细胞信号通路与肿瘤

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信号通路肿瘤机制分子开关靶向治疗

细胞信号通路与肿瘤

搞懂核心通路逻辑,看清肿瘤机制的细节与边界

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信号通路肿瘤机制分子开关靶向治疗

细胞信号通路与肿瘤

搞懂核心通路逻辑,看清肿瘤机制的细节与边界

1第 1 页 · 细胞信号通路与肿瘤

什么是细胞信号通路

上一页讲到,肿瘤细胞会误读“继续生长”的指令。要看清它为何失控,先追踪一条正常信息怎样被接收、传递并改变细胞行为。

配体
作为第一信使,携带胞外信息并与受体特异性结合。
受体
识别配体;膜受体或胞内受体把信号转换为胞内生化变化。
转导链
由蛋白激酶、第二信使等节点组成,可放大、衰减、分叉或串话。
效应器
酶、转录因子、细胞骨架等执行节点,接收上游指令并改变状态。
细胞响应
最终输出是增殖、存活、迁移、分泌或基因表达改变。
物业传达维修单对应 →细胞信号通路

维修单是配体,前台是受体,联络链是转导,维修动作是响应。

2第 2 页 · 什么是细胞信号通路

信号通路的三大要素

这条路径展示信号从胞外传到胞内的三道关卡:配体发号、受体接令、效应器执行。

图解渲染中…
A1分泌到胞外的信号分子,如生长因子、激素B1跨膜蛋白,负责特异性识别并结合配体C1胞内信号蛋白,承接受体并启动下游级联C2最终改变基因表达或代谢,引发生物学响应
3第 3 页 · 信号通路的三大要素

NF-κB通路概述

上节我们拆解了信号通路的三大要素。现在认识一位肿瘤学里的「明星」——NF-κB。它在多种癌症里组成性激活,像「永不下班」的应急指挥,持续驱动炎症与存活。

NF-κB转录因子家族
哺乳动物含RelA、RelB、c-Rel、p50、p52五个成员,通过Rel同源结构域形成同源或异源二聚体
静息时囚禁于细胞质
与抑制蛋白IκB结合,核定位信号被遮蔽,无法进入细胞核
IKK触发激活级联
TNF等信号→IKK复合物磷酸化IκB→泛素化降解→NF-κB游离入核
靶基因广泛调控
启动炎症因子(IL-6)、抗凋亡蛋白(Bcl-xL)、增殖基因(cyclinD1)等
肿瘤中持续活化
淋巴瘤、多发性骨髓瘤等中NF-κB组成性激活,已成热门药物靶点
消防中心待命的指挥官对应 →静息态的NF-κB

平时被IκB锁在车里,警报(TNF)响→IKK撬锁→指挥官冲入指挥室(细胞核)下达应急命令

4第 4 页 · NF-κB通路概述

NF-κB激活机制

从膜到核:IKK降解IκB、NF-κB入核的经典途径

NF-κB激活机制
从膜到核:IKK降解IκB、NF-κB入核的经典途径
5第 5 页 · NF-κB激活机制

NF-κB与肿瘤

上一页讲了NF-κB怎么被解放入核。这一页要回答:它进核之后到底做了什么?答案是启动了一整套「让细胞更癌」的基因程序。

促增殖
上调cyclin D1、c-Myc等细胞周期油门,让肿瘤疯狂分裂
抗凋亡
诱导Bcl-2、XIAP等抗凋亡蛋白,给细胞自毁开关上锁
炎症微环境
分泌TNF-α、IL-6等炎症因子,反过来再激活NF-κB,形成正反馈
停不下来的指挥官对应 →持续激活的NF-κB

启动后一直发令:扩建营房(增殖)、禁止撤退(抗凋亡)、征召援军(炎症)

