第三节 介导并调控细胞基因表达的受体及其信号通路
在细胞表面受体中，G蛋白偶联受体作为最大的多样性家族，其主要生物学效应是通过修饰细胞内酶类和其它蛋白质的活性来调控细胞的代谢反应(短期效应)；这一节重点介绍以调控细胞基因表达(长期效应)为主要生物学效应的酶联受体(受体酪氨酸激酶、细胞因子受体等)所介导信号通路及其他调控基因表达的重要信号通路。在真核细胞中，大约有12类高度保守的细胞表面受体，激活几类高度保守的细胞内信号转导途径，调控多种细胞基因的表达。某些哺乳类细胞表达上百种不同类型的细胞表面受体，每种受体又可结合不同的配体。任何一个基因的表达既受多种转录因子的调节，也受多种细胞外信号的调控，这是一种多级可控的复杂过程。
一、酶联受体及其介导的细胞信号转导通路
(一)受体酪氨酸激酶和细胞因子受体的结构特征与作用机制
在人类基因组中，大约有90种蛋白质磷酸激酶受体，分属两大类催化型酶联受体( enzyme-linked receptor)，即受体酪氨酸激酶( receptor tyrosine kinase，rTK)和细胞因子受体( cytokine receptor)。再进一步细分至少包括5类：①受体酪氨酸激酶；②受体丝氨酸/苏氨酸激酶；③受体酪氨酸磷酸酯酶；④受体鸟苷酸环化酶；⑤酪氨酸蛋白激酶偶联的受体。
目前已知受体酪氨酸激酶(RTK)和细胞因子受体这两类受体家族具有类似的结构特征和作用机制(1)具有类似的结构，绝大多数是单次跨膜蛋白，其N端位于细胞外，是配体结合域，C端位于胞内，中间是疏水的跨膜α螺旋。不同的是RTK胞内段自身含酪氨酸蛋白激酶结构域，具有酪氨酸激酶活性，并具有不同的酪氨酸残基自磷酸化位点，迄今已鉴定该家族类受体有50余种，包括7个亚族(图11-25)。细胞因子受体其胞内段结构域本身不具有激酶活性，但具有与胞质酪氨酸激酶( Jak kinase)的结合位点，是细胞表面一类与酪氨酸激酶偶联的受体( tyrosine kinase- linked receptor)。这两类催化性受体被激活后，均磷酸化靶蛋白特异的酪氨酸残基。磷酸化的靶蛋白可以激活一个或多个信号通路，而这些信号通路主要是调节细胞增殖分化、存活以及代谢诸多方面(2)这两类受体具有基本相同的活化机制，二聚化是单次跨膜的酶联受体被激活的普遍机制。当胞外信号(配体)与受体结合时，即引起受体构象变化，但单次跨膜α螺旋无法传递这种构象变化，因此配体的结合导致受体二聚化( dimerization)形成同源或异源功能性二聚体(图11-26)，功能二聚体的形成几乎是所有酶联受体被激活的必须步骤。
(3)受体胞内段的激酶活性或胞内段结合激酶的活性被激活后，在二聚体内特定的酪氨酸残基位点发生彼此交叉磷酸化( (cross- phosphorylation)，又称之受体的自磷酸化( ( autophosphorylation)(图11-26)。受体酪氨酸残基磷酸化，进一步引发构象改变，或者有利于ATP的结合(如胰岛素受体)，或者有利于结合其他蛋白质底物(如FGF)。在激活的RTK内，许多磷酸酪氨酸残基可被含有SH2结构域的胞内信号蛋白所识别，作为多种下游信号蛋白的锚定位点( dockingite)，启动细胞内信号传导。许多情况下，这两类受体所介导的信号通路是类似或重叠的。图11-27是两类酶联受体所介导的信号转导通路的示意性概括。
(二)受体酪氨酸激酶介导的Ra-MAK激酶信号通路
几乎所有RTK和细胞因子受体都能介导Ras-MAK激酶信号通路。
1.胞外信号分子与接头蛋白
激活RTK的胞外信号分子是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包括多种生长因子、胰岛素( insulin)和胰岛素样生长因子等。许多RTK和它们的配体，在研究人类癌症过程中已被鉴定，因为一些癌症的发生与生长因子受体的突变相关，受体突变即使在缺乏生长因子的情况下也会刺激细胞增殖，或者说这类受体始终处于组成型活化状态。其他一些RTK在分析线虫、果蝇和小鼠的发育突变中也被发现，因为这类突变导致阻断某些细胞类型的分化。
