（一）PTK-Ras-MAPK信号转导通路
1．Ras的作用 Ras是小分子G蛋白家族的成员之一，是PTK介导的信号转导通路中的一个关键组分，参与调控细胞生长、增殖，影响细胞分化、形态发生和凋亡。活化的PTK信号跨膜传递到Ras蛋白，通过丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）的级联反应传送到细胞核。
2．MAPK的作用 MAPK是一组丝／苏氨酸蛋白激酶，可经膜受体转换并传递细胞因子、生长因子、神经递质、激素、细胞应激及细胞黏附等的信号，并将其带入细胞核内。所有真核细胞都能表达MAPK，其通路的基本组成包括MAPKKK（MAPK kinase kinase）、MAPKK（MAPK kinase）和MAPK，这三级能依次激活，共同调节细胞的生长、分化、分裂、对环境的应激适应、炎症反应等多种重要的细胞生理／病理过程。MAPK家族种类繁多，主要有细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、c-JNK氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）／应激激活蛋白激酶（stress-activated protein kinase，SAPK）和p38 MAPK3个亚家族，它们上游的MAPKK和MAPKKK都不同。ERK可分为ERK1、ERK2和ERK3，大部分底物是能调控细胞周期和细胞分化的蛋白质。ERK1和ERK2是脯氨酸依赖的丝／苏氨酸蛋白激酶，优先催化底物中Pro-X-Ser／Thr或Ser／Thr-Pro序列磷酸化。细胞未受刺激时，MAPK处于静止状态。在细胞受到刺激后，MAPK接受上游分子MAPKK和MAPKKK的活化信号而激活，表现为逐级磷酸化。MAPK家族成员的活化需要分子中一个Thr-X-Tyr模体中的Thr和Tyr残基同时磷酸化，这两个残基的磷酸化由MAPKK单独完成。因此，MAPKKK和MAPK属于蛋白丝氨酸／苏氨酸激酶。MAPKK是同时具有磷酸化丝氨酸／苏氨酸和酪氨酸的双功能激酶。
3．转导信号的主要过程 PTK-Ras-MAPK系统转导信号的主要过程如下。
（1）受体活化：当配体与受体的胞外区结合后，相邻受体二聚化，构象改变，PTK活性增强，胞内区的酪氨酸残基在激酶作用下自身磷酸化，产生了可被SH2结构域识别和结合的位点。
（2）活化的受体识别含有SH2结构域的接头蛋白：接头蛋白GRB2有1个SH2结构域和2个SH3结构域。它一边通过其SH2结构域识别并结合到活化PTK的磷酸化酪氨酸残基上，一边通过SH3结构域识别并结合下游的信号蛋白——鸟苷酸交换因子SOS，形成GRB2-SOS复合物，经核苷酸交换，将信号传递到Ras。
（3）在SOS的作用下激活Ras蛋白：GRB2通过N-末端的SH2结构域将GRB2-SOS复合物与受体连接，并将其转移至细胞膜上，募集SOS，提高SOS在细胞膜上的局部浓度。SOS发挥其核苷酸转移酶的活性，激活下游Ras蛋白。
（4）启动MAPK级联反应：活化的Ras作用于其下游分子Raf（属于MAPKKK），Raf作用于MEK（属于MAPKK），磷酸化的MEK再作用于ERK（属于MAPK）。
（5）MAPK介导生物学效应：MAPK可调节花生四烯酸的代谢和细胞微管形成；催化细胞核内多种反式作用因子（如转录因子）磷酸化，开关基因转录等（图12-17）。
图12-17 PTK-Ras-MAPK信号转导通路
1．GTP取代GOP后，Ras被激活；2．活化的Ras募集、结合并激活Raf；3．GTP水解导致Ras与Raf分离；4．Raf活化MEK；5．MEK活化MAPK；6．激活许多转录因子
（二）JAKs-STAT信号转导通路
干扰素、白细胞介素-2、白细胞介素-3等细胞因子受体缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但能通过与之相结合的蛋白酪氨酸激酶JAKs（Janus kinase）传递信息。JAKs再通过激活下游的信号转导子和转录激活子（signal transductor and activator of transcription，STAT）最终影响基因转录，此途径称为JAKs-STAT信号转导通路。
