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胰岛素样生长因子Ⅰ受体与受体后信号转导研究进展
杨卫东
（南京农业大学动物医学院，江苏 南京 210095）
摘 要： 胰岛素样生长因子-I受体(IGF-IR)是具有促进细胞增殖、分化和抑制细胞凋亡等多种生物活性的生长因子。当IGF- IR与IGF- I结合后，发生自身磷酸化反应，活化多种底物，这些底物的活化启动不同的细胞信号转导通路来行使其生物学功能。本文主要对IGF- IR和它的信号转导通路展开综述。
关键词： IGF-I; IGF-IR;信号转导; RAS/ RAF/ MEK/ ERK; PI3K/ AKT.
1957年，Salmanh和Daughudy发现大鼠血清中有一种介导生长激素的物质，命名为“生长介导物质”(Somatomedins) [ 1 ]。后来因其结构和功能类似于胰岛素，而被称为胰岛素样生长因子(Insulin-like Growth Factor,IGF)。Rinderknecht于1978年首先报道，血清中的IGF包括IGF-I和IGF- II两种分子，而且主要是IGF- I。[ 2 ]IGF- I是生长调节素的一种，由70个氨基酸的单链多肽组成，分子量为7.5 kD，分子中含有3个二硫键。正常机体内主要由肝脏合成，大部分存在于血液中，在体内的表达受到生长激素( GH) 的调节。IGF- I主要通过其受体IGF- IR介导发挥广泛的生物学作用。[ 3 ]
1 胰岛素样生长因子Ι受体(IGF-IR)
IGF-IR广泛表达于多种类型的细胞表面，它介导IGF-I和大部分IGF-Ⅱ的生物学活性，可促进有丝分裂及细胞的增殖分化、抑制细胞凋亡等。[ 3 ]
1.1 IGF-IR的结构
IGF-IR是一种跨膜蛋白，属于酪氨酸激酶受体家族。其基因定位于15q25-26，其前体为一条单链多肽，经剪切加工去除30个氨基酸的信号肽序列后，肽链被糖基化，并断裂成一条具有706氨基酸的胞外α亚单位和626个氨基酸构成的穿膜β亚单位。α和β亚单位通过二硫键形成一个αβ半受体，它与另一个αβ半受体构成一个完整受体(α2β2 ) [ 4 ]。
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1.2 IGF-IR的功能 1.2.1 α亚单位
位于IGF-IR胞外的部分，是配体(IGF-I和IGF-II)的结合区域，决定配体结合的特异性，富含半胱氨酸(Cys)区是IGF-I的结合位点。
1.2.2 β亚单位
跨膜结构，位于胞内部分含有酪氨酸(Tyr)激酶催化亚单位，能交叉催化相应β亚单位上的磷酸化位点而磷酸化。β亚单位的不同区域可以介导IGF-IR不同的生物学活性，其中K1003位的ATP 结合位点和酪氨酸激酶活性区域Y1131，Y1135及Y1136对于IGF-IR发挥相应的生物学效应尤为重要，这些位点的突变可以使IGF-IR完全丧失其功能[ 5 ]。
1.3 IGF-IR的生物学特性 1.3.1 IGF-IR与细胞增殖、分化
IGF-I是一个重要的细胞增殖因子，在细胞周期中，一旦细胞进入G1期，在其他生长因子缺乏的情况下， IGF-I可促使细胞增殖周期完成[ 6 ]。而IGF-I的活性主要是由IGF-IR介导的，也就是说， IGF-IR在很大程度上决定了细胞增殖状况。Mulligan等[ 7 ]用微阵列技术分析IGF-IR可上调有丝分裂素-肝素结合性内皮生长样生长因子(heparin- binding epidermal growth factor-like growth factor,HB-EGF)而促进有丝分裂。IGF-IR作为细胞生存和增殖因子，在正常个体发育的各个阶段，包括卵母细胞阶段及各个器官的发育中起了关键作用[ 8 ]。
1.3.2 IGF-IR与细胞凋亡
