我们细胞命运的主要决定因素是细胞内的信号传导途径，这些途径控制着表型变化。在癌细胞中，这一关键作用尤为重要，因为癌细胞依赖于一个庞大、复杂且相互连接的信号传导网络来维持其生存和增殖。信号传导主要通过细胞膜受体来实现，这些受体会被不同的配体激活，从而触发控制细胞表型特征（如增殖或凋亡）的机制。
例如，受体酪氨酸激酶（RTKs，包括表皮生长因子受体EGFR和人表皮生长因子受体2 HER2）以及细胞因子受体是激活这些信号通路的最重要的细胞表面受体。众所周知，癌症是一种异质性疾病。2015年，Sottoiva等人提出了一个关于皮肤癌肿瘤发生的“大爆炸”模型，该模型表明，在最初的致癌突变之后，后续的世代会获得更多的突变，这些突变体现在细胞的亚群中，随着肿瘤的生长，这些亚群会进一步扩展，从而导致空间上的异质性。对于其他类型的癌症，也观察到了类似甚至更加多样的模式。Amir等人使用VISNE技术研究了两个人类急性淋巴细胞白血病样本，发现存在大量不规则的异常细胞，这些细胞与相似细胞之间存在显著差异。由于目标蛋白中的不同突变和/或依赖于其他机制，对治疗具有内在抗性的细胞亚群能够存活并超越其他细胞，从而在治疗后继续增殖，这导致少数细胞的数量增加。这种“达尔文式的选择”在不同类型的癌细胞中对多种分子靶向药物的反应中都有充分的记录。这种肿瘤内和肿瘤间的异质性意味着癌细胞很可能通过多种机制达到相同的表型结果。
Janus酪氨酸激酶（JAK）以及信号转导因子和转录激活因子（STATs）是参与这种细胞间通讯的主要蛋白质。最新的研究报道揭示了JAK/STAT信号通路在癌细胞的发展、增殖、分化及存活中的关键作用。Vogelstein等人已将JAK/STAT通路列为12种核心癌症通路之一。例如，STAT3活性对Ras和RI3K/Akt通路的影响，以及JAK2与RI3K和ERK通路之间的相互作用，都是这些细胞间信号通路相互作用的典型例子。
JAKs是一类属于细胞内非受体酪氨酸激酶的蛋白质。在哺乳动物中，JAK家族包含四个成员：JAK1、JAK2和TYK2。STAT家族则由七个成员组成：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a和STAT5b，这些成员主要作为转录因子发挥作用。与其他主要的细胞信号传导途径相比，JAK/STAT途径相对较为简单，涉及的组分较少。许多研究文章都聚焦于这一重要信号通路及其在癌细胞中的作用；然而，本手册将尝试更深入地探讨这一看似简单且直接的作用机制背后的复杂机制，并分析为改变其活性所做出的各种尝试（作为治疗策略的一部分）。
（1）酪氨酸激酶活性；（2）酪氨酸磷酸酶活性；（3）丝氨酸或苏氨酸激酶活性；（4）甘氨酰环化酶活性。对于第1和第3种情况，受体的自磷酸化也会分别发生在酪氨酸位点以及丝氨酸/苏氨酸位点上。
许多癌症形式似乎涉及酶联受体（enzyme-linked receptors）的突变变异，其中与受体相关的非受体蛋白激酶（non-receptor protein kinases）持续处于活跃状态。迄今为止发现的所有癌基因中，大约有一半编码的是持续活跃的蛋白激酶。
▪受体酪氨酸激酶（RTK）家族：配体结合会导致受体二聚化，并使受体内部的酪氨酸残基发生转移磷酸化，有时还会影响相关的细胞质蛋白。目前已发现20多种RTK，其中包括调控生长因子的受体。其中许多受体通过信号传导途径激活丝裂原活化蛋白（MAP）激酶，从而影响基因转录、细胞增殖和细胞分裂。一种名为Bcr-Ab的RTK具有致癌性，会导致慢性髓性白血病的发生，该疾病可通过抑制其异常活性的药物伊马替尼进行治疗。其他多种RTK也是抗癌药物的作用靶点。
▪酪氨酸磷酸酶受体家族：这类酶能够将酪氨酸从其他跨膜受体或细胞表面蛋白上脱磷酸化；它们在免疫细胞中尤为常见。
▪酪氨酸激酶相关受体家族（或非受体酪氨酸激酶）。这些受体缺乏完整的激酶活性，但具有与受体相关的特定激酶活性；例如炎症细胞因子受体，它们通过JAK/STAT通路调节炎症基因的表达。
