关注I GPCR信号通路概述与CD40分子的特性与功能

GPCR信号通路

01 GPCR简介

GPCR（G蛋白偶联受体）是一种多位膜蛋白，是真核动物中存在最广泛、种类最多的膜蛋白受体。它们又被称为蛇形受体，具有保守的三级结构特征，即7个跨膜螺旋，但家族内各种受体的氨基酸序列之间的关联较为微弱。

这些受体在细胞表面能感知到位于细胞附近的物质，特定的物质能够激活G-蛋白偶联受体，触发细胞内级联信号，然后会引发多种细胞反应，调节多种多样的生理过程。

GPCR可以识别多种配体和刺激物，包括多种肽和非肽激素、神经递质（如肾上腺素、去甲肾上腺素、组织胺、血清素与乙酰胆碱）、趋化因子、前列腺素类（如前列腺素与凝血酸）、蛋白酶、生物胺、核苷、脂质、生长因子、气味分子和光等。

GPCR作为细胞内介质或第二信使，可以影响小分子生成，从而调节一个高度互联的生化途径网络。已知的GPCR信号通路包括cAMP/PKA途径、Ca2+/PKC途径、Ca2+/NFAT途径、PLC途径、PTK途径、PKC/MEK/MAPK/ERK1途径、p43/p44MAPK通路、p38 MAP通路、PI3K通路、NO-cGMP途径、Rho途径、NF-KappaB途径和JAK/STAT途径。

02 激活机制

激活后，GPCRs与其同源G蛋白相互作用。G蛋白是与质膜内表面相关的异质三聚体，由G-Alpha、G-Beta和G-Gamma三个亚基组成，可以通过G-Alpha亚基或G-Beta-Gamma复合物以二聚体的形式传递信号。目前已知有20种G-Alpha，6种G-Beta和11种G-Gamma亚基。

根据序列相似性，G-Alpha亚基分为4个科：G-AlphaS、G-AlphaI、G-AlphaQ和G-Alpha12/13。这些G-Alpha亚基调节多个第二信使生成系统。在非活性状态下，G-Alpha亚基位点与GDP结合；当激素或其他配体与相关的GPCR结合时，G-Alpha亚基的构象发生变化，使GDP被GTP取代并激活G-Alpha，激活的G-Alpha与G-Beta-Gamma复合物分离。此时，从亚基上解离的亚基与复合体分别激活受体两侧的两个效应物。一段时间后，GTP被去磷酸化，回归为GDP；G-Alpha亚基则与G-Beta-Gamma复合体从对应的效应体上解离，并再次结合。此时，效应物回归静息状态。

03 相关功能

PART/1

G-Alpha亚基

G-Alpha亚基具有多种功能，其具体功能取决于不同的亚型。

G-AlphaQ家族控制PLC（磷脂酰肌醇特异性磷脂酶）的活性，例如PLC-Beta水解PIP2产生第二信使IP3和DAG，而IP3和DAG使细胞内游离Ca2+浓度增加，并激活包括PKC在内的多种蛋白激酶。G-AlphaQ还可能通过PKC和直接作用调节PLD的各种亚型。据报道，G-AlphaQ可以通过PYK2激活转录因子NF-KappaB。

G-AlphaS家族的成员激活AC（腺苷酸环化酶），使细胞内产生cAMP。cAMP随后与PKA的调节亚基结合，使催化亚基解离，从而活化PKA，进而将GPCR磷酸化，与G-AlphaI结合。

G-AlphaI家族成员能够抑制AC，从而调控细胞内cAMP的浓度。这一家族的成员包括G-AlphaI-1，G-AlphaI-2，G-AlphaI-3，G-AlphaI-O，G-AlphaI-T和G-AlphaI-gust，还可以激活多种磷脂酶和磷酸二酯酶，并促进多个离子通道的开放。G-AlphaI和G-AlphaI-O可以调节从c-Src到STAT3和RAP通路的信号，并且，它们偶联的受体都能有效地激活MAPK。

据报道，G-Alpha12可以直接与Ras、Ras-GAP和BTK的GTPase激活蛋白相互作用。研究认为，G-Alpha12通过尚未确认的机制刺激PLD、c-Src和PKC，一些情况下不同的MAPK家族如ERK5或JNK也能够被激活。这种激活可能与基因表达的调控有关。G-Alpha13直接与GTPase Rho的鸟嘌呤核苷酸交换因子p115RhoGEF相互作用，从而激活Rho，引发多种效应，例如调节Na+-H+泵。G-Alpha13可能通过激活PYK2参与PI3K通路，进而激活蛋白激酶Akt，调节NF-KappaB。目前，G-Alpha13如何激活PYK2仍需进一步的研究。

