg离子螯合酶H亚基(CHLH)。Mg离子螯合酶催化Mg离子进入原卟啉Ⅸ中形成Mg卟啉,此酶由CHLH、CHLD和CHLI 3种亚基组成,亚基CHLH具有结合卟啉的功能。对ABAR基因研究发现,植物体中ABAR基因表达量的变化影响ABA结合位点的数目,并不影响ABAR与ABA的亲合性,而且ABAR只能与(+)-ABA结合,表明ABAR/CHLH可能是ABA的受体。遗传学实验发现ABAR基因表达下调的拟南芥植株对ABA不敏感,表达上调的拟南芥植株对ABA超敏感,对生理性失水速率降低。这些结果暗示ABAR可能是脱落酸信号通路中的重要组分[9]。

ABAR基因的下调,会引起基因RD29A、MYB2、ABI4、ABI5表达水平的降低,而对ABA信号起负调节效应的基因ABI1、ABI2和CIPK5的表达则增强。随着ABAR表达水平的降低,叶气孔运动对ABA的不敏感程度也逐步增强,而叶片中叶绿素和Mg卟啉含量的变化并不影响ABA调节的气孔运动,ABAR基因的表达受抑也不影响叶绿素和Mg卟啉的含量。这些结果说明ABAR在ABA信号通路中起一定的作用并可能直接接受ABA信号[9]。

3 G蛋白偶联受体(GCR2)

G蛋白偶联受体(GPCR)是一类能与G蛋白相互作用而形成复合物的蛋白。在真核生物中,GPCR介导位于质膜上胞内外信号识别,参与生物体内许多重要的生理活动,该过程是一种较为保守的机制。近来发现,在拟南芥基因组中有一种GPCR位于细胞膜上并对ABA具有很高的亲合力,有一个ABA结合位点并具有饱和性,称之为GCR2。GCR2对ABA不敏感,种子不经过休眠可以正常萌发,外加ABA时气孔正常张开且气孔开度比野生型大,ABA对内向K电流没有影响,突变体失水较多;GCR2过表达体的种子对ABA有“超敏”反应,幼苗发育受ABA抑制明显,突变体失水较少。

GCR2由多段跨膜的α螺旋组成,与膜脂以疏水作用结合得较为稳定,酸性较强的缓冲液和去垢剂不易将其溶解。ABA不存在的情况下,GCR2与GPA1结合形成GCR2-GPA1复合物;当加入ABA后,ABA与之结合即导致GCR2-GPA1复合物的解离,并促使结合了GTP的GPA1(GTP-GPA1)与G蛋白的β和γ亚基的解离,从而启动下游的信号转导(见图2)[10,11,12,13]。

4 GTG1/GTG2(GPCR-type G-Prote-ins1/2)参与ABA信号转导

GTG1与GTG2是G-蛋白偶联受体GPCRs(G-protein-coupled receptors)的新成员,具有典型的跨膜结构,与GTP结合且具有GTP酶活性,与GPA1结合抑制自身GTP酶活性。GTGs-GTP可以特异结合ABA,暗示GTGs可能是ABA信号转导中的重要成员。GTG1/GTG2双突变体对ABA有一定程度的不敏感性,但单突变体对ABA的敏感性与野生型没有差异,说明GTG1与GTG2存在功能冗余。

ABA不存在的情况下,GPA1-GTP维持GTGs的GTP酶活性,以GTGs-GTP的形式存在,ABA信号不会向下游传导;ABA存在的情况下,GTGs-GDP与ABA结合形成ABA-GTGs-GDP复合体,激活ABA下游信号分子。GPA1-GTP与EDTA均抑制GTGs的GTP酶活性,EDTA还抑制ABA-GTGs-GDP复合体的形成(见图3)[14,15]。

5 ABA受体家族PYR1/PYL/RCAR

PYR1/PYL/RCAR可以特异结合ABA,并能够结合(-)-ABA,并对外源无生物活性(-)-ABA也具有生物效应。

PYR1/PYL/RCAR是具有14个成员的STAT蛋白家族。四重突变体(pyr1;pyl1;pyl2;pyl4)表型、比三突变体(pyr1;pyl1;pyl4)表型明显,突变体pyr1在ABA存在情况下与野生型相比没有明显差别。四重突变体(pyr1;pyl1;pyl2;pyl4)在0.9 μM (+)-ABA的1/2MS培养基上与abi1表型一致,对ABA极度不敏感。ABA信号下游基因RD29A在四突变体(pyr1;pyl1;pyl2;pyl4)中的表达受ABA诱导明显低于野生型[16]。