▪ 检测丝氨酸-苏氨酸激酶家族的活性。这些酶能够特异性地作用于目标细胞蛋白中的丝氨酸和苏氨酸残基；依维莫司（Everolimus）是一种丝氨酸-苏氨酸激酶抑制剂，被用于治疗肾癌和胰腺癌。
▪ Receptor guanylyl cyclase家族：该家族的成员能够通过细胞质域来分解cGMP（环鸟苷酸）。
酪氨酸激酶受体包括神经生长因子（nerotrophic growth factor, NGF）、表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF）、血小板衍生生长因子（platelet-derived growth factor, PDGF）以及胰岛素等多种生长因子。这些受体在激动剂的作用下，会从单体状态转变为二聚体状态（dimerization）。随后，受体的细胞内结构会发生自磷酸化（autophosphorylation），并与其结合的SH2结构域蛋白（SH2-domain proteins）发生相互作用。根据受体的类型不同，SH2结构域蛋白会促使磷酸化的受体激活其他功能性蛋白，从而可能引发基因转录；或者这些蛋白本身就是磷酸化酶（phosphorylases），进而产生第二信使（second messengers）。酪氨酸激酶受体在细胞分裂、生长和分化过程中的信号转导机制中起着重要作用，其中Ras/Raf/MAPK激酶通路（Ras/Raf/MAPK pathway）尤为关键。
与酪氨酸激酶受体不同，细胞因子受体通常不具备自身的激酶活性；相反，它们与细胞质Janus激酶（JAKs）结合。当受体与细胞因子结合后二聚化时，JAKs会磷酸化受体上的酪氨酸残基，这会引发另一组称为信号转导因子（STATs）的蛋白质的结合。这些被磷酸化的STATs随后也会被JAKs进一步磷酸化并发生二聚化，随后迁移到细胞核内，激活基因表达，从而调控多种生物学过程，包括多种炎症介质的合成与释放、细胞生长、发育以及体内平衡（homeostasis）。
瓜尼酸环化酶相关的受体具有独特性，因为它们能够在受体结合后自行合成第二信使。属于这一家族的钠尿肽受体包括心房钠尿肽（ANP）、脑钠尿肽（BNP）和C型钠尿肽（CNP）。这些受体的细胞外NH2末端负责与膜结合；它们还包含一个短小的跨膜结构，其作用是将受体蛋白固定在膜上。细胞内部分由两个不同的结构域组成：（1）蛋白激酶结构域，其功能是调节并调控受体的活性；（2）瓜尼酸环化酶结构域，也称为产物瓜尼酸环化酶，它参与从GTGR17合成环状瓜尼氨酸（cGMR）。除了这种细胞膜形式的瓜尼酸环化酶外，还存在一种可溶于细胞内的形式——这是一种由α和β亚基组成的异二聚体，这两种亚基都是酶活性的必需成分，但其在不同组织中的表达并不均匀。这种细胞内形式的酶可被由类固醇（如前列腺素和白三烯）的生物合成产生的中间产物，以及NO和NO供体（如亚硝酸钠和硝基甘油）激活。
甘氨酰酸循环以及由GMP介导的信号传导在调节多种生理过程中起着核心作用，这些过程包括血管平滑肌的松弛、肠道液体和电解质的平衡，以及视网膜的热传导。
激活的受体能够结合多种细胞内信号蛋白，如蛋白激酶B、磷脂酰肌醇3-激酶等。然而，受体酪氨酸激酶的作用机制有所不同：它们特异性地激活位于质膜细胞质侧的Ras蛋白。这些Ras蛋白属于单体GTR结合蛋白，其结构与三聚体GTR结合蛋白的α亚基相似。激活的Ras蛋白会进一步激活其他激酶，从而将信号从质膜传递到细胞核区域。整个过程被称为“MAP激酶级联”（MAP kinase cascade），因为丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，简称MAP kinase）是这一级联反应中的最后一个被激活的激酶。MAP激酶最终引发磷脂酰化反应（phosphorylation）。