如前所述，活化的RTK通过磷酸化受体胞内段特定的酪氨酸残基，作为锚定位点可以结合多种细胞质中带有SH2结构域的蛋白。其中一类是接头蛋白( adapter protein)，如生长因子受体结合蛋白2(Grb2)，其作用是偶联活化的RTK受体与其他胞内信号蛋白，参与构成细胞内信号转导复合物，但它本身不具酶活性，也没有传递信号的性质；另一类是在信号通路中有关的酶，如GTP酶活化蛋白( GTPase activating protein，gP)、肌醇磷脂代谢有关的酶(磷脂酶Cy，3-磷脂酰肌醇激酶)、蛋白磷酸酯酶(SyP)以及Src类的非受体酪氨酸蛋白激酶等。这两类RTK结合蛋白的结构和功能不同，但它们都具有两个高度保守而无催化活性的模式结合域即SH2和SH3。因为这两种结构域首先在Src蛋白中发现，所以称作Src同源区( Src homolog region2and3，SH2和SH3)。这两种结构域，SH2选择性结合不同位点的磷酸酪氨酸残基，SH3选择性结合不同的富含脯氨酸的序列。
2.ras蛋白
在许多真核细胞中，Ras蛋白在RTK介导的信号通路中也是一种关键组分。Ras蛋白(分子质量21kDa)是Ras基因表达产物，是由190个氨基酸残基组成的小分子单体GTP结合蛋白，具有GTP酶活性，分布于质膜胞质一侧，结合GTP时呈活化态，而结合GDP时失活态，所以Ras蛋白也是GTP酶开关蛋白。在细胞中，Ras蛋白的活性受GAP的调节，它能刺激Ras蛋白GTP酶活性增高10万倍；此外Ras蛋白从失活态到活化态的转变，先要GDP释放才有GTP的结合，GDP的释放需要GEF参与；Ras蛋白从活化态到失活态的转变，则要GAP的促进；所以GEF和GAP都与Ras蛋白GTP-GDP转换相关(图11-28)。具有鸟苷酸交换因子活性的Sos蛋白(Ras-GF，来自son-of- sevenless缩写，Sos)与Ras结合引发导致Ras活化的构象改变，使非活性的Ras-GDP转换成有活性的Ras-GTP。对线虫和果蝇发育的特定分化阶段的突变遗传分析发现，也证实上述两种胞质蛋白在联系RTK与Ras蛋白的活化之间具有关键作用。
在酶联受体介导的信号通路中，Ras蛋白是活化受体RTK下游的重要功能蛋白。二者之间通过接头蛋白和Ras蛋白-鸟苷酸交换因子(Ras-GEF)起重要联系作用。实验证明，用PDGF和EGF混合物处理培养的成纤维细胞诱导细胞增殖，如果这些细胞显微注射抗Ras抗体则阻断细胞增殖；反之，如果注射Ras(一种组成型活化的突变Ras蛋白)，它不能有效地水解GTP并维持细胞持续的活化状态，结果诱发细胞在缺少生长因子的情况下进行增殖。如图11-29所示，两种胞质蛋白提供了关键性联系：一个是生长因子受体结合蛋白Grb2，具有SH2结构域可直接与活化受体特异性磷酸酪氨酸残基结合，Grb2还具有两个SH3结构域能结合并激活另一种胞质蛋白Sos，即Grb2作为一种接头蛋白既与活化受体上特异磷酸酪氨酸残基结合又与胞质蛋白鸟苷酸交换因子Sos结合，促进在膜上形成胞内信号转导复合物，复合物的形成又有利于在Sos作用下促进Ras蛋白结合的GDP/GTP交换而被激活。
ras蛋白的活化是通过配体与RTK的结合而诱导的，而Ras蛋白的活化对诱导不同类型细胞的分化或增殖又是必要而充分的，然而在有些突变细胞中组成型地活化Ras蛋白，即使在缺少信号刺激情况下，细胞也会发生应答反应。已有大量研究表明，约30%的人类恶性肿瘤与Ras基因突变有关，因为突变的Ras蛋白能够与GTP结合，但不能将其水解成GDP，所以这种突变的Ras蛋白被“锁定”在开启状态，结果引起赘生性细胞增生。由RTK介导的信号通路具有广泛的功能，包括调节细胞的增殖与分化，促进细胞存活，以及细胞代谢的调节与校正作用( adjustment)。各种不同的生长因子与RTK结合，有时往往引起细胞内产生多向性的效应( pleiotropic effect)，包括早期和晚期基因表达。这种多向性效应是在配体作用下，产生多种信号调节的结果。
3.rasmapk磷酸化级联反应
Ras-mAPK磷酸化级联反应，是细胞如何克服Ras活化所能维持的时间较短、不足以保障细胞增殖与分化所需持续性信号刺激的重要机制。Ras-MAPK磷酸化级联反应始于质膜下活化的Ras蛋白(Ras-GTP)，终止于促分裂原活化的蛋白激酶(MAPK)。在酵母、线虫果蝇和哺乳类的生化及遗传研究中，已经揭示Ras的下游通路是高度保守的三种激酶的级联反应，在MAPK终结(图11-30)。这一保守信号通路参与调控细胞生长、发育、分化、凋亡等多种生理过程。
