以DAG作為信使的G蛋白偶聯受體介導的信號通路

譚嘯

摘要：在大多數哺乳動物細胞中，G蛋白偶聯受體介導的信號通路遵循著G蛋白解離活化又靜息的普遍機制，這是真核細胞應答激素反應的主要機制之一。而通過G蛋白偶聯受體介導的一條信號通路是磷脂酰肌醇信號通路，其信號轉導是通過效應酶磷脂酶C完成的。當胞外信號被膜受體接受后，產生胞內信使，激活DAG-PKC途徑，實現細胞對外界信號的應答。

關鍵詞：DAG;G蛋白偶聯受體;信號通路

1 G蛋白偶聯受體的結構和激活

G蛋白位于細胞質膜內胞漿一側，由Gα、Gβ、Gr三個亞基組成。其中Gα亞基是分子開關蛋白，自身具有GTPase活性。當配體與受體結合時，G蛋白發生解離，GDP與GTP發生交換.此時游離的Gα-GTP是開啟的活化狀態，然后游離的Gα-GTP結合并激活效應器蛋白，從而傳遞信號;當Gα-GTP水解形成Gα-GDP時又會成為關閉的失活狀態。信號傳遞終止并導致三聚體G蛋白進行重新裝配，使系統恢復進入靜息狀態[1]。

G蛋白偶聯受體由7個疏水肽段形成的跨膜α螺旋區，其中N端位于細胞外側，C端位于細胞胞質側。GPCR家族包括許多對蛋白或肽類激素、神經遞質、局部介質等配體識別與結合的受體，以及哺乳動物嗅覺、味覺受體和視覺的光激活受體[2]。盡管與GPCR相互作用的信號分子各不相同，受體的氨基酸序列也有著千差萬別。但對GPCR的研究結果表明，所有真核生物從單細胞酵母到人類都具有相似的7次跨膜結構[3]。

2 DAG-PKC信號通路

2.1 DAG-PKC的生成與轉導

DAG是親脂分子，結合在質膜上。DAG可以活化與質膜結合的PKC。PKC有兩個功能區，一個是疏水的膜結合區，另一個是親水的催化活性中心。在靜息細胞中，非活性的PKC分布在細胞質中，當細胞受到外界信號刺激時，PIP2水解，細胞質膜上的DAG瞬間積累。由于細胞質中的Ca2+濃度升高，導致細胞質基質中PKC與Ca2+結合并轉位到細胞質膜的內表面，從而被DAG活化，進而使不同類型細胞中不同底物蛋白的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化[4]。

2.2 PKC的作用

磷脂酰絲氨酸和鈣離子依賴性的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶是PKC，PKC的作用底物有很多，參與了很多生理過程。細胞的“短期生理效應”如肌肉收縮、細胞分泌等。細胞的“長期生理效應”如細胞增殖、分化等。在許多細胞中，PKC的活化可以增強特殊基因的轉錄[5]。現在人們已知的至少有兩條途徑：一條途徑是PKC激活一系列的磷酸化級聯反應，導致MAP激酶的磷酸化，磷酸化的MAP激酶活化基因調控蛋白Elk-1。Elk-1與另一種DNA結合蛋白——血清應答因子（SRF）共同結合在短的DNA調控序列（血清應答元件，SRE ）上。Elk-1的磷酸化和活化即可調節基因轉錄;另一條途徑是PKC的活化導致I-κB磷酸化，使基因調控蛋白NF-κB與I-κB解離并進入細胞核，與相應的基因調控序列結合激活基因轉錄。

2.3 PKC長期效應的維持

PIP2水解形成的DAG只是暫時性產物，DAG信使作用的終止有兩條途徑：一是DAG被DAG激酶磷酸化形成磷脂酸，再進入到磷脂酰肌醇代謝途徑。二是DAG被DAG脂酶水解生成單酰甘油。由于DAG的代謝周期短，所以無法長期維持PKC的活性，而細胞的增殖或分化又要求PKC可以長期產生效應。最近人們發現了另一種DAG生成途徑：由磷脂酶來催化細胞質膜上的磷脂酰膽堿斷裂，斷裂后產生DAG被用來維持PKC的長期效應[6]。

參考文獻：

[1]瞿中和，王喜忠， 丁名孝.細胞生物學[J].2011（6）：172-175.

[2]Pierce K L， Premont R T， Lefkowitz R J. Seven-transmembrane receptors. Nat Rev Mol Cell Biol 2002， 3： 639-652.

[3]Hamm H E. How activated receptors couple to G-proteins. Proc Natl Acad Sci USA， 2001， 98： 4 819-4 821.

[4]Souza Bomfim Guilherme H.; Mitaishvili Erna; Aguiar Talita Ferreira; Lacruz Rodrigo S. Mibefra-dil alters intracellular calcium concentration by activation of phospholipase C and IP3 receptor functi-on[J].Molecular BiomedicineVolume 2， Issue 1. 2021.

[5]Atsushi Miyamoto， Hideyo Ohshika Molecular diversity and double regulatory mechanism of activation of phospholipase C in rat brain[J] ?Neuropeptides， 2019， 75

[6]Youn Ri Lee， Chang-Kwon Lee， Hyo-Jun Park et al. c-Jun N-terminal Kinase Contributes to Norepinephrine-Induced Contraction Through Phosphorylation of Caldesmon in Rat Aortic Smooth Muscle[J] PLoS ONE， 2017， 8（10）