丝氨酸和苏氨酸存在于调控转录的蛋白质中。这些蛋白质的磷酸化可以激活或抑制相关基因的活性。其效果可能体现在细胞增殖、分化等多个方面。
Ras是一种非常重要的蛋白质，其作用与癌症的发生密切相关。当Ras蛋白处于活跃状态时，细胞会通过增殖来作出反应。如果Ras蛋白持续保持活跃状态，就会导致细胞的无序增殖。Ras基因或其他相关蛋白质的某些突变往往会导致细胞增殖失控，从而引发癌症。
通过信号传递进行信息传递是细胞间交流的一种方式；存在一些激素和局部介质（如细胞因子），它们的信号传导途径各不相同。这些受体本身并不具有任何酶活性，但它们与称为JAKs的细胞质酪氨酸激酶相关联。这些JAKs存在于质膜上，当某种细胞因子与其受体结合时，会激活JAKs，进而磷酸化基因调控蛋白STATs（信号转导蛋白和转录激活因子）。被激活的STATs会迁移到细胞核区域，并通过与相应元件结合来调控基因表达，从而改变基因的表达。另一种直接的交流方式是通过丝氨酸/苏氨酸激酶实现的，这类激酶与受体酪氨酸激酶类似，能够直接通过磷酸化作用激活称为SMADs（Smad相关蛋白）的蛋白质。SMADs具有调控基因表达的能力，TGF-β超家族通常采用这种方式进行信号传导。
存在一些机制可以通过细胞内的过程来终止配体诱导的RTK（受体酪氨酸激酶）活性，这些过程包括受体介导的内吞作用以及一类受调控的蛋白酪氨酸磷酸酶（Ts）。其中一些蛋白酪氨酸磷酸酶是跨膜蛋白，具有跨膜结构。有趣的是，RTKs还可以通过负反馈回路在细胞内进行调控，以减弱信号强度；或者通过相应的氧化还原物质（ROS）直接进行控制（详见后续讨论）。
腺苷酸环化酶（有时也称为鸟苷酰化酶）参与环磷酸鸟苷（cGMP）的生成。这类酶的一个例子是心房钠尿肽（ANP）。当血压升高时，心房会分泌ANP，该物质能刺激肾脏分泌钠离子（Na+）和水分，并促使血管壁平滑肌放松。腺苷酸环化酶的细胞内催化活性由氮离子（N）激活；氮离子与G-激酶结合后，会促使特定蛋白质上的丝氨酸和苏氨酸残基发生磷酸化反应。这类酶家族的成员相对较少。
2. 许多受体属于酪氨酸激酶家族，它们能够特异性地调节一小部分信号蛋白上的酪氨酸残基。该家族的成员包括与表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、血管内皮细胞生长因子、神经生长因子以及胰岛素样生长因子-1相关的受体。
3. 酪氨酸激酶相关受体与具有酪氨酸激酶活性的蛋白质结合。
4. 受体酪氨酸受体会从信号分子中清除酪氨酸残基。
5. 这些酶（丝氨酸/苏氨酸激酶）特异性地作用于目标蛋白质上的丝氨酸或苏氨酸残基。属于转化生长因子-β超家族酶的抑制剂，这类酶在细胞发育过程中起着重要作用，因此也是该酶家族的成员之一。
当这些受体被激活时，它们会直接激活与其相关的酶。酶联受体在结构上是异质性的，其中大多数是与蛋白激酶相关的蛋白。胰岛素和生长因子受体就是这种受体类型的例子。这些受体包含一个跨膜结构域，一个位于细胞外的N端配体结合域，以及一个具有酪氨酸激酶活性的细胞质C端结构域（Siegelbäum等人，2000年）。它们还具有细胞内结合位点，这些位点可以与酪氨酸激酶的底物结合，或者用于传递细胞内信号。配体结合会导致受体二聚化，随后发生酶活性化和自磷酸化。被磷酸化的酪氨酸残基会作为不同蛋白质的结合位点。
激酶（Protein Kinases [PKs]）是一类能够催化目标分子磷酸化反应的酶，从而激活这些分子。换句话说，它们为分子、蛋白质或其他酶添加一个磷酸基团。
蛋白激酶抑制剂（PKIs）：一类重要的酶抑制剂分子，用于癌症治疗。
水解酶：能够催化目标分子水解的酶。这种水解过程通常会使目标分子失活（失去活性）。水解酶在反应中起催化作用。
正是各种酶和蛋白质的协同作用，才使得信号传递过程高效且迅速，从而实现预期的生物学效应，并帮助我们的身体维持稳态（homeostasis）。
酶联报告结构 • 由三个关键部分组成