多种信号蛋白如Ras、酪氨酸激酶Src、蛋白激酶C、蛋白激酶B等都可通过激活不同的Raf激活下游通路，Raf是已知处在丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶最上一级的激酶(促分裂原活化的蛋白激酶激酶激酶， MAPKKK)，其中Ras蛋白激活Raf是最具代表性的。Ras-APK磷酸化级联反应的基本步骤如下：
(1)活化的Ras蛋白与Raf的N端调控结构域结合并使其激活，它使靶蛋白上的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化；丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化的蛋白质代谢周转比酪氨酸残基磷酸化的蛋白质慢，这有利于使短寿命的Ras-GTP信号事件转变为长寿命的信号事件。
(2)活化的Raf结合并磷酸化另一种蛋白激酶Mek(促分裂原活化的蛋白激酶激酶， MAPKK)，使其丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化导致 MAPKK的活化
(3) MAPKK是一种双重特异的蛋白激酶，它能磷酸化其唯一底物MAPK的苏氨酸和酪氨酸残基使之激活。
(4)MAPK在该信号通路的蛋白激酶磷酸化级联反应中是一种特别重要的组分，中文译名为促分裂原活化的蛋白激酶( mitogen- activated protein kinase，maK)，活化的MAPK进入细胞核，可使许多底物蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，包括调节细胞周期和细胞分化的特异性蛋白表达的转录因子，从而修饰它们的活性。
(三)细胞质因子受体与JAKSTAT信号通路
细胞因子( (cytokine)是由细胞分泌的影响和调控
多种类型细胞增殖、分化与成熟的活性因子，包括白细胞介素( interleukin，)、干扰素( (interferon，iN)、集落刺激因子( (colony- stimulating factor，Csf)、促红细胞生成素( (erythropoietin，po)和某些激素(如生长激素和催乳素)等，它们组成一个信号分子家族，其成员分子量相对较小，通常由约160个氨基酸组成。细胞因子对多种细胞类型的发育，特别是在造血细胞和免疫细胞的生长、分化与成熟中起重要调控作用。
细胞因子受体是细胞表面一类与酪氨酸激酶偶联的受体。这类受体的结构与活化机制和RTK非常相似，受体所介导的胞内信号通路也多与RTK介导的胞内信号通路相似或重叠。细胞因子受体本身不具有酶活性，但它的胞内段具有与胞质酪氨酸激酶( Janus激酶)的结合位点，也就是说受体活性依赖于非受体酪氨酸激酶 (nonreceptor tyrosine kinase)。
细胞因子与受体结合激活一类 Janus激酶( Janu kinase，.jak)家族，其成员包括Jakl、jak2、ak3和Tyk2。ak的N端结构域与受体结合，C端为酪氨酸激酶结构域。每种激酶成员与特异的细胞因子受体结合。研究Epo受体所介导的信号转导通路时，在激酶的直接底物中发现一类新的衔接子蛋白是基因转录调节因子，称为信号转导子和转录激活子( signal transducer and activator of transcription，stat)，STAT蛋白N端具有SH2结构域和核定位信号(NLS)，中间为DNA结合域，C端有一个保守的酪氨酸残基，对其活化至关重要。目前已发现的STAT家族成员有7个，分别命名为STAT1至STAT6，其中STAT5又分为STAT5A和 STAT5B两个成员，具有信号转导和转录激活的双重功能，因此细胞因子受体介导的信号通路又称为JakSTAT信号通路(图11-31)。
该信号通路是人们在研究干扰素诱导培养细胞特定基因转录的调控作用时发现的，继后发现该通路对细胞增殖、分化、迁移和凋亡等生物学过程都具有重要的调节作用。目前已在人类肿瘤中发现了STAT3信号的异常持续活化，同时在对基因敲除小鼠表型的研究中，也显示Jak-STAT信号通路与某些疾病的发生，如心血管疾病、肥胖症、糖尿病以及支气管哮喘等可能起关键的调控作用。
Jak-STAT信号通路的基本步骤