在ABA存在的情况下,PYR1/PYL/RCAR结合蛋白磷酸酶2C类(PP2Cs)形成复合体,抑制蛋白磷酸酶2C类(PP2Cs)的功能。PYR1/PYL/RCAR抑制蛋白磷酸酶2C(PP2Cs)活性从而激活SnRK2s(SNF1-related kinase2),具活性的SnRK2s进一步激活转录因子ABFs/AREB1[ba-sic leucine zipper (bZIP) transcription factors]从而启动相关下游基因的表达;当没有ABA时,PP2C不与PYR1/PYL/RCAR结合。PP2CA可以通过结合OST1抑制其活性导致SLAC1(SLOW ANION CHANNEL 1)不能够被激活,Cl- 内流气孔张开。同时PP2CA也可以直接去磷酸化SLAC1 从而Cl-内流气孔张开(见图4)[16,17,18,19]。

PYR1是有三股螺旋和七股β折叠片折叠成β1-α2-η1-β2-β3-β4-β5-β6-β7-α3)。高度弯曲的β折叠片包围着三股螺旋,另一侧是α1螺旋。α2、η1和α3与高度弯曲的β折叠片形成配体结合位点,(+)-ABA分子结合在这个位点并引起PYR1构象发生改变,当(+)-ABA分子进入这个位点接着被β3-β4和β5-β6构成的2个环覆盖,构象的改变不仅能够紧紧地抓住(+)-ABA分子,而且β3-β4和β5-β6构成的2个环分别暴露2个结合位点,能够与PP2Cs紧密结合,形成一个复合体从而抑制了PP2Cs的磷酸酶活性,激活SnRK2s(见图5)[20]。

6 结论与展望

ABAR/CHLH影响种子萌发、气孔开闭和幼苗生长发育等,暗示其在ABA信号通路中具有重要功能,但下游的物质目前还没有鉴定出来,ABAR怎样识别ABA信号的过程还没有研究清楚,仍需进一步研究[9]。

GCR2是定位于质膜表面,参与ABA诱导的一系列生理活动。但GCR2的表型还需要进一步分析[21]。

GTG1与GTG2是G-蛋白偶联受体中的一种,具有典型的跨膜结构,而且GTG1/GTG2双突变体对ABA有一定的不敏感性,证明GTGs能够特异结合ABA,GTGs作为ABA信号途径中的关键组分备受关注。

PYR1/PYL/RCAR作为一个ABA受体家族得到了一系列证明,实验证明PYR1/PYL/RCAR是通过接受ABA分子分别与PP2Cs形成复合体抑制了PP2Cs磷酸酶的活性从而释放了SnRK2s(SNF1-related kinase2)的活性,使ABA信号向下游传递。同时,在结构上也表明PYR1/PYL/RCAR是接受ABA后构象发生改变从而能够与PP2Cs结合形成复合体。PYR1/PYL/RCARABA被证明具备ABA受体功能,为进一步理解ABA信号转导途径夯实了基础。

ABA受体的探索过程是非常艰难的,也许与该激素的生理学功能有一定的关系。不难想象,受体的时空性是否存在,不同环境、不同因子(因素)、不同器官或组织或细胞采用不同的受体模式还需要进一步探究。单细胞研究和单分子成像技术将打开植物激素受体真正的大门。

摘要：植物激素脱落酸(ABA)参与从种子萌发到植物开花、结果和衰老等多个生长发育过程。研究ABA细胞信号转导的分子机制对进一步阐明其功能具有重要的意义。通过介绍FCA(Flowering Control Locus A)、Mg离子螯合酶H亚基(ABAR/CHLH)、G蛋白偶联受体(GCR2)、GTG1/GTG2(GPCR-type G-Proteins1/2)和PYR1/PYL/RCAR在ABA信号传导途径中的作用模式,阐述了其能够接受ABA信号并激活相关下游组分,从而完成其生理功能。

细胞信号 篇8

1.1 MMPs的转录和合成

MMPs可分为胶原酶、间质溶素和明胶酶等,是参与ECM降解的主要物质。胶原酶1和胶原酶3降解II型胶原,间质溶素降解蛋白多糖和FN,明胶酶可降解蛋白多糖核心蛋白及FN。软骨细胞可通过多种途径调节MMPs的转录和合成。