IGF-I在体外培养的细胞中及体内均有阻止细胞凋亡的作用[ 9 ]，而且细胞表面表达IGF-IR的数量越高，细胞生存率越高[ 10 ]。Resnicoff等[ 9 ]认为，体内细胞凋亡程度与IGF-IR数量减少有关，在裸鼠中肿瘤的发生严格依赖于细胞逃逸凋亡的数量。IGF-IR数量减少可诱导凋亡。
2 IGF-IR信号转导通路
当IGF-IR与IGF-I结合后，其酪氨酸(Tyr)和丝氨酸(Ser)残基发生自身磷酸化反应，IGF-IR的活化可以激活IRS-1 (胰岛素受体底物-1)， IRS-2 ，SHC及PI3K(phosphoinositide 3-kinase)等多种底物，这些底物的活化启动了不同的细胞信号转导通路，分别介导有丝分裂、细胞的增殖分化和
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抑制细胞凋亡等生物学功能。
目前公认的主要有两条细胞信号转导通路，分别为RAS/ RAF/ MEK/ ERK信号转导通路和PI3K / AKT信号转导通路。研究表明IGF- I介导的促有丝分裂作用和细胞增殖、分化主要通过RAS/ RAF/ MEK/ ERK通路完成，而其抗细胞凋亡作用主要经由PI3K / AKT通路实现[ 11,12 ]。另外，14-3-3蛋白介导的RAF-1和线粒体通路在细胞凋亡、生长、增殖中也发挥着一定的作用。
2.1 RAS/ RAF/ MEK/ ERK信号转导通路
RAS/ RAF/ MEK/ ERK信号转导通路是由一个小GTP 结合蛋白连接活化的受体酪氨酸激酶和胞浆蛋白激酶级联反应。其活化的中心是使RAS进行鸟苷酸交换变成其活化形式RAS-GTP。该反应通过鸟苷酸交换因子SOS与回到酪氨酸磷酸化受体上的结合蛋白组成复合物形成SHC-Grb2-SOS复合物而进行[ 13 ] 。
RAS/ RAF/ MEK/ ERK是三条MAPKs（mitogen-activated protein kinases ,丝裂原活化蛋白激酶）信号转导通路之一。MAPK家族成员众多，命名也很复杂。MAPKKK(MAPK kinase kinase)，是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，RAF（丝裂原活化的丝氨酸/苏氨酸激酶）为其中重要的一员，其作用是磷酸化并激活下游底物MAPKK(MAPK kinase) 。MAPKK，具有磷酸化苏氨酸/酪氨酸残基的双特异功能，MEK(MAPK/Erk kinase) 即为其中重要的一员，其作用是磷酸化并激活下游底物MAPK3。MAPK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，Erk ( Extracellular signal regulated kinase ) 即为其中重要的一员。与MAPKKK和MAPKK不同，MAPK的作用是磷酸化并激活多种下游底物，因此可以引发多种细胞反应。[ 1,13,14 ]
IGF- I与IGF- IR结合后，可使IGF- IR形成二聚体，二聚化的IGF- IR使其自身酪氨酸激酶被激活。IGF- IR上磷酸化的酪氨酸又与位于胞膜上的生长因子受体结合蛋白-2 (Grb2)的SH2结构域相结合，而Grb2的SH3结构域则同时与鸟苷酸交换因子SOS(Son of Sevenless) 结合形成SHC-Grb2-SOS复合物，从而导致小分子鸟苷酸结合蛋白RAS的GDP解离而结合GTP ，从而激活RAS 。激活的RAS进一步与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶RAF-1的氨基端结合，从而激活RAF-1 。RAF-1可磷酸化MEK1/ MEK2(MAP kinase/ ERK kinase) 上的二个调节性丝氨酸，从而激活MEK 。MEK为双特异性激酶，可以使丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸发生磷酸化，最终高度选择性地激活ERK1和ERK2 (即p44MAPK 和p42MAPK) 。ERK为脯氨酸导向的丝氨酸/苏氨酸激酶，可以磷酸化与脯氨酸相邻的丝氨酸/苏氨酸。在丝裂原刺激后，ERK接受上游的级联反应信号，可以转位进入细胞核。因此，ERK不仅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-FOS、CREB、ELK-1