(1)细胞因子与细胞因子受体特异性结合，引发受体构象及紧密结合的Jak构象改变并形成同源二聚体。受体二聚化有助于各自结合的Jak相互靠近，使彼此酪氨酸残基发生交叉磷酸化，从而完全激活Jak的活性。
(2)活化的Jak继而磷酸化受体胞内段特异性酪氨酸残基，使活化受体上磷酸酪氨酸残基成为具有SH2结构域的STAT或具有PTB结构域的其他胞质蛋白的锚定位点。
(3)STAT通过SH2结构域与受体磷酸化的酪氨酸残基结合，继而STAT的C端酪氨酸残基被Jak磷酸化。磷酸化的STAT分子即从受体上解离下来。
(4)两个磷酸化的STAT分子依靠各自的SH2结构域结合形成同源或异源二聚体，从而暴露其核定位信号NLS。二聚化的STAT转位到细胞核内与特异基因的调控序列结合，调节相关基因的表达细胞因子受体与STAT的结合具有特异选择性，这基于受体胞内段不同位点的磷酸酪氨酸残基结合不同的STAT分子，例如，干扰素α受体识别STAT1和STAT2，而干扰素β受体只识别STAT1，Epo受体却识别STAT5。不同的STAT在不同的细胞内调节不同的基因转录。在红细胞分化与成熟过程中，Epo激活STAT5继而诱导Bcl-xL活化，从而防止前体细胞的凋亡，这对红细胞分化与成熟至关重要。EpoR基因敲除实验表明，在小鼠胚胎发育至13天时会因为缺少编码Epo受体的功能基因导致小鼠因为不能产生正常红细胞而死亡。
细胞因子(Epo)除通过Jak-STAT通路调控基因转录外，还有其他信号转导途径调控基因的转录(图11-32)。
(四)P3K-KB(Akt)信号通路
1.p3k-pkb(akt)信号通路及其组成
PI3K-PKB(Akt)信号通路始于RTK和细胞因子受体的活化，产生磷酸化的酪氨酸残基，从而为募集PI3K向膜上转位提供锚定位点。
磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)最初是在多瘤病毒
( polyoma，一种DNA病毒)研究中被鉴定的。迄今发现在人类基因组中PI3K家族有9种同源基因编码，I3K既具有Ser/Thr激酶活性，又具有磷脂酰肌醇激酶的活性。PI3K由两个亚基组成：一个p10催化亚基；一个p85调节亚基，具有SH2结构域，可结合活化的RTK和多种细胞因子受体胞内段磷酸酪氨酸残基，从而被募集到质膜，使其催化亚基靠近质膜内的磷脂酰肌醇。在膜脂代谢中，具有磷脂酰肌醇激酶活性的PI3K催化PI4P生成PI(3，4)P2，进一步催化PI(4，5)P生成P(3，4，5)P3。这些与膜结合的PI3P为多种信号转导蛋白提供了锚定位点，进而介导多种下游信号通路。因此，PI3K-PKB信号途径可视为细胞内另一条与磷脂酰肌醇有关的信号通路，也是RTK介导的衍生信号通路。
许多蛋白激酶都是通过与质膜上P3P锚定位点的
结合而被激活的，这些激酶再影响细胞内许多靶蛋白的活性。蛋白激酶B(PKB)是一种分子质量约60Da的Ser/Thr蛋白激酶，与PKA和PKC均有很高的相似性，故又称为PKA与PKC的相关激酶( related to the A and C kinase，，rcpK)，该激酶被证明是反转录病毒癌基因v-Akt的编码产物，故又称Akt。PKB/Akt由480个氨基酸残基组成，除中间激酶结构域外，其N端还含有一个PH结构域，能紧密结合PI(3，4)P2和P(3，4，5)P3分子的3位磷酸基团。在静息状态下，两种磷脂酰肌醇组分均处于低水平，PKB以非活性状态存在于细胞质基质中，在生长因子等激素刺激下，PI3P水平升高，PKB凭借PH结构域与3位磷酸基因结合而转位到质膜上，同时PKB被PH结构域掩盖而抑制的催化位点的活性得以释放。PKB转位到细胞膜上对其部分活化是必需的，是其活化的第一步；而PKB的完全活化还需要另外两种Ser/Thr蛋白激酶，一个是PDK1(- -phosphoinositide dependent kinase1 I)借助其PH结构域转位到膜上并使PKB活性位点上的关键苏氨酸残基磷酸化，另一个是PDK2(通常是mTOR)则磷酸化PKB上丝氨酸残基，上述两个位点被磷酸化后，PKB才完全活化(图113)。完全活化的PKB从质膜上解离下来，进入细胞质基质和细胞核，进而磷酸化多种相应的靶蛋白，产生影响细胞行为的广泛效应，诸如促进细胞存活、改变细胞代谢、致使细胞骨架重组等。
2.P3K-PKB信号通路的生物学作用