1.2 蛋白激酶

蛋白激酶是第二信使的主要靶蛋白,通过传递受体的信号,对多种细胞功能产生影响。源于剪应力敏感受体的信号转导可以导致下游一系列的信号转导,他们当中很多是由序列化的蛋白激酶激活所介导,蛋白激酶的完全激活需要丝氨酸、苏氨酸的磷酸化。与骨组织生长有关的生长因子如成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子、转化生长因子、血小板源性生长因子的受体都是PTK(酪氨酸蛋白激酶)型的受体。多数细胞因子的受体是与胞浆PTK连接的受体。上述受体激动后可激活PTK,通过最初的酪氨酸磷酸化,引发蛋白质磷酸化的级联反应,导致生物效应。

PGE2是骨内花生四烯酸的代谢产物。离体和在体实验均证实,PGE2是转导力学刺激的重要生物化学信号分子之一。关节炎时软骨细胞和滑膜细胞合成前列腺素的水平增加。前列腺素可抑制软骨蛋白多糖的合成,增加MMPs的分泌,促进血管增殖、血管通透性升高,造成炎性水肿和渗出。IL-1等可激活磷脂酶A2、环氧化酶2(cydooxy-genase2,COX2),前者降解膜磷脂产生花生四烯酸,COXZ将其降解生成前列腺素H,再进一步转化成PGE2,COX-2是PGE2合成的限速酶。Geng等认为,Ca2+和蛋白激酶C的激动剂佛波醇醋可以诱导软骨细胞合成COX-2,用蛋白激酶A和蛋白激酶C抑制剂后COX-2的表达不受影响,而用酪氨酸蛋白激酶抑制剂可抑制COX-2的合成。说明Ca2+和酪氨酸蛋白激酶在软骨细胞COX-2的合成中具有重要作用。虽然PGE2对关节软骨具有破坏作用,但可作为反馈抑制剂抑制滑膜成纤维细胞的增殖及IL-1、TNF-α和其他炎性细胞因子的产生,也可促进软骨细胞分泌胰岛素样生长因子(insulin-link growth factor-1,IGF-1)及IGF受体表达的增加,而IGF-l是软骨基质合成的重要促进剂,因此,对PGE2的作用应辨证地对待。

1.4 p38即是指p38α

近年来多数实验认为,多种细胞因子、细胞外基质可以通过细胞表面的整合素,而NO则是直接进入细胞质内,激活p38来促进关节软骨的Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的合成,也就是保持透明软骨的表型。但也有众多的不同意见,Robbins等学者发现,p38的激活可以阻断COL2AI m RNA的表达,从而阻断Ⅱ型胶原的合成。Studer则认为p38的激活可以介导IL-1所致的蛋白聚糖合成的减少。不同的刺激因子均可激活p38信号转导途径,可以发挥对关节软骨基质合成不同的甚至相反的影响。

2 软骨基质降解的相关信号通路

关节软骨受到机械和理化因素的作用时,组织内离子浓度、pH值、渗透压、蛋白聚糖合成种类及合成速度等都会发生改变,接着会产生电信号,刺激软骨细胞合成并分泌IL-1、TNF-2、干扰素等,这些生长因子又与软骨细胞表面受体结合,刺激软骨细胞产生基质金属蛋白酶作用于胶原纤维,使螺旋链松解,胶原纤维变性、降解,含量减少,同时软骨细胞发生分化,生成一些正常关节软骨中含量较少的胶原纤维,不断更新胶原网状结构。其中,骨生长因子(TGF-β)在受刺激时促进新骨再生与改建的作用最为重要。