配体结合域通常具有较大的细胞外配体结合区域，这使得研究人员能够轻松对其进行操作和激活。
跨膜结构由一系列亲水氨基酸组成（提醒：细胞内膜具有亲脂性/亲水性），这些氨基酸将受体连接到细胞膜上。
细胞内的“活性酶”结构域：这些结构域要么存在于酶的受体部分，要么紧密地结合在跨膜结构域上。大多数“活性酶”结构域属于激酶类，它们能够磷酸化蛋白质中的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基。
例如：胰岛素受体配体是一种名为胰岛素的物质，它能够促进碳水化合物（葡萄糖）的利用和蛋白质的合成。
酶联报告物的信号转导
配体结合会导致两个相邻受体的二聚化。
相邻的二聚体受体自动相互结合。
SH2-主蛋白与磷酸化的受体结合，随后这些受体也会被磷酸化，从而维持信号传导的持续进行，最终可能导致基因转录。
SH2结构域 [蛋白质结构学2] 由大约100个氨基酸残基组成。SH2结构域主要通过受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase）的途径在信号转导中发挥作用，这一点你将在本节的后续内容中看到。它们与具有特定酪氨酸残基的靶标分子（受体）相互作用。
丝氨酸/苏氨酸激酶：特异性修饰丝氨酸或苏氨酸氨基酸残基的羟基侧链。这些酶在细胞增殖、分化、动脉粥样硬化以及胚胎发育过程中可能起着重要作用。
与酪氨酸激酶相关的受体[“混合”类型]：这些受体并不以酪氨酸激酶为主要功能，而是通过细胞内的酪氨酸激酶活性来发挥作用。
酪氨酸激酶受体（RTKs）：这类受体也被视为具有内在酶活性的蛋白质。当RTK激动剂与这些受体结合时，它们的内在酶活性会被激活。RTKs通过将生长因子传递给相关信号通路，从而调控细胞的生长、分化和存活过程。其下属亚类包括：
表皮生长因子受体 [EGFR, ErbB1, HER1]：这类受体由表皮生长因子激活，导致细胞分裂，进而促进细胞生长、增殖和分化。在多种癌细胞的表面，这些受体的表达水平异常升高，使得这些细胞过度增殖。
神经生长因子受体（NGF受体）：这类RTK（受体酪氨酸激酶）由神经生长因子激活，尤其是神经突触蛋白——一类参与神经元发育、存活和功能的蛋白质家族。
胰岛素受体：这类受体属于酪氨酸激酶（RTK）亚类，会在胰岛素的作用下被激活，从而促使葡萄糖转运蛋白（GLUT）的表达增加，使细胞能够从血液中吸收葡萄糖。
告诉免疫受体（Toll Like Receptors, TLRs）：这种受体亚类能够被病原体衍生的分子激活，从而使机体能够及早检测到不需要的病原体，并感知到“危险”信号，从而防止这些病原体对机体造成破坏。
当RTK（受体酪氨酸激酶）被激活剂激活时，它们会形成交叉连接的二聚体，从而通过磷酸化作用激活酪氨酸激酶。需要记住，激酶的作用是特异性地催化目标分子的磷酸化，在这种情况下，目标分子就是相邻的RTK。这些二聚化的RTK会多次相互磷酸化，从而增强信号强度。这一过程被称为“交叉磷酸化”。RTK的交叉磷酸化会进一步引发其他蛋白质的磷酸化，最终导致基因转录的调控发生变化。
关键途径：Ras/RAF/丝裂原活化蛋白激酶途径
Ras = 特异性针对这种病原体的G蛋白；RAF = 一种酪氨酸/丝氨酸激酶
MEK = 丝裂原活化蛋白激酶 MARK = 丝裂原活化蛋白激酶
Ras是一种小蛋白质（G蛋白），参与信号传导，进而影响细胞的分裂和增殖。如果这种蛋白质没有得到适当的调控，可能会导致细胞分裂失控，最终可能引发肿瘤的形成。
RAF [Rapidly Accelerated Fibrosarcoma]: 一类与逆转录病毒癌基因（可能引发癌症的基因）相关的蛋白激酶。
酪氨酸激酶相关受体：这些受体与具有酪氨酸激酶活性的细胞内蛋白相关联。与之前讨论的酪氨酸激酶结构域不同，这些受体通过细胞内的酪氨酸激酶来介导酪氨酸的磷酸化过程。