PI3K-PKB信号通路参与多种生长因子、细胞因子和细胞外基质等的信号转导，具有广泛的生物学效应，特别在防止细胞凋亡，促进细胞存活以及影响细胞糖代谢等方面具有重要作用。
(1)PI3K-PKB信号通路对细胞生存的促进作用是活化的PKB所诱发的诸多细胞反应中最值得关注的事件。虽然活化PKB仅需5~10min，但它的效应却可持续至少几个小时。在很多细胞中，活化的PKB可以直接使促凋亡蛋白(如Bad)磷酸化并产生短期效应，以防止细胞凋亡。对许多培养细胞，活化的PKB也可以产生长期效应，即通过磷酸化FOXO转录因子家族成员FOXO3A多个Ser/Thr残基，使其与细胞质中磷酸丝氨酸结合蛋白14-3-3结合而滞留在细胞质中，因而不能进入核内使凋亡基因转录，减低细胞凋亡效应而促进细胞存活。在哺乳动物和人体中，FOXO家族有4种不同的转录因子，其作用既可激活基因表达，也可抑制基因表达，受不同成员调控的基因参与诸如细胞凋亡、肝糖异生、细胞周期和细胞应激反应等多种生理过程。
(2)PI3K-PKB信号通路的另一个重要生物学作用
是促进胰岛素刺激的葡萄糖摄取与储存。在没有胰岛素存在的情况下，细胞内糖原合酶激酶3(GSK3)是活化的，可将糖原合酶(GS)磷酸化致使失去活性；在有胰岛素刺激的情况下，也可启动PI3K-PKB信号途径，结果活化的PKB使GSK3的N端一个Ser残基磷酸化而变成无活性形式，从而解除对GS的抑制，促进糖原的合成。此外，在肌细胞和脂肪细胞，活化的PKB还能诱发胰岛素依赖性葡糖转运蛋白4( (glucose transporter 4，lut4)从细胞内膜转移到细胞表面，促进细胞对葡萄糖的摄取。通过增强糖原合成和促进葡萄糖摄取而使血糖降低。
此外，越来越多的证据表明，在细胞内蛋白质分选或内吞/内化过程中，PI3K是重要的调节因子。活化的PI3K可导致高尔基体TGN或质膜局部区域产生高水平的PI(3，4，5)P3，从而接头蛋白(AP1或AP2)能在这里与膜蛋白中的内吞信号(YXXΦ基序)发生相互作用，进而结合网格蛋白形成包被膜泡，然后发生特定的蛋白质分选或内吞作用。
(五)TGFβ受体及其TGFβ-Smad信号通路
转化生长因子β( (transforming growth factorβ，TG)是由多种动物细胞合成与分泌，以非活性形式储存在细胞胞外基质中的信号分子超家族，编码基因于985年克隆。无活性的分泌前体需经蛋白酶水解作用形成以二硫键连接的同源或异源二聚体，即成熟的活化形式。人类TGFβ超家族由TGF1、TGFβ2、TGFβ3三种异构体组成，已发现近40种。TGFβ超家族是类作用广泛、具有多种功能的生长因子，不同的细胞类型或同一细胞处于不同状态也会引起不同的细胞反应。TGFβ不仅会影响细胞的增殖、分化，而且在创伤愈合细胞外基质的形成、胚胎发育、组织分化、骨的重建免疫调节以及神经系统的发育中都有重要作用。
TGFβ超家族成员都是通过细胞表面酶联受体而发挥作用的。根据标记的TGFβ与细胞表面受体结合复合物的电泳检测分析，发现三种分子质量分别为55、85和280kDa的多肽，分别称之RI、RⅡ和RⅢ受体。其中最为丰富RⅢ受体是质膜上的蛋白聚糖( proteoglycan，也称 -glycan)，负责结合并富集成熟的TGF，对信号传递起促进作用；RI和RⅡ受体是二聚体跨膜蛋白，直接参与信号传递，其胞质侧结构域具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，所以TGFβ受体在本质上是受体Ser/Thr激酶。RⅡ是组成型活化激酶，在没有TGF结合情况下也可催化自身磷酸化Ser/Thr残基。当细胞外TGβ与RⅢ受体结合后(图11-34，1a)，RⅢ将TGFβ递交给RⅡ受体；在另些细胞，TGF可以与RⅡ受体直接结合(图11-34，1b)。与TGFβ结合的RⅡ受体募集并磷酸化RI受体胞内段Ser/Thr残基，从而解除其激酶活性的抑制状态，使RI受体被激活。
尽管TGFβ可以诱发复杂而多样的细胞反应，但TGFβ受体所介导的信号转导通路却又相对简单而且基本相同，即一旦受体与配体结合形成复合物后便被激活，那么受体的激酶活性就能在细胞质内直接磷酸化并激活特殊类型的转录因子Smad，进入核内调节基因表达，故称“TGFβ-Smad信号通路”(图11-34)。