2.1 整合素(intergrin)介导的信号转导途径

整合素是一类位于细胞表面的粘附性受体分子,其胞外区与细胞外基质相连,胞内区和细胞骨架以及一些信号分子连接,是细胞和细胞外基质之间相互作用和信息传递的桥梁。国内学者研究也表明整合素β1可能与介导应力信号转导有关,整合素与胞外基质蛋白之间的动态和特异性反应在细胞的机械信号转导过程中起了功能性作用。有研究证实,整合素—细胞骨架复合体是主要的力学信号转导位点。细胞骨架属于细胞器,是真核细胞的重要组成部分,与细胞质膜上的蛋白质脂质分子相联结而成为细胞运动、细胞形态和跨膜信号转导的分子基础;整合素是发挥信号受体作用的异源二聚体跨膜蛋白,在胞外通过识别包含RGD序列的多态位点与基质蛋白相作用,在胞内粘附斑处通过接头蛋白与肌动蛋白相连,构成整合素—细胞骨架复合体。细胞在力学刺激的作用下发生变形时,可通过细胞外基质和整合素引起细胞骨架成分重组和驱动信号转导。近期研究认为整合素信号可能通过以下途径进行转导:(1)粘附斑激酶(Focal adhension kinase,FAK)途径:大多数整合素可激活FAK,FAK激活后可以在N端Tyr397位点发生自身磷酸化,通过Ras/MAPK、PI3 K途径从而激活一系列靶蛋白的功能。(2)Shc(SH2domain-containing protein)途径:某些整合素的α链可借助膜接头蛋白cavalin-1和Src家族的Fyn连接。当配体和整合素结合后,它的SH3区与Shc的脯氨酸富集区结合,Shc的Tyr317被磷酸化激活Ras/MAPK途径。(3)IL K(Intern-linked kinase)途径:IL K是最近发现的Ser/Thr蛋白激酶,它的C端可以和β1、β3整合素的胞内段结合。IL K可直接磷酸化PKB/Akt的Ser473位点。(4)Rho家族途径:Rho家族之间有相互作用,Rho不仅可以作为整合素的下游分子,还可作为上游分子,使这条途径十分复杂。

2.2 受体酪氨酸蛋白激酶(R TK)信号转导途径

国内研究发现,在应力作用下,软骨细胞中一些生长因子的表达发生了改变,如IGF-1 m RNA、TGF-β及其受体TGFβR-1的表达增强,而且其表达水平和分布与软骨的改建情况联系紧密。国外研究表明,表皮生长因子受体(EGFR)、TGF-β可激活多种下游信号路径,Ras-Raf-MEK-ERK/MAPK途径与增殖的激活有关,PI3K-PKC-IKK途径与细胞移动性增强有关。应力作用下,软骨细胞生长因子发生变化,与相应生长因子受体(GFRs)结合后,引起受体的二聚化和自身酪氨酸磷酸化,经一系列蛋白激酶的级联传递和放大,靶蛋白激活。膜受体酪氨酸蛋白激酶信号传递途径主要有两条:(1)经PLC-PKC传递:GFRs受体二聚化活化后,可使胞浆的PLC-γ与受体的酪氨酸位点结合,使PLC-γ活化,膜PIP2生成IP3和DG,引起细胞内pH值上升,Ca2+浓度增加以及蛋白质磷酸化。(2)经Ras蛋白的信号传递途径:当GFRs与相应受体结合时,受体即二聚化并自身磷酸化,胞浆中信息传递蛋白Grb2的SH2区可识别受体上磷酸酪氨酸位点并与之结合,SH3区则识别并结合另一下游信息蛋白Sos,Sos与Ras结合使其活化。Ras的下游信息传递是一系列MAPK蛋白激酶的级联传递和放大过程。

2.3 第二信使介导的信号转导途径

2.3.1 Ca2+信号系统

钙离子Ca2+作为一种信息分子参与应力作用下髁突软骨细胞信号的传递。Wright等认为细胞受压变形后,细胞膜上的电位发生改变,甚至出现超极化现象,激活钙依赖性钾离子通道。Ca2+作为重要的第二信使,和主要受体蛋白钙调素(Ca M)结合,Ca2+/Ca M复合物可调控多种酶的活性。三磷酸肌醇(IP3)和甘油二酯(DG)信号系统:在RTK信号转导途径中,PL-γ活化可使膜PIP2伸出IP3和DG。一方面,IP3与其内质网受体结合使Ca2+通道开放,Ca2+浓度增加;另一方面DG激活PKC,PKC可使细胞膜上受体残基磷酸化,引起受体下降调节;它还参与细胞膜上的Na+/H+交换,催化细胞其它蛋白质磷酸化。这说明在应力作用下,IP3和DG作为重要的第二信使参与了髁突软骨细胞的信号识别过程。