1．JAK的家族成员、结构域及其作用 JAK是Firmback-Kraft在1990年发现的，也是一类酪氨酸蛋白激酶。1994年正式命名为JAKs家族，目前已发现5种JAK，分别是JAK1、JAK2、JAK3、JAK4和TYK2。该家族无跨膜结构域和Src同源结构域（SH2、SH3、PH结构域），但有7个JH（Janus homology）结构域（图12-18）。其中JH1和JH2为所有PTK所共有，羧基端的JH1为催化结构域，JH2为激酶相关结构域，是保守基团，功能不清。JH3、JH4为完全保守序列，JH6和JH7有1个保守氨基酸。JH3～JH7功能不详，可能与细胞因子受体结合有关。
图12-18 JAKs的结构
2．STAT的家族成员、结构域及其主要作用 STAT是一种核内转录因子，由750～850个氨基酸残基组成，在静息细胞中存在于胞质。
（1）家族成员：目前已发现6种STAT，包括STAT1α／β、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6。
（2）结构域：STAT在结构上主要由N-末端结构域（ND）、卷曲螺旋结构域、DNA结合结构域、接头结构域（LD）、SH2结构域及C-末端的转录活性功能结构域（transcription activation domain，TAD）组成（图12-19）。N-末端结构域是STAT二聚化和STAT二聚体相互作用结构域。卷曲螺旋结构域是STAT与其他已结合在靶启动区或溶液中的转录因子相互作用的部位。DNA结合结构域位于400～500氨基酸残基之间，LD结构域参与转录。SH2结构域位于600～700氨基酸残基之间，具有高度的保守性，对于STAT的活化和功能有其重要作用。
图12-19 STAT的结构
（3）主要作用：①使STAT蛋白与酪氨酸已被磷酸化的受体亚基结合；②已与受体结合的STAT的Tyr残基被JAK磷酸化后，通过SH2结构域产生二聚体；③对STAT与活化的JAK结合有重要作用。TAD上存在丝氨酸磷酸化位点，保守性极差。
3．生理功能 JAKs-STAT信号转导通路是在研究干扰素信号传递过程中最先发现的（图12-20）。
（1）当配体与受体结合后，受体二聚化，增加了与JAK的亲和力，使受体亚基上JAK相互靠近并进一步活化。同时，JAK也使受体上Tyr残基磷酸化，吸引有SH2结构域的STAT与之结合，并催化STAT的Tyr701磷酸化，Tyr701磷酸化是STAT入核的必要条件。磷酸化的STAT与受体亲和力降低并与之解离，形成二聚体或与其他蛋白形成复合物进入细胞核，结合于启动子相关序列，作为转录因子调节相关基因表达，改变靶细胞的增殖和分化。
（2）不同的受体偶联不同的JAK家族成员，使该途径传递的信号具有多样性和灵活性。如红细胞生成素（erythropoietin，EPO）受体、生长激素（growth hormone，GH）受体、催乳素（prolactin，PRL）受体和粒细胞集落刺激因子（granulocyte-colony stimulating factor，G-CSF）受体能与JAK2结合，干扰素α、β与JAK1和TYK2结合，干扰素γ则与JAK1和JAK2结合。1994年关于血管紧张素Ⅱ可活化STAT1的报道，首次证明G蛋白偶联的受体也可引起该通路的激活，从而扩大了JAKs-STAT信号转导通路在多种信号分子、多种受体结构传递信息过程中存在的可能性。
（三）NF-κB信号转导通路
核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）几乎存在于所有细胞中，是真核细胞的转录因子。1986年首先发现它是B细胞中免疫球蛋白kappa轻链转录所需要的核转录因子，后被证实广泛参与机体防御反应、组织损伤和应激、细胞分化和凋亡及肿瘤生长抑制等过程。肿瘤坏死因子受体（TNF-R）、白细胞介素-1受体等促炎细胞因子受体家族主要通过NF-κB信号转导通路介导信号。