在TGF-Smad信号通路中，Smad蛋白最初在线虫和果蝇发现，分别是Sma和Mad，而后在爪蟾、小鼠和人类中又发现其相关蛋白质，故以Sma和Mad的缩写Smad家族命名这类基因转录调控蛋白。现已知有三种Smad转录因子起调控作用，包括受体调节的R-Smad(smad2、Smad3)、辅助性Smad(co-smad，Smad4)和抑制性或拮抗性I-Smad( (importin-β)，三种Smad在信号通路中分别发挥不同作用。R-Smad是RI受体激酶的直接作用底物，含有MH1和MH2两个结构域，中间为可弯曲的连接区，位于N端的MH1结构域含有特异性DNA结合区，同时也包含核定位信号(NLS)序列，MH2结构域与活化受体结合、R-Smad蛋白磷酸化以及R-Smad蛋白分子的寡聚化有关，并具有潜在转录激活功能。当R-Smad未被磷酸化而处于非活化状态时，NLS被掩盖，此时MH1和MH2结构域便不能与DNA或co-Smad(smad4)相结合。当R受体被激活后，将R-Smad近C端的丝氨酸残基磷酸化并导致构象改变使NLS暴露，两个磷酸化的R-Smad与o-mad和 I Importin-结合形成大的细胞质复合物(其中 importin-与NS结合)，并引导进入细胞核。在核
内Ran-P作用下 importin-与LS解离，Smad2/
Smad4或Smad/mad4复合物再与其他核内转录因子(TFE3)结合，激活特定靶基因的转录。例如，经TGF-Smad信号通路激活的p15蛋白的表达，可在G1期阻断细胞周期，从而抑制细胞增殖。又如Smad2/Smad4或Smad3/smad4复合物也可阻遏c-Myc基因的转录，从而减少许多受Myc转录因子调控的促进细胞增殖基因的表达，对细胞增殖起负调控作用。因而TGFβ信号的缺失会导致细胞的异常增殖和癌变。现已发现，许多人类肿瘤或者含有TGFβ受体的失活突变，或者Smad蛋白的突变，因而对TGFβ引起的生长抑制是拮抗的。
在核内R-Smad发生去磷酸化，结果R-Smad/co-Smad复合物解离，又从核内输出进入细胞质。由于Smad持续的核质穿梭，所以细胞核中活化的Smad浓度可以很好地反映细胞表面活化的TGFβ受体的水平、其他调控基因表达的细胞表面受体及其介导的信号转导通路按其信号通路的组成和调控机制不同，可将这类受体分作两类：一类是Wnt受体和 Hedgehog受体介导的信号通路；另一类是NFkB和 Notch两种信号通路涉及到抑制物或受体本身的蛋白切割作用，从而释放活化的转录因子，再转位到核内调控基因表达。
(一)Wnt受体和 Hedgehog受体介导的信号通路
Wnt受体和 Hedgehog受体具有与7次跨膜与GPCR相似的结构，但并不激活G蛋白；两种受体在细胞处于“静息”状态下，两条相关的信号通路中其关键转录因子被泛素化修饰，进而被蛋白酶体识别和切割降解，表现为失活状态；信号通路的激活涉及大的胞质蛋白复合物的解体(去装配)、泛素化的抑制和活性转录因子的释放，再转位到核内调控基因表达。
1.nt-- -catenin(β-联蛋白)信号通路
Wnt是一组富含半胱氨酸的分泌性糖蛋白，作为局域性信号分子，广泛存在于各种动物多种组织中。小鼠Wntl基因是最先发现的脊椎动物Wnt基因，由于某些乳腺癌的发生与它的过度表达有关，所以Wnt基因倍受关注，仅在人类中所发现的Wnt蛋白家族成员已多达19个。Wnt来源于 wingless和int的融合词， wingless是果蝇中与蝇翅发育缺陷相关的基因，int是小鼠中反转录病毒的整合位点。β- catenin是哺乳类中与果蝇Arm蛋白同源的转录调控蛋白，它在胞质中的稳定及其在核内的累积是Wnt信号通路中的关键事件，起中心作用。由于Wnt信号可以引发转录因子β- -catenin从胞质蛋白复合物中释放出来，调控基因表达，所以Wnt信号通路又称Wnt-- -catenin信号通路，该信号转导通路十分保守，从低等生物线虫到高等生物哺乳类，其组成具有同源性。
该信号通路的膜受体， Fizzled(Fz)是与GPCR相似的7次跨膜细胞表面受体，直接与Wnt结合；另一个辅助性受体( (co-receptor))rp6(ld receptor-related protein.，P)，一次跨膜，以Wnt信号依赖的方式与 Frzzled结合。编码Wnt、Fz或LRP的基因的突变都会影响胚胎的发育。