PART/2

G-Beta-Gamma亚基

G-Beta-Gamma亚基能够直接与多个效应分子相互作用，包括PLCβ、K+通道、AC和PI3K。研究发现，G-Beta-Gamma二聚体的过表达能够激活MAPK，其调控途径不需要激活PKC，但涉及到Ras的激活。当小G蛋白Ras的GEF被招募到细胞膜上时（通过RTK，FAK等），Ras被激活，将丝氨酸/苏氨酸激酶Raf招募到细胞膜上，然后磷酸化双特异性激酶MEK，进而磷酸化ERK（细胞外信号调节激酶）上的关键酪氨酸和苏氨酸。然后，磷酸化的ERK继续激活其他细胞蛋白（如p90RSK），并转移到细胞核中，激活转录因子（如Elk1），从而调控基因表达和细胞周期进程。

G-Beta-Gamma还与PLC-Beta结合，激活G-AlphaQ，并增强G-AlphaS对AC的效应。此外，G-Beta-Gamma还与离子通道相互作用，并招募BARK和PI3K-Gamma到细胞膜上。G-Beta-Gamma可以激活非受体酪氨酸激酶Src，然后将SHC的酪氨酸磷酸化，通过GRB2与SHC上的磷酸酪氨酸结合的SH2结构域，将GRB2-SOS结构域招募到细胞膜上。SOS是Ras的GEF，可以将Ras上结合的GDP交换为GTP并激活，启动ERK的激活级联。与G-AlphaS结合的GPCR也可以通过G-Beta-Gamma激活ERK。

GPCR介导了许多信号通路的激素控制与动态调控。在受体的水平上，调节可以通过抑制GPCR/G蛋白偶联（脱敏）、细胞表面受体再分配（运输）和受体降解（下调）来实现。GRK（G蛋白偶联受体激酶）和β抑制蛋白两个蛋白家族在这些调控环节中起关键作用。GRK特异性地磷酸化受体，进而促进抑制蛋白的结合，在空间上抑制了GPCR与其各自的G蛋白的偶联，即受体脱敏，并通过网格蛋白包被将受体内化。通过调节GPCRs的数量和功能状态，GRK在调控GPCR介导的信号转导中发挥了至关重要的作用。GPCR也是一个重要的药理蛋白家族，迄今为止已鉴定出约450个基因。数百种药物以这一蛋白家族为靶标，包括抗组胺药、抗精神病药、抗抑郁药和抗高血压药物。

CD40信号分子

01 CD40简介

CD40是TNFR（肿瘤坏死因子受体）家族的成员，它传递调节多种细胞反应的信号，包括增殖、分化、生长抑制和细胞死亡。CD40是I型膜糖蛋白，最初被鉴定为B细胞的表面标志物，后来发现其在多种细胞类型中广泛表达，包括B细胞、巨噬细胞、树突状细胞、内皮细胞和成纤维细胞。因为这种广泛的表达，CD40在调节免疫反应和宿主防御中发挥核心作用。

CD40与其配体CD154（也称为CD40L或GP39）结合，以双向方式作用于抗原呈递细胞和T细胞，介导体液和细胞免疫反应。

02 特点与功能

CD40具有独特的基因表达模式。B细胞依赖于CD40来维持生存，表达共刺激分子如B7，形成生发中心，产生记忆细胞，进行Ig类转换，并产生多种细胞因子和趋化因子（如IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、TNF-Alpha、MIP1Alpha和细胞毒性自由基）。CD40的激活还使血管内皮细胞产生细胞因子，如IL-1和IL-8，表达COX2，并增加细胞粘附分子的密度。

CD40-CD40L的相互作用可以影响T细胞激活，调控T细胞介导的效应细胞功能，并参与激活巨噬细胞、NK细胞和内皮细胞。因此，CD40-CD40L与器官特异性的自身免疫性疾病、移植排斥反应，甚至动脉粥样硬化有关。在树突状细胞表面，CD40-CD40L调节某些促炎细胞因子的产生，如IL-8、MIP-1Alpha、TNF-Alpha和IL-12。

在单核细胞中，CD40刺激IL-1Alpha、IL-1Beta、TNF-Alpha、IL-6和IL-8的产生，并在中止单核细胞的凋亡周期中起着重要作用。巨噬细胞需要通过CD40-CD40L相互作用产生NO和IL-12。NK细胞通过调节CD40-CD40L来诱导B细胞成熟、分泌免疫球蛋白和进行同类转换。CD40通过Ras通路激活p44/42 MAPK。CD40-CD40L还可能调节效应细胞的增殖和激活，在肥大细胞、嗜酸性粒细胞、平滑肌细胞和培养的成肌细胞中都发挥作用。此外，CD40在非免疫细胞中的表达证明，CD40在细胞生物学中还有更多功能亟待研究。

CD40介导的信号转导能激活NF-KappaB、MAPK和STAT3等多种途径，诱导大量与病原体防御相关的基因的转录。CD40L通过配体与p53的关联、ASM向细胞膜的转位、ASM的激活和神经酰胺的形成来介导受体聚集。而神经酰胺可能修饰富含鞘脂的膜微域，从而融合并形成富含神经酰胺的信号平台，用于聚集CD40L。