6第 6 页 · NF-κB与肿瘤

NF-κB vs STAT3

两条通路常被并列提及,但真正危险的是它们的交叉调控——协同促癌。

NF-κB通路
  • 关键上游:TNF-α、IL-1、LPS 等炎症信号
  • 核心因子:p65/p50 异二聚体入核
  • 经典靶基因:Bcl-2、Mcl-1、cyclin D1
  • 对STAT3:可诱导 IL-6 分泌间接激活
STAT3通路
  • 关键上游:IL-6、IL-10、EGF 等细胞因子
  • 核心因子:STAT3 磷酸化后二聚入核
  • 经典靶基因:Bcl-2、Mcl-1、cyclin D1
  • 对NF-κB:依赖 NF-κB 启动的 IL-6 激活
炎症微环境中二者构成正反馈环:NF-κB→IL-6→STAT3→更多炎症因子,单一靶向易逃逸。
7第 7 页 · NF-κB vs STAT3

JAK-STAT通路概述

上一页我们比过了 NF-κB 和 STAT3。这一页拆开看 STAT3 所在的 JAK-STAT 通路,两位主角——JAK 激酶和 STAT 因子,各自长什么样、怎么咬合。

JAK 激酶
没有跨膜区,靠 FERM 结构域把自己挂在细胞因子受体的胞内段
JAK 内部结构
四个域:FERM、SH2 样、假激酶 JH2、激酶 JH1,只有 JH1 真磷酸化
STAT 内部结构
N 端、DNA 结合、SH2、卷曲螺旋、转录激活五域,SH2 是识别钥匙
咬合过程
配体拉近两受体→JAK 互磷酸化→招 STAT→STAT 被磷酸化→二聚入核
插座和插头对应 →JAK 与 STAT 对接

JAK 像固定在墙上的插座(挂在受体上),STAT 是带 SH2 插脚的插头,必须插进磷酸酪氨酸才通电

8第 8 页 · JAK-STAT通路概述

JAK-STAT激活机制

JAK-STAT通路的激活像一条精密接力:受体先动,激酶接力,STAT最后入核。

1
受体二聚化
细胞因子结合,诱导两个受体亚基靠拢形成二聚体
2
JAK自磷酸化
预结合在受体尾部的JAK相互加磷酸,激酶活性被打开
3
STAT招募与磷酸化
STAT的SH2结构域识别受体上新产生的pTyr,被JAK磷酸化
4
STAT二聚体入核
STAT通过SH2-pTyr形成二聚体并解离,经importin转运入核调控转录
9第 9 页 · JAK-STAT激活机制

JAK突变与肿瘤

从基因突变出发,沿因果链看它如何一步步点燃两类肿瘤。

图解渲染中…
A1V617F最经典,位于JH2假激酶域A3失去配体信号也能持续磷酸化C1JAK2 V617F占此病95%以上C3实体瘤中发生率远低于血液肿瘤
10第 10 页 · JAK突变与肿瘤

经典Wnt通路概述

上一页JAK-STAT是配体一到、受体二聚即传信号。Wnt通路不一样——只握Frizzled还不够,必须再拉上共受体LRP5/6,三方到齐才向下传话。

Wnt配体
19种分泌型脂修饰糖蛋白,棕榈酰化让它必须借助载体扩散
Frizzled受体
FZD1-10,7次跨膜,胞外CRD结构域专门识别Wnt
LRP5/6共受体
单次跨膜,Wnt结合时不可或缺的'第二锚点'
三元结合模式
Wnt像'桥',一端搭FZD-CRD,另一端搭LRP,形成起始复合物
快递签收需本人+身份证对应 →Wnt-FZD-LRP三元复合物

包裹(Wnt)只交门卫(FZD)不算签收,必须核验证件(LRP)才完成

11第 11 页 · 经典Wnt通路概述

β-catenin的降解与稳定

上下两条路径:上无Wnt→复合物开启→β-cat降解;下有Wnt→复合物关闭→β-cat入核。

图解渲染中…
a2复合物核心:APC/Axin/GSK3β/CK1αa4磷酸化后被β-TrCP识别并泛素化降解b4Dvl抑制GSK3β对β-cat的磷酸化b6β-cat入核取代Groucho,激活TCF/LEF
12第 12 页 · β-catenin的降解与稳定