在细胞内Wnt信号转导中，多功能的 -catenin起核心作用，它既是转录激活蛋白，又是膜骨架连接蛋白。此外，还有其他胞质调节蛋白参与其中，包括：糖原合酶激酶3(s3) Dishevelled(dsh)、APC( adenomatous polyposis coli，人类重要的抑癌基因产物)支架蛋白(Axin)、T细胞因子( T cell factor，TCF)等。Wnt-- -catenIn信号通路如图11-35所示：在细胞缺乏Wnt信号时，β -catenin结合在由Axin介导形成的胞质复合物上，并被复合物中GSK3磷酸化，磷酸化的β- catenin发生泛素化后被蛋白酶体识别和降解，因而细胞质中β- catenin的水平很低，核内受Wnt信号调控的靶基因处于转录的抑制状态。在细胞外存在较高水平的Wnt信号时，支架蛋白Axin与辅助受体LRP的胞质结构域结合，导致含有GK3和β- -catenin的胞质蛋白复合物解离，从而防止β catenin被GK3磷酸化，使- -catenin在细胞质中维持稳定。在细胞质中维持由Wnt诱导的β catenin的稳定还需要与受体Fz胞质结构域结合的Dsh蛋白。自由的- catenin转位到核内，与核内转录因子TCF结合，调控特殊靶基因的表达。
Wnt-- catenin信号通路是胚胎发育中最重要的调控途径之一，对多细胞生物体轴的形成和分化、组织器官建成、组织干细胞的更新与分化等至关重要。Wnt信号通路的异常活化导致或参与多种人类疾病的发生发展，如肿瘤发生、神经系统退行性疾病(如阿尔茨海默病)等。
2. Hedgehog受体介导的信号通路
Hedgehog(Hh)是一种由信号细胞所分泌的局域性蛋白质信号分子，作用范围很小，一般不超过20个细胞。 Hedgehog信号通路，在脊椎和无脊椎动物的诸多发育过程中，控制细胞命运、增殖与分化，该信号通路被异常激活时，会引起肿瘤的发生与发展。该信号蛋白诱导不同的细胞命运依赖于Hh信号分子的浓度。和其他形态生成素( morphogen)一样，它的产生在时间与空间上受到严格控制。 Hedgehog在细胞内是以前体( precursor，)形式合成与分泌的，在细胞外发生自我催化性降解，然后在N端不同氨基酸残基位点发生胆固醇化和软脂酰化( ( palmitoylation)修饰，从而制约其扩散并增加其与质膜的亲和性。
Hedgehog受体有三种跨膜蛋白： Patched(tc)
Smoothened(smo)和iog，介导细胞对Hh信号的应答反应。Ptc和Smo具有接受和转导Hh信号的功能，膜蛋白Hog可能作为辅助性受体参与Ptc与Hh信号的结合。在缺乏Hh信号情况下，Ptc主要存在于质膜上以尚未明确的机制，保持Smo处于失活状态并使之隔离在细胞内膜泡上。在有Hh信号存在的情况下，iHog蛋白辅助Hh信号与Ptc结合，抑制Ptc的活性并诱发其内吞作用被溶酶体消化，同时Smo受体蛋白被磷酸化并转位到细胞表面向下游传递信号。和Wnt信号一样， Hedgehog信号通路也涉及在胞质中多种调节蛋白复合物的装配及复合物的解离，从而释放转录因子。这些调节蛋白包括：丝氨酸/苏氨酸激酶 Fused(u)、驱动蛋白相关的马达蛋白 Costal-2(Cos2)、转录因子Ci( Cubits interruptus，锌指蛋白)以及有关激酶—蛋白激酶A(PKA)、糖原合酶激酶3(GSK3)、酪蛋白激酶1 (casein kinase 1， CK1)
基于在果蝇中大量的研究， Hedgehog信号通路的基本模型如图11-36所示：在缺乏Hh信号情况下(图11-36A)，受体Ptc蛋白抑制胞内膜泡上的Smo蛋白，胞质调节蛋白形成复合物并与微管结合，在复合物中关键的转录因子Ci被各种激酶磷酸化，磷酸化的Ci在泛素/蛋白酶体相关的Fbox蛋白 Slimb的作用下水解形成Ci75片段，作为Hh应答基因的阻遏物发挥作用，进入核内抑制靶基因表达。在有Hh存在情况下(图1136B)，Hh与Ptc结合抑制Ptc活性，引发Ptc内化并被消化，从而解除对Smo的抑制，然后Smo通过膜泡融合移位到质膜，并被CK1和PKA两种激酶磷酸化，与Smo结合的Cos2和Fu蛋白超磷酸化，致使Fu/Cos2/C复合物从微管上解离下来，从而形成稳定形式的Ci，进入核内并与CREB结合蛋白(CBP)结合，作为靶基因的转录激活子而发挥作用。
(二)NFkB和 Notch信号通路