2.3.2 JAK/STAT途径

还有一些细胞因子受体如IL-1等,其本身并无酪氨酸蛋白激酶活性,但它与相应受体结合时可发生二聚化,与胞浆中具有酪氨酸蛋白激酶结构域的信号传递蛋白如JAK(Januskinase)相结合,进而激活一系列后续效应蛋白,如胞内信号转导子和转录激活子(Signal transducer and activator of t ranscription,STAT)。有研究表明,应力可以刺激炎性细胞因子如IL-1、TNF-α产生,激活JAK/STAT胞内信号途径,诱导i NOS、MMPs和PGE2的合成,造成髁突软骨细胞的降解和破坏。

3 运动对软骨基质降解的相关信号通路的影响

软骨在接受运动刺激的同时其自身组织也时刻处于自我更新过程中,关节软骨的生物学性能可以通过合理的运动训练得到改善,因为软骨细胞通过对力学信号的反应协同环境因子和遗传因素共同调控细胞的新陈代谢。生理条件下,软骨具有一定的机械反馈调节机理,可阻止因软骨内液体过度溢出而发生的变形,从而保护软骨。为了阐明运动对关节软骨及软骨细胞的作用,国内外学者大多是从形态学方面进行研究的,分子水平的研究较少。国内学者尝试了从动物模型到组织、细胞、分子水平等的体外实验等不同的研究方法。他们认为力学环境对软骨细胞生长、分化对软骨的生成过程及组织修复的生物学特性有非常重要的作用。Lapvetelainen将大鼠的Ⅱ型胶原等位基因Co12al敲掉后,多数大鼠骨基质降解明显,但如果将其行终身的自动轮转运动则减少骨基质降解的发生。作者认为其机理可能与运动加强并重新分布胶原网络有关。所以合理运动训练后,其力学性能可得到改善,能够承受更大负荷,这是软骨自身塑形改建的结果。观察不同模式运动训练后关节软骨的变化对于调整训练方法及合理化运动强度有重要意义。

基质金属蛋白酶(MMPs)在软骨基质及软骨细胞破坏的病理过程中起着重要的作用,而TIMPs是MMPs的特异性抑制剂。本研究结果发现,强化组MMP-1、MMP-3、MMP-3/TIMP-1总体水平低于训练组,COMP总体水平高于训练组,提示强化组关节损伤趋势低于训练组、修复程度高于训练组,这表明强化训练较一般强度训练在后期能更有效地促进关节软骨的塑形改建,更好地提高关节软骨的功能。

大量研究表明,胶原纤维的力学特性在细胞与基质的相互作用以及在软骨细胞的代谢调控中起着很重要的作用。软骨细胞的力学特性受到细胞、胞周基质、胞外基质的结构和特性的影响。虽然运动细胞变形时细胞内的信号转导机理还不是十分清楚,但是与诸如Ca2+、IP3和c AMP等信使分子及细胞骨架、细胞核等信号途径密切相关。这将为研究软骨细胞力学信号的转导及软骨各组分力学特性奠定坚实基础,也为阐明力学因素在健康和病变软骨中的作用从而指导临床进行治疗提供理论依据。可以预见,软骨细胞的相关分子通路逐步阐明将进入软骨损伤治疗的新纪元。

摘要：运动时不同程度力学刺激对调控软骨代谢和维持其胞外基质表型起着重要作用,它调节软骨组织的生长,使之形成更适应于应力变化的胶原网络结构,甚至可以有效促进损伤软骨基质的恢复。研究运动对关节软骨胶原纤维的影响机制,可以为避免或治疗关节病提供新的思路和方法。

关键词：关节软骨,胶原纤维,力学刺激

参考文献

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细胞信号 篇9

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

人支气管上皮细胞系(Human Bronchial Epithelial cells,16HBE)，购自上海麦莎生物材料公司(NO.367ZY00-A16);分析纯硫化镍(Ni S)购自天津科密欧公司产品;抗人ERK1单克隆抗体，购自美国Santa Cruz公司;恒温培养箱购自NUAIR公司;超净工作台购自上海智成净化设备公司;高压蒸汽消毒锅购自TOMY公司;相差倒置显微镜购自Nikon公司;凝胶电泳仪、全自动定量绘图酶标仪(550)购自Bio-Rad公司。