Wnt通路与肿瘤

上一页我们知道了β-catenin的命运由'降解复合体'决定。这页要追问:当销毁系统自己坏了,会发生什么?答案藏在全球高发的消化道肿瘤——结直肠癌里。

销毁系统
APC/Axin/GSK3β等组成复合体,给β-catenin贴'销毁标签',维持低水平
APC失活
抑癌基因,发生于>80%散发性结直肠癌;丢失后销毁站瘫痪,β-catenin累积
入核驱动转录
逃脱降解的β-catenin入核,与TCF/LEF搭档,启动c-Myc、CyclinD1等增殖基因
多癌种涉及
肝细胞癌(CTNNB1突变)、髓母细胞瘤、部分乳腺癌等的Wnt异常机制各异
工厂门卫对应 →APC/降解复合体

门卫正常时销毁次品(β-catenin);被解雇后次品涌入库房(细胞质),最终被老板(细胞核)误当指令执行

13第 13 页 · Wnt通路与肿瘤

TGF-β/Smad通路概述

前面三条通路——NF-κB、JAK-STAT、Wnt——要么走酪氨酸激酶,要么靠β-catenin降解复合物。TGF-β走了另一条路:用丝/苏氨酸激酶受体,靠Smad蛋白接力传信。

TGF-β配体家族
TGF-β是一大类分泌型细胞因子,包括TGF-β本身、BMP、Activin等
两类丝/苏氨酸激酶受体
Type II先结合配体、再招募并磷酸化Type I,启动下游信号
Smad蛋白的三类分工
R-Smad(2/3)被磷酸化、Co-Smad(4)协助入核、I-Smad(6/7)负调控
Smad复合物入核
进入细胞核与转录因子合作,开启或关闭靶基因表达
信使接力赛对应 →TGF-β/Smad信号传递

Type II→Type I→R-Smad→Smad4入核,每一棒都是磷酸化传给下一位

14第 14 页 · TGF-β/Smad通路概述

TGF-β信号传导过程

TGF-β信号从膜外传到核内,逐级接力分五步推进。

1
配体结合TβRII
TGF-β配体先结合细胞表面的II型受体
2
TβRI被招募激活
TβRII磷酸化并招募I型受体,形成四聚体复合物
3
Smad2/3被磷酸化
活化的TβRI在胞质侧磷酸化受体调控型Smad
4
Smad复合物形成
磷酸化的Smad2/3与共同介质Smad4结合
5
入核调控转录
Smad复合物转入核内,与共因子共同调控靶基因
15第 15 页 · TGF-β信号传导过程

TGF-β的双重角色

TGF-β 在早期是抑癌卫士,到了晚期却变成促癌帮凶——这个"叛变"靠的是从 Smad 依赖切换到非依赖通路。

早期·抑癌卫士
  • 抑制细胞增殖,诱导凋亡
  • Smad 依赖通路(Smad2/3-Smad4)
  • p15、p21 上调,c-Myc 下调
  • 细胞周期停滞,阻止癌变
晚期·促癌帮凶
  • 促进侵袭与免疫逃逸
  • Smad 非依赖通路(PI3K/AKT、ERK)
  • Snail、Twist、IL-11 上调
  • EMT、转移、耐药
同一配体,下游通路不同,结局截然相反。看 Smad 依赖还是非依赖占主导,就知 TGF-β 当前演哪出戏。
16第 16 页 · TGF-β的双重角色

核受体超家族概述

前面讲的NF-κB、JAK-STAT等通路,信号都要从细胞膜外一路传进核内。但有一类受体天生就驻扎在核里——激素一来,它直接变身转录因子。这就是核受体超家族。

配体激活型转录因子
脂溶性激素进入细胞后直接与核内受体结合,受体本身就是转录因子,无需膜受体-级联放大
四大结构域
N端AF-1、DNA结合域(DBD)、铰链区、配体结合域(LBD含AF-2)
脂溶性配体
类固醇、甲状腺激素、维生素D、视黄酸等小分子,可自由穿过细胞膜
等待-激活机制
无配体时多与HSP90等伴侣蛋白结合保持失活;配体进入后构象改变、解离、二聚化、结合HRE
家族重要成员
ER、PR、AR、GR、MR、RAR、VDR、PPAR等,与乳腺癌、前列腺癌等肿瘤密切相关
大楼里待命的安全主管对应 →核受体