按其信号通路的组成和调控机制，NFB和 Notch两种信号通路虽然在生物学功能上也是以调控基因表达，影响细胞长时程(慢反应)活动诸如细胞命运、增殖与分化等方面；但在信号转导机制上涉及到NFKB的抑制物(I)或受体本身( Notch受体)的蛋白质切割降解作用，从而释放活化的转录因子，再转位到核内调控基因表达，因此信号调节通路是不可逆的过程。
1.fB信号通路
NF最初是R.Sen和D. Baltimore于1986年在B细胞中发现的一种核转录因子，能特异性结合免疫球蛋白κ轻链基因的上游增强子序列并激活基因转录。此后发现它广泛存在于几乎所有真核细胞，故而命名。NFKB信号通路可调控多种参与炎症反应的细胞因子(如1、IL6、TNFa)、黏附因子和蛋白酶类基因的转录过程，以应答细胞对多种胞外信号刺激，包括病毒侵染、细菌和真菌感染、肿瘤坏死因子、白细胞介素等细胞因子，甚至离子辐射，产生的免疫、炎症和应激反应，并影响细胞增殖、分化及发育。
NFB蛋白家族包括五个含有 Rel homology domain(rd)的蛋白，即RelA、RelB、c-Rel、p50和p52，它们之间分别形成同源或异源二聚体，在“静息”状态下存在于细胞质中，在N端共享一个同源区，以确保其二聚化并与DNA结合，核定位信号(NLS)也位于此同源区。
如图11-37所示，在细胞处于“静息”状态下NFKB在细胞质中与一种抑制物IB结合，处于非活化状态，同源区的NLS也因抑制物的结合被掩盖。当细胞受到外界信号刺激时，胞质中IB激酶复合物( KB kinase/y)被激活并磷酸化IB抑制物N端两个丝氨酸残基(步骤1、2)。E3泛素连接酶快速识别IB的磷酸化丝氨酸残基并使IB发生多聚泛素化，进而导致IB被泛素依赖性蛋白酶体降解(步骤3、4)。IB的降解使NFKB解除束缚并暴露NLS，然后NFKB转位进入核内激活靶基因的转录(步骤5、6)。
在多种免疫系统细胞中，受NFKB激活转录的基因有150多种，包括编码细胞因子和趋化因子 (chemokine)的基因，在炎症反应中NFKB能促进中性粒细胞受体蛋白的表达以利细胞迁移，以及在应对细菌感染时刺激可诱导的一氧化氮合酶(NOS)的表达。NFKB信号通路除了在免疫和炎症反应中的作用之外在哺乳动物的发育中也起关键作用，NFB对发育中的肝细胞的存活是必须的。实验表明，如果小鼠胚胎不能表达IB激酶的一种亚基，那么在妊娠中期即发生天折，原因是发育中的肝细胞过度凋亡。
NFKB信号的终止是负向调节的关键，其中活化的NFB除激活靶基因转录外，还能激活IB基因的表达，新合成的IB与核中NFB结合，然后NFKBB复合物返回细胞质，抑制NFKB的活性。
2. Notch信号通路
Notch信号通路是一种细胞间接触依赖性的通信方式。信号分子及其受体均是膜整合蛋白。信号转导的启动依赖于信号细胞的信号蛋白与相邻应答细胞的受体蛋白的相互作用，信号激活的受体发生两次切割，释放转录因子，调节应答细胞的分化方向，决定细胞的发育命运。
Notch受体蛋白是由 Notch基因编码的膜蛋白受体家族，从无脊椎动物到人类广泛表达，在结构上具有高度保守性。 Notch受体蛋白的胞外区包含多个EGF样的重复序列及其与配体的结合位点；胞内区含多种功能序列，是 Notch受体蛋白完成信号转导的关键区域。 Notch的配体又称Ds(其名源于果蝇 Notch配体 Delta、 Serrate和线虫Lag2的首字母缩写)。
如图11-38所示， Notch蛋白首先以单体膜蛋白形式在内质网合成，然后转运至高尔基体，在反面网状区被蛋白酶切割，产生一个胞外亚基和一个跨膜一胞质亚基；在没有与其他细胞的配体相互作用时，两个亚基彼此以非共价键结合(步骤1)。随着与相邻信号细胞的配体( Delta)的结合，应答细胞的 Notch蛋白便发生两次蛋白切割过程： Notch蛋白首先被结合在膜上的基质金属蛋白酶( matrix metalloprotease)AdAM(源于 a disintegrin and metalloprotese首字母缩写)切割，然后释放出 Notch的胞外片段(步骤2)；第二次切割发生在 Notch蛋白疏水的跨膜区，由4个蛋白亚基组成的跨膜复合物γ分泌酶(y- -secretase)负责催化完成，切割后释放 Notch蛋白的胞质片段(步骤3)；该胞质片段是 Notch的活性形式，它立即转位到核内与其他转录因子协同作用，调节靶基因的表达，从而影响发育过程中细胞命运的决定(步骤4)。