图12-20 JAKs-STAT信号转导通路
NF-κB由p50和p65两个亚单位组合成同源或异源二聚体，即p50-p50、p65-p65和p50-p65，在体内发挥生理功能的主要是p50-p65二聚体。NF-κB结构内包括DNA结合区、蛋白质二聚化区和核定位信号。静止状态下，NF-κB在胞质内与NF-κB抑制蛋白（inhibitor of NF-κB，IκB）结合成无活性的复合物。当TNFα作用于相应受体后，通过第二信使神经酰胺（Cer）等激活系统，而病毒感染、脂多糖、活性氧中间体、佛波酯、双链RNA以及活化的PKA和PKC等通过IκB的磷酸化使其从NF-κB脱落，直接激活NF-κB。活化的NF-κB转位进入细胞核，与NF-κB结合增强元件特异性结合，影响多种细胞因子、黏附因子、免疫受体、急性时相蛋白和应激反应蛋白基因的转录（图12-21）。
用氧化物刺激肺组织后，肺部炎症细胞浸润，同时内皮细胞核内NF-κB迅速增加，低血容量休克可诱导肺组织NF-κB激活，流感病毒等刺激呼吸道上皮细胞后可激活NF-κB，哮喘患者气道中NF-κB激活增加，可造成细胞因子网络失衡及某些细胞因子和黏附因子高表达。如果阻断NF-κB激活则可改善肺部炎症反应。
（四）TGF-β信号转导通路
1．转化生长因子（transforming growth factor，TGF）超家族 可分为多个亚家族，包括TGF-β／activin家族、BMP（bone morphogenetic protein）／GDF（growth and differentiation factor）／MIS（muellerian inhibiting substance）家族。参与细胞的增殖、分化、迁移和凋亡等多种反应。TGF-β超家族受体分为2个亚族，即TβRⅠ和TβRⅡ。其特征是自身具有蛋白丝氨酸／苏氨酸激酶催化结构域。
图12-21 NF-κB信号转导通路
2．主要生理功能
（1）Smad家族是最早被证实的TβR激酶的底物，其命名来自于果蝇的Mother against dpp（Mad）和线虫的Smad基因。高等生物中至少有9种不同的Smad蛋白，选择性地与两种TβR结合，发挥不同的功能。Smad蛋白有两个保守结构域，N-末端的MH1（Mad Homology）区和C-末端的MH2区。这两个保守结构域为球形结构，在静息状态时相互抑制，活化后与核内一些调节蛋白相互作用，调节转录。MH1区有一个富含赖氨酸的H2螺旋、β发夹结构及锌指结合区。H2螺旋是Smad1和Smad3的核定位信号（nuclear localization sequence，NLS）。β发夹突出表面，能与DNA双螺旋表面的大沟结合。所有Smad蛋白的MH2区高度保守，未磷酸化的Smad蛋白MH2区C-末端是SSXS模体，其中的两个丝氨酸残基磷酸化后能使Smad蛋白激活，在受体作用下能形成同源或异源二聚体。MH1区和MH2区之间是连接区，含有多个磷酸化位点，能与其他信号转导通路发生交互作用。另外，MAPK能使某些Smad的连接区磷酸化，抑制其向核内转移和积聚。
（2）TGF-β是一种分泌型多功能多肽，许多疾病包括癌症都涉及TGF-β调节过程的异常。当TGF-β结合跨膜受体时，与TGF-βⅠ、Ⅱ受体形成异源三聚体，TβRⅡ通过磷酸化TβRⅠ的GS区而激活TβRⅠ，TβRⅠ再磷酸化并激活Smad蛋白，后者进入细胞核，和其他核内转录调节因子结合，调节目的基因的转录（图12-22）。
图12-22 TGF-β信号转导通路
TGF-β信号转导通路与JAKs-STAT信号转导通路具有一定的相似性。在这两种通路中，胞质转录因子通过磷酸化反应被激活，从而以低聚体复合物形式转移到细胞核内与DNA作用。另外，从胞外信号产生至达到转录水平的间隔都很短。
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