主管在核内待命,由助手HSP90看着;激素(脂溶性配体)一到访签到,主管就被激活执行命令

17第 17 页 · 核受体超家族概述

配体依赖性基因调控

脂溶性激素调控基因,得按四步流程一步步解锁。

1
配体结合受体
脂溶性激素穿过细胞膜,与细胞质或核内的受体结合
2
构象变化
受体改变三维形状,释放HSP90等抑制蛋白,暴露结合面
3
招募共激活因子
受体二聚化后召集共激活因子,形成转录起始复合物
4
靶基因转录
复合物锚定靶基因启动子,启动RNA聚合酶转录出蛋白
18第 18 页 · 配体依赖性基因调控

核受体与肿瘤

两路并行:上ER-乳腺癌,下AR-前列腺癌,从配体结合到靶基因激活全程。

图解渲染中…
c1热休克蛋白90解离,受体构象改变被激活e1ERE:雌激素应答元件,DNA上启动子位点e2ARE:雄激素应答元件,DNA上启动子位点i1SERM如他莫昔芬,竞争性结合ER
19第 19 页 · 核受体与肿瘤

通路crosstalk网络

PI3K/Akt-mTOR、MAPK、NF-κB、STAT、Wnt、TGF-β之间的交叉对话

通路crosstalk网络
PI3K/Akt-mTOR、MAPK、NF-κB、STAT、Wnt、TGF-β之间的交叉对话
20第 20 页 · 通路crosstalk网络

肿瘤核心特征与通路

从Hallmarks看:增殖、抗凋亡、代谢重编程、免疫逃逸的通路基础

肿瘤核心特征与通路
从Hallmarks看:增殖、抗凋亡、代谢重编程、免疫逃逸的通路基础
21第 21 页 · 肿瘤核心特征与通路

耐药与通路重编程

靶向药从阻断主通路开始,细胞通过反馈释放、旁路代偿与状态重编程逐步获得耐药。

1
主靶受抑
主驱动信号下降,细胞原有的通路依赖被暴露
2
反馈释放
部分负反馈减弱,旁路受体、激酶或下游节点活性上升
3
旁路代偿
替代节点重新接通增殖、存活等关键信号输出
4
克隆选择
持续药物压力使少数具备代偿能力的细胞相对扩增
5
状态固化
长期选择重塑转录、代谢与染色质状态,形成稳定耐药
22第 22 页 · 耐药与通路重编程

核心自测

点击作答

关于TGF-β通路在不同肿瘤发展阶段的作用,下列哪种说法最准确?

23第 23 页 · 核心自测

课后思考

先独立写出判断与依据,再对照参考答案;不必追求一次答全。

1为什么肿瘤既依赖关键信号通路的持续开启,又常能在治疗压力下切换到另一条路线?

参考答案肿瘤常同时存在两类问题:关键节点被异常激活,以及网络能通过旁路、负反馈和crosstalk切换路线。前者解释“持续开启”,后者解释“可塑性”。

2若抑制剂只压住某条通路的核心节点,肿瘤仍可能恢复生长吗?怎样验证并阻断它可能调用的旁路或反馈?

参考答案先验证哪条旁路确实被启用,再同时压低主通路与补偿轴;还应监测反馈是否把抑制作用推回稳态。联合方案须由实验和标志物支持,不能预设补偿一定存在。

3把观察对象换成免疫细胞,NF-κB或JAK-STAT在肿瘤细胞中的结论还能原样套用吗?为什么?

参考答案不能原样套用。JAK-STAT与NF-κB也参与免疫细胞生长、存活和炎症反应,但正常调控与组成性激活的阈值不同;应按细胞类型、配体和读出指标重新验证。

24第 24 页 · 课后思考
细胞信号通路与肿瘤 · 知识图解