免疫浸润04.生长因子、受体和信号通路
caiwj2001 +1丁当往期回顾
免疫浸润是一整套知识体系，是一种逻辑思维方式，是免疫浸润分析及相关研究的基础。我们将结合经典文献《新一代癌症的标志（罗伯特·温伯格著）》，并以肿瘤生物学经典教材《癌生物学（罗伯特·温伯格等著）》为线索进行分享（迭代，2nd）。
肿瘤细胞的本质：来源于正常细胞，疯长不死的异常细胞。
肿瘤形成的原因：抑癌基因失活，癌基因活化。
肿瘤形成的机制：生长信号通路激活，凋亡信号通路失活。
肿瘤形成的诱因：病毒感染、物理或化学因素等。
肿瘤微环境：肿瘤细胞诱导形成的“微环境”。
上次我们分享了癌基因与抑癌基因的话题，阐释肿瘤细胞形成的原因——抑癌基因失活和癌基因活化。癌基因及其前体——原癌基因的发现促使人们提出了一些列问题，其中居于核心地位的问题是，癌基因到底如何通过它们所编码的蛋白质成功地扰乱了细胞的行为。癌蛋白如Src和Ras——癌基因src和ras的产物，可同时改变多种细胞的表型。单一种类的蛋白质，是如何同时改变如此众多不同的信号调节通路的呢？
癌蛋白作用机制的重要线索来源于对“正常细胞如何调节其生长及分化”的系统研究。正常细胞从其周围获得生长刺激信号，这些信号被细胞中复杂的信号环路处理并整合，而这一环路决定着细胞是否适合生成及分化。
正常组织形态的维持由以下几方面构成：保持不同细胞组分的适宜比例；替代缺失细胞；清除额外的无用细胞；及时修复损伤组织；清除外源感染物质。这些功能的实现皆有赖于细胞间的协同合作，因此活体组织中的细胞需要持续不断地相互对话，而大部分对话由生长因子（GF）负责传达。
知识回顾
细胞质膜的不对称性是指细胞质膜脂双层中各种成分（如蛋白、脂和糖等）不是均匀分布的，包括种类和数量的不均匀。膜蛋白的不对称指每种膜蛋白在膜中都有特定的排布方向，与其功能相适应，这是膜蛋白不对称性的主要因素。膜蛋白的不对称性包括外周蛋白分布的不对称以及整合蛋白内外两侧氨基酸残基数目的不对称。膜糖的不对称性：膜糖以糖蛋白或糖脂的形式存在，无论是糖蛋白还是糖脂的糖基都是位于膜的外表面。
细胞是否生长由整个组织及整个有机体的需要而定，并非仅出于有利于某些组分生长的目的。正因如此，活体内没有一个细胞被赋予自主权决定该细胞是否增殖或维持静息状态。这一决定需要与组织中其他细胞共同“商议”后才能做出。周围细胞可以通过促使某种特殊细胞分泌生长因子以刺激靶细胞的增殖，也可以通过释放生长抑制因子而抑制其增殖。最终，一个体细胞做出是否增殖的决定反映了周围细胞的群体意见。
从活组织中分离出正常细胞，而后在培养皿中进行培养的实验，可以充分说明个体细胞对环境的依赖性：即使细胞上层的液体介质中包含了所有细胞生长繁殖所要的营养成分，此种介质也无法诱导细胞增殖。但是一旦在这种介质中加入小牛或胎牛的血清，细胞就可增殖，这是因为血清中含有促使细胞增生的生长因子。
上皮生长因子（EGF）是第一个被发现的生长因子，它对多种上皮细胞具有促分裂作用。EGF可结合于某些细胞表面并刺激其生长，而无法与EGF结合的细胞则对其有丝分裂原作用无反应。这些观察结果提示可能存在一种细胞表面蛋白——EGF受体（EGF-R），它可特异性识别并结合胞外的EGF，将信息向胞内传递。
分离EGF-R蛋白极具挑战，因为该受体和其他很多受体一样在细胞内的表达水平非常低。研究者通过使用子宫上皮癌细胞（其表达的EGF-R比正常水平高100倍）解决了这个问题。对EGF-R分离纯化并进行氨基酸序列分析，可以帮助我们了解该蛋白质的结构特征以及这一结构如何发挥功能。对该胞内结构域的检测显示，它与已知的Src蛋白质序列有明确的序列相似性。EGF受体如何在胞内释放信号这一问题的答案瞬间变得清晰起来：一旦其胞外结构域结合EGF, 其胞内结构域的Src样激酶将以某种方式被激活，之后磷酸化某些胞内蛋白质的酪氨酸残基，从而使细胞增殖。
1984年，人们证实EGFR和禽成红细胞增生病毒的erbB 癌基因编码的癌蛋白高度相似：erbB癌基因编码的癌蛋白缺少EGFR的N端胞外结构域的序列。在没有N端序列的情况下，ErbB癌蛋白无法辨认及结合EGF，然而，它发挥了细胞增殖刺激因子的功能。换句话说，改变的生长因子受体（截短的EGFR蛋白）可发挥癌蛋白作用。