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等，从而参与细胞增殖与分化的调控。[13,14,15 ]
2.2 PI3K/ AKT信号转导通路
PI3K/ AKT (phosphoinositide 3-kinase/ serine threonine kinase ,磷脂酰肌醇3激酶/ 丝氨酸/苏氨酸激酶)是IGF- IR另外一条重要的信号转导通路，是抗细胞凋亡作用最强的通路[ 16 ]。
PI3K是1988年Whitman M等发现的一种与细胞内信号转导有关的脂类第二信使。由一个85kD的调节亚基和一个110kD催化亚基组成的二聚体。p85亚基通过其SH2介导p110和活化的蛋白酪氨酸激酶受体及IRS-1肽链通过磷酸化连接。AKT，又称蛋白激酶B (proteinkinaseB , PKB)，是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，约由480个氨基酸组成，包括氨基端的PH结构域（pleckstrin homology domain）、中间的激酶区和羧基端的尾部三部分组成。AKT被认为是PI3K信号下游的一个效应分子，IGF-I对AKT的激活有赖于PI3K的活化。[ 1 ]
IGF-I和IGF-IR结合后，其酪氨酸激酶使自身酪氨酸发生磷酸化，激活下游的停泊蛋白IRS-1，被激活的IRS-1通过改变PI3K的催化亚单位p110和调节亚单位p85两者的比例来活化PI3K[ 17 ] 。另外，IGF-IR上的酪氨酸激酶也可直接活化PI3K。活化的PI3K就可以来启动AKT/ PKB通路。PI3K调节AKT活化可分为三步：首先，活化的PI3K催化细胞膜上磷脂酰基醇4,5-二磷酸（PIP2）肌醇环上D-3位磷酸化，生成第二信使磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸（phosphatidylinositol-3,4,5- triphosphate，PIP3）；其次，PIP3通过与AKT的PH结构域结合，使之从胞质转位至细胞膜，引起AKT构象的改变。同时，胞质中PIP3依赖的蛋白激酶（phosphoinositide-dependent kinase，PDK）也借助自身的PH结构域与PIP3结合，导致已发生构象改变的AKT与PDK相互接近；最后，在PDK1的直接或间接催化下，AKT激酶活性区中的T308发生磷酸化，再在PDK2或整合素连接的激酶（integrin- linked kinase，ILK）作用下，羧基端尾区的S473也发生磷酸化后，AKT成为有活性的激酶[ 18 ]。由于AKT/ PKB通路的启动，从而发生各种生物学作用。
2.3 14-3-3蛋白介导的RAF-1和线粒体信号转导通路
14-3-3蛋白是丝氨酸/苏氨酸结合蛋白家族的总称，是真核细胞中高度保守的可溶性蛋白。在哺乳动物，14-3-3蛋白主要存在于脑。14-3-3蛋白与许多蛋白结合，在细胞凋亡、生长、增殖的信号转导过程中发挥关键的调节作用，是细胞内重要的保护性蛋白。[ 19 ]
14-3-3蛋白与磷酸化的IGF-IR结合，传递有丝分裂原信号，使RAF-1处于活化前的状态，在这种信号的作用下，RAS-GTP与RAS结合区结合，将RAF-1募集到细胞膜上，变化的IGF-IR将14-3-3蛋白移出，去除14-3-3蛋白的抑制作用，效应是部分激活RAF-1。在整个活化过程中，14-3-3
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