1.2 方法

1.2.1 支气管上皮细胞的培养

将冻存的16HBE细胞株从液氮中取出后迅速将冻存管放入37℃水中快速摇动，使其尽快解冻。在生物安全柜中，用无菌吸管吸出细胞悬液，加入离心管中，补加一定量含10%小牛血清的MEM细胞培养液，1000r/min，离心5 min(离心半径=10 cm)，弃去上清液，使用10%小牛血清的MEM细胞培养液重悬细胞，接种于无菌培养皿中，在37℃、5%CO2饱和湿度的培养箱内培养，二三天换1次培养液。倒置显微镜观察细胞形态，细胞生长至70%～80%融合状态时，用0.125%胰酶消化传代，三四天传代一次。

1.2.2 受试物的处理与配制

将16HBE细胞接种于25 ml培养瓶中，6×106个/孔，每孔设5个复孔，培养24 h后，Ni S染毒组以无血清MEM培养液溶解，终浓度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0μmol/L，配制:Ni S粉末过筛后，将直径小于5μm的颗粒悬浮在p H 7.4磷酸盐缓冲液(PBS)中，然后超声分散颗粒。高压消毒4℃保存。临用前再次超声悬液，对照组用无菌的MEM处理细胞24 h，无菌PBS洗涤细胞2次，胰酶消化后制成细胞悬液，以备下面实验使用。

1.2.3 实验分组

采用随机化的原则将细胞分为正常对照组、硫化镍染毒组(Ni S浓度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0μmol/L)

1.2.4 用Western blot法检测16HBE细胞中P-ERK1的表达

用蛋白提取试剂盒提取细胞的总蛋白，经加热变性处理后，先以每泳道20UL作SDS-PAGE凝胶电泳，再用BIO-RAD标准装置100 m A冰浴上转膜3 h，将蛋白转移至PVDF膜上，经室温封闭过夜之后分别加入P-ERK1一抗(工作浓度1∶2000，室温1.5 h)和酶标二抗(工作浓度为1∶1500,37℃温育0.5 h)，最后在暗室中进行发光、压片和洗片等处理，并以β-action作内参对各样本进行标准化定量，各组P-ERK1蛋白的表达水平以各样本与其内参灰度比值(相对灰度值)的平均数表示。

1.3 统计学处理

本次实验采用SPSS 13.0统计软件进行相关分析，多组间比较采用方差分析，两组之间的比较采用t检验，P<0.05被认为有统计学意义。

2 结果

Western blot检测结果见图1。实验发现，正常对照组P-ERK1有极微弱表达，硫化镍不能明显激活P-ERK1的表达(P>0.05)，Ni S(2μmol/L)+P-ERK1特殊抑制剂U0126(10μmol/L)刺激16HBE细胞24 h后P-ERK1的表达量较Ni S(2μmol/L)有所下降，但差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

注:硫化镍与正常对照组比较，均P>0.05。

3 讨论

镍是人类在工作和生活环境中广泛接触的一种金属。常见接触镍化物的职业包括:镍的冶炼、提纯行业、电镀行业、制造不锈钢和生产镍铬电池的行业等。有流行病学资料显示，职业与镍相关的人群，肺癌发病率较高，但其致癌机制目前尚不清楚。本文采用Western blot法检测支气管上皮细胞中P-ERK1的表达，探讨镍致癌的分子机制。

ERK亚族至少包括两个亚型:ERK1和ERK2。ERK为脯氨酸导向的丝氨酸、苏氨酸激酶，可磷酸化与脯氨酸相邻的丝氨酸、苏氨酸。在丝裂原刺激下，ERK接受上游的级联反应信号，可以进入细胞核。因此，ERK可以磷酸化胞浆蛋白，而且可以磷酸化一些核内的转录因子如C-myc、C-fos、C-Jun、Elk-1和ATF等，从而参与细胞增殖与分化的调控[4]，ERK通路还参与应激刺激、炎症介质等引起的细胞反应，表明ERK通路的激活与炎症反应也有密切相关[5]。

我们本次实验发现，硫化镍不能激活P-ERK1的表达，其机制尚不清楚，硫化镍有可能激活P38和JNK通路，从而直接或间接发挥致癌作用[5,6,7]，但我们有理由相信，在细胞内以MAP-KKK-MAPKK-MAPK为主干，再加上各种上游影响因子和下游作用底物，构成了一个功能多样、反应灵敏的信号转导网络。虽然对MAPK信号途径的研究历史还不长，许多细节还有待阐明，但由于该通路在细胞生命活动中所扮演的重要角色，研究它有助于镍致癌的分子机制探讨。