这一发现引出了一个有趣的推论并在随后被证实：胞外结构域的缺失可通过某种方式使被截短的EGFR蛋白向细胞内源源不断地发送生长刺激信号，而完全不依赖于EGF。多年后，在1/3的人成胶质细胞瘤中发现了被截短的EGFR，其mRNA缺少由外显子2-7携带的编码序列，这源于该受体的基因中相应的DNA序列缺失。而后，在乳腺癌中发现了ErbB/EGFR的同源分子，如HER2及Neu，它们与不良预后密切相关。更具广泛意义的是，在人类肿瘤中存在多种与EGFR结构相似的生长因子受体过表达或结构改变。
正常细胞通过从其培养基中获得生长因子而维持生长，然而癌细胞在生长和生存过程中对生长因子的依赖性则大大降低。ErbB-EGFR间的关系为癌细胞这一特性提供了一个简单明了的解释：ErbB 癌蛋白所释放的信号与那些经配体激活的EGFR所释放的信号非常相似，不同于EGFR的是，ErbB癌蛋白可以持续不断地向细胞内发放生长剌激信号，从而使细胞认为周围存在着大量的EGF。
生长因子受体与配体结合后，其激酶结构域被激活，磷酸化某些胞内蛋白质的酪氨酸残基，从而使细胞增殖。这又引发了一个问题：生长因子受体与配体结合后，是怎样利用它们的酪氨酸激酶结构域来发出信号的呢？
在没有配体的情况下，生长因子受体通常以单体形式嵌入质膜。当其生长因子配体（配体为同源二聚体）存在时，受体分子就会结合在配体两个亚基中的一个上。其后，配体-受体复合物将在质膜上徘徊直到有第二次机会遇到另一个受体分子，配体中没有结合受体的那个亚基将和第二个受体分子结合。这样，通过二聚体形式的配体为桥梁，两个受体分子成功地交联在一起。两个受体分子的胞外结构域通过与配体结合而发生二聚化，胞质部分通常也会被拉在一起。每个激酶结构域磷酸化另一受体胞质结构域里的酪氨酸残基，这种双向的相互磷酸化作用被称为转磷酸作用。
图注，受体二聚化、配体结合与转磷酸化作用：在没有配体结合时，生长因子受体（左，绿色）在质膜平面自由横向迁移；当两个受体分子相遇时，它们形成同源二聚体，随即受体的胞外结构域发生构象改变，并获得与生长因子配体结合的强亲和力（步骤1）；随后配体分子的结合可导致EGFR二聚体的稳定性增强并激活酪氨酸激酶结构域（步骤2）；每个受体亚基磷酸化另一个亚基的C端胞质尾区转磷酸化作用（箭头）。
受体的二聚化模型解释了生长因子受体分子的过表达如何参与肿瘤的形成：生长因子受体在细胞表面的表达水平远远超过了正常细胞，由于受体分子可以自由地在质膜平面横向迁移，它们的高数量使得分子之间经常发生碰撞，这种碰撞类似配体结合所引发的受体二聚化并导致转磷酸作用、受体激活和信号传递。
目前，我们可以用多个数据库查阅信号通路。
膜蛋白是研究热点，如病毒入侵受体，免疫检查点分子等。目前，我们可用多个数据库查阅膜蛋白及配体/受体信息。
G蛋白偶联受体数据库（涉及饶毅和裴钢争论的PGCR哦）
TCR数据库
人类细胞膜受体数据库（Human Plasma Membrane Receptome）
配体/受体结合数据库
http://www.bindingdb.org/bind/index.jsp
膜蛋白图谱数据库
药物配体和底物数据库
https://www.guidetopharmacology.org/
除了数据库，最靠谱的受体筛选方法是CRIPSR基因编辑技术和高通量转染。基因编辑技术不再赘述，高通量筛选（High throughput screening，HTS）指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机分析处理实验数据，在同一时间检测数以千万的样品，并以得到的相应数据库支持运转的体系，具有微量、快速、灵敏和准确等特点。简言之，一次实验获得大量信息，并从中找到有价值的信息（大海捞针）。
延伸阅读
- 发表生信论文，功夫在生信之外
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- 高分策略：加做湿实验（转需）
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- 癌基因数据库：兴趣基因是不是癌基因，一查便知
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免疫浸润，医生科研的一道光最后编辑于 2022-10-09 · 浏览 1656