一些TRAF蛋白，包括TRAF1、TRAF2、TRAF3、TRAF5和TRAF6，在CD40介导的通路中与CD40相互作用，并发挥关键作用。TRAF2、TRAF3和TRAF6可以直接有效地与CD40结合，而TRAF1和TRAF5则与其他TRAF蛋白相互作用，进而被招募到CD40中。

Act1依赖的CD40介导的NF-KappaB激活可以保护细胞免受CD40L诱导的细胞凋亡。Act1作为适配器蛋白，将TRAF蛋白连接到TAK1/IKK复合物，激活NF-KappaB/I-KappaB和MKK复合物，从而激活JNK、p38 MAPK和ERK1/2。NIK也在激活IKK的过程中起主导作用。在CD40L或其他炎症介质的刺激下，I-KappaB蛋白被IKK磷酸化，而NF-KappaB被TAK1和IKK信号级联过表达的Act1激活。磷酸化的I-KappaB随后被迅速泛素化并降解。NF-KappaB被释放后转移到细胞核，随后激活转录。TNF诱导的A20可以抑制NF-KappaB的激活以及TNF介导的细胞凋亡。TRAF3可以启动p38和JNK信号通路，但抑制Act1依赖的CD40介导的NF-KappaB激活，并启动CD40L诱导的细胞凋亡。对于SAPK通路来说，TRAF2的激活不可替代。TRAF2也在CD40介导的表面分子上调、B细胞IgM分泌和ICAM1基因上调中发挥作用。

在人肾近端小管细胞的原代培养中，CD40L与CD40结合后，可以刺激MCP1和IL-8的产生，这主要通过招募TRAF6和激活ERK1/2、SAPK/JNK和p38 MAPK通路来实现。TRAF6介导SAPK/JNK和p38的激活，而其他TRAF成员可能介导ERK1/2的激活。然而，MCP1和IL-8的产生需要全部三种MAPK通路的刺激。CD40刺激还可以通过JAK3-STAT3和PI3K-Akt途径进行，进而诱导CD40L表达，使B细胞抵抗细胞凋亡的影响。CD40直接与JAK3结合，介导STAT3的激活，并随后上调ICAM1、CD23和LT-Alpha。

03 病理学特性

在人体中，CD40L突变会导致B细胞的Ig类转换能力受损，抗体水平异常，并且无法对某些细菌感染产生反应。CD40的异常表达与自身免疫性炎症性疾病，如多发性硬化症和类风湿性关节炎相关。研究表明，该受体在上皮癌细胞中也有表达，它促进上皮癌细胞系产生CD40连接，诱导NO的产生并控制细胞凋亡。CD40-CD40L的相互作用广泛存在于细菌、寄生虫或病毒引起的各类抗感染宿主免疫反应。

突变的CD40L会导致一种严重的免疫缺陷病，称为HIGM1（超IgM综合征），其特点是大多数患者具有高水平的IgM，低水平的IgA、IgG和IgE，缺乏生发中心，无法产生胸腺衍生的体液反应。

CD40L的刺激特性已被用于肿瘤治疗。它与肿瘤细胞恢复MHC1的表达、过量产生IL-12或增强宿主抗原呈递细胞功能相关联，因此，基于CD40L的一些抗体药物可促使肿瘤细胞消退。此外，CD40的参与能够在体外恢复HIV感染患者细胞的IL-12产生，并刺激巨噬细胞产生抑制HIV1的趋化因子。通过CD40激活免疫系统，是一种前景广阔的针对寄生虫病的免疫治疗策略。

小结

SUMMARY 

GPCR信号通路在免疫调节和炎症反应中发挥着重要作用。通过与不同的G蛋白亚单位相互作用，GPCRs能够激活多种信号通路，包括MAPK、PI3K和NF-KappaB等。这些信号通路调节了细胞的增殖、分化、生存和炎症反应等多种生物学过程。因此，GPCRs成为了潜在的药物靶点，许多药物已经开发出来以调节GPCR信号通路，用于治疗免疫相关疾病和炎症性疾病。

CD40作为一个重要的免疫调节分子，参与了多种免疫反应和宿主防御。CD40与其配体CD40L的相互作用可以激活多种信号通路，包括MAPK、NF-KappaB和JAK-STAT等。CD40的激活可以调节细胞的增殖、分化、生存和免疫应答等过程。因此，CD40在免疫疗法领域具有广阔的前景。CD40激活剂已经被用于肿瘤治疗，通过增强宿主免疫应答来抑制肿瘤生长。此外，CD40激活剂还可以用于治疗自身免疫性疾病和感染性疾病等免疫相关疾病。未来的研究将进一步探索CD40信号通路的调控机制，并开发更有效的CD40激活剂，以实现个体化的免疫疗法。

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