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细胞信号 篇10

1 RNA干扰技术

RNAi是通过沉默目标基因以研究基因和蛋白质功能的研究手段, 被广泛的用于临床疾病研究。作用的起始阶段正义链和反义链混合的双链 (double-stranded RNA, ds RNA) 在细胞内与核酸内切酶Ⅲ结合后, 其被切割成si RNA。效应阶段si RNA则降解成正义链和反义链, 后者与内切核酸酶以及其他蛋白一起形成RNA诱导的沉默复合物 (RNA-induced silengcing complex, RISC) 。RISC的核酸部分与外源性基因所表达m RNA靶向结合后, 在结合部位切割m RNA, 随即RISC的蛋白部分引起m RNA降解。进入扩增阶段, si RNA与m RNA结合, 并将结合体作为引物, 从而再次形成ds RNA。靶向m RNA全部降解致使目的基因沉默。

2 RNAi对致肝星状细胞活化主要信号通路的应用

静止状态的HSC, 细胞质内α-平滑肌肌动蛋白 (smooth muscle actin-α, α-SMA) 较少。当肝脏受损时, HSC增殖活跃, 细胞外基质 (extracellular matrix, ECM) 分泌增多, 胞质内α-SMA产生增多[1], 此即HSC活化。实验证明转化生长因子-β (transforming growth factor-β, TGF-β) 信号通路、Wnt信号通路、结缔组织生长因子 (connective tissue growth factor, CTGF) 信号通路等均参与HSC的活化, 进而参与肝纤维化的形成。而应用RNAi沉默信号通路中的各种信号分子, 抑制HSC的活化, 从而为治疗肝纤维化提供新的途径。

2.1 TGF-β/Smads信号通路

TGF-β是超家族TGF中的一员, 其除了在ECM形成方面起着重要作用外还影响细胞的增殖、分化。不少学者发现参与肝脏损伤修复的细胞如肝细胞, 枯否细胞, 内皮细胞分泌大量TGFβ1, TGFβ1通过其受体 (主要为TβRⅠ及TβRⅡ) 作用于HSC, 分泌大量ECM, 其中TGFβ1被认为是致肝纤维化最强的细胞因子。TGFβ1先与TβRⅡ结合, 再与活化的TβRⅡ激酶结合使TβRⅠ磷酸化, 然后激活Smad2、3, Smad2、3与Smad4结合形成异源寡聚体, 最后转入胞核中发挥调控作用[2]。

有人用Smad3 si RNA转染活化的HSC后胶原Ⅰ, Ⅲ, ⅠⅤm RNA表达受到了明显抑制, 说明阻断TGF-β/Smad3信号传导途径能对抗纤维化进展。郑素军[3]等将Smad3-sh RNA慢病毒感染HSC-T6 3后观察细胞增殖, Smad3-sh RNA组较对照组细胞增殖明显下降 (P=0.00) , 表明Smad3-sh RNA可阻断TGFβ1对HSC-T6细胞的促增殖作用。而其他学者利用si RNA靶向沉默TGF-β1后, HSC激活相关指标均受到不同程度抑制, 延缓肝纤维化进程, 并一定程度上逆转肝纤维化。

2.2 Wnt/β-catenin信号通路

Wnt/β-catenin信号通路即经典β-catenin依赖信号通路, 该通路被证实与某些癌症、纤维化疾病、炎症性肠病有关。β-catenin是该信号通路的核心部分, 因为其游离态水平受肿瘤抑制因子结肠息肉基因产物、支架蛋白Axin、糖原合成酶激酶-3β构成的β-catenin降解复合体控制, 在未活化细胞的细胞质或细胞核内几乎检测不到[4], 当wnt蛋白与Frizzled受体结合后经一系列反应最终导致β-catenin在细胞质积累, 当积累到一定水平可发生核转移, 故β-catenin在细胞核内聚集, 可作为该信号通路激活的标志。

有研究发现β-catenin在活化HSC内的表达水平较静息状态提高了5~7倍[5], 目前越来越多的研究结果证实经典Wnt信号通路通过激活HSC参与了肝纤维化的形成。葛文松等[6,7]将si R-NAβ-Catenin转染HSC-T6细胞后, 发现HSCs增殖明显被抑制, 最大抑制率达到44.8±2.8% (P<0.01) ;HSC细胞凋亡增加达28.6% (P<0.05) , 同时下调了Ⅰ、Ⅲ型胶原m RNAs的表达。有研究证实Wnt/β-catenin信号通路通过下调PPARγ的表达而促进HSCs向肌成纤维细胞的转化[8]。Tsai等[9]利用si RNAβ-Catenin转染HSC-T6细胞, 发现PPARγ表达上调, 从而影响HSC的活化。

2.3 CTGF/整合素/FAK

CTGF (又称CCN2) 为一种富含半胱氨酸的分泌性多肽, 具有调节细胞增殖、分化、凋亡等作用, 还影响着细胞迁移、黏附等功能, 并影响ECM的生成。CTGF在正常肝脏组织的CTGF表达很低, 然而在肝纤维化患者体内其表达显著提高。整合素是跨膜蛋白家族成员之一, 由α和β两个亚基构成, 亚基上的胞外区与ECM相连, 同时还是CTGF的细胞表面受体。Huang等[10]证实CTGF能与HSC表面整合素α5β1受体结合, 在肝纤维化发生发展过程中发挥调节细胞增殖、黏附的功能。粘着斑激酶 (focal adhesion kinase, FAK) 是体内非受体型酪氨酸蛋白激酶之一, 与相应配体结合后经不同的信号转导通路, 调节细胞生长、增殖、周期调控及凋亡等过程。FAK的N端与整合素亚基上的胞质区结合后能传递细胞外来的信号。已有研究证实HSC活化伴随着CTGF/整合素α5β1/FAK信号通路的活化并以此通路促进肝纤维化。郝春秋等[11]发现沉默CTGF后HCT-T6细胞的Ⅰ型胶原蛋白m RNA和蛋白的表达分别下调了74.21%和70.79%, 同时ECM的产生受到抑制[12]。An等[13]利用RNA干扰技术沉默FAK基因能抑制HSC的增殖, 并通过caspase-3和Bcl-2/Bax通路诱导HCS的凋亡。

2.4 Notch信号通路

Notch信号通路包括Notch受体、转录因子、DSL配体和靶基因这4个核心组件, 其中Notch受体包括Notch1、2、3、4, 转录因子分别有CBF-1、Suppressor of hairless和Lag1, 而Jagged1, Jagged2, Delta-like1, Delta-like3, Delta-like4构成DSL配体, HES、Hey为靶基因。该信号通路通过Notch受体与配体结合, 释放出NICD (Notch intracellular domain, NICD) , 其核定位序列能被转运至细胞核内与CSL家族转录因子结合使靶基因表达, 从而调控细胞增殖、分化和凋亡。陈毅雄[14]验证了Notch受体1-3、DSL配体Jagged1以及靶基因HES1在HSC-T6中均有表达, 在用Notch3-si RNA转染HSC-T6细胞后α-SMA、Ⅰ型胶原蛋白的表达下降, 而用Jagged1-si RNA转染后也有类似的作用, 表明沉默Jagged1能有效抑制HSC的活化和ECM的产生。同时, 研究还发现Notch3在正常肝组织中检测不到, 而在慢性活动性肝炎患者肝纤维化组织中的表达明显上调, 且α-SMA和Ⅰ型胶原表达增加;而沉默Notch3组中未发现上述表现[15]。

3 应用前景

近年来国内外许多研究探讨了肝纤维化的可能机制, 其中HSC的激活在肝纤维化中的作用得到广泛证实。而利用RNAi抑制HSC的活化能有效减缓肝纤维化进程。研究还发现信号传导途径之间有交互作用, 共沉默不同通路的信号分子有扩大抗纤维化的作用, 但目前此类研究尚少且多集中在动物实验。肝纤维化发展成肝硬化后将不可逆转, 若在肝硬化之前逆转肝纤维化将极大程度地减轻患者痛苦。

摘要：肝纤维化是各种致病因子致肝细胞损伤后的修复过度。肝星状细胞 (hepatic stellate cell, HSC) 的激活被认为是肝纤维化的核心环节, 实验证实多条信号传导通路参与HSC的激活。RNA干扰 (RNA interference, RNAi) 能有效沉默目的基因, 以HSC活化信号通路为切入点, 设计小干扰RNA (small interfering RNA, si RNA) 抑制相关信号通路的活化, 从而达到抑制HSC, 激活是目前研究肝纤维化机制的主要手段。该研究综述了RNAi技术在研究HSC活化信号途径中的作用, 以求为治疗肝纤维化提供一种新思路。