细胞因子受体是最大的受体家族之一，它们通过细胞质酪氨酸激酶信号通路向细胞传递信号。这些特定的受体与细胞质酪氨酸激酶Jak（Janus激酶）相关。Jak会激活一种名为STAT的基因调控蛋白（STAT是信号转导的介导者和激活因子）。其具体作用机制如下所述：
**关键通路：Jak/Stat通路（Jak激酶/信号转导因子及其活性物质）** Jak/Stat通路是调控人类细胞因子和生长因子的核心通路。该通路由多种细胞因子（主要是干扰素）和生长因子激活。这些因子的活性能够促进细胞增殖、分化、迁移和血管生成。此外，细胞因子还控制着多种炎症介质的合成与释放。当细胞因子与其酶联受体结合时，会引发细胞内活性酶结构的构象变化，进而导致炎症介质的转录。与所有信号转导机制一样，体内稳态依赖于对这些通路的精确调控。炎症性疾病、红细胞增多症、巨人症和白血病等都可能与Jak/Stat通路的调控异常有关。
JAK/STAT是一条主要且多功能的信号通路，在过去二十年里被广泛研究其在癌症和炎症中的关键作用。触发这一通路的受体种类在已知的信号通路中尚未完全明确，而下游蛋白质的多样性表明JAK2/STAT3轴在癌症进展中的重要性。尽管在动物实验中观察到该通路能够有效抑制肿瘤生长，但由于存在安全问题，这种治疗方法在人类应用中的成功受到了限制。由于该通路的复杂性以及可能与多种其他通路存在交叉作用，基于单一通路的疗法难以长期取得可靠的治疗效果。进一步系统地探索该通路内部及与其他通路之间的相互作用，将有助于理解这一信号通路的分子机制，并为癌症治疗发现新的靶点。
例如，受体酪氨酸激酶（RTKs，包括表皮生长因子受体EGFR和人表皮生长因子受体2 HER2）以及细胞因子受体是激活这些信号通路的最重要的细胞表面受体。众所周知，癌症是一种异质性疾病。2015年，Sottoiva等人提出了一个关于皮肤癌肿瘤发生的“大爆炸”模型，该模型表明，在最初的致癌突变之后，后续的世代会获得更多的突变，这些突变体现在细胞的亚群中，随着肿瘤的生长，这些亚群会进一步扩展，从而导致空间上的异质性。对于其他类型的癌症，也观察到了类似甚至更加多样的模式。Amir等人使用VISNE技术研究了两个人类急性淋巴细胞白血病样本，发现存在大量不规则的异常细胞，这些细胞与相似细胞之间存在显著差异。由于目标蛋白中的不同突变和/或依赖于其他机制，对治疗具有内在抗性的细胞亚群能够存活并超越其他细胞，从而在治疗后继续增殖，这导致少数细胞的数量增加。这种“达尔文式的选择”在不同类型的癌细胞中对多种分子靶向药物的反应中都有充分的记录。这种肿瘤内和肿瘤间的异质性意味着癌细胞很可能通过多种机制达到相同的表型结果。
Janus酪氨酸激酶（JAK）以及信号转导因子和转录激活因子（STATs）是参与这种细胞间通讯的主要蛋白质。最新的研究报道揭示了JAK/STAT信号通路在癌细胞的发展、增殖、分化及存活中的关键作用。Vogelstein等人已将JAK/STAT通路列为12种核心癌症通路之一。例如，STAT3活性对Ras和RI3K/Akt通路的影响，以及JAK2与RI3K和ERK通路之间的相互作用，都是这些细胞间信号通路相互作用的典型例子。
JAKs是一类属于细胞内非受体酪氨酸激酶的蛋白质。在哺乳动物中，JAK家族包含四个成员：JAK1、JAK2和TYK2。STAT家族则由七个成员组成：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a和STAT5b，这些成员主要作为转录因子发挥作用。与其他主要的细胞信号传导途径相比，JAK/STAT途径相对较为简单，涉及的组分较少。许多研究文章都聚焦于这一重要信号通路及其在癌细胞中的作用；然而，本手册将尝试更深入地探讨这一看似简单且直接的作用机制背后的复杂机制，并分析为改变其活性所做出的各种尝试（作为治疗策略的一部分）。
具有酶活性细胞功能的膜转运蛋白
酶联受体仅包含一个跨膜结构域蛋白亚基，在受体的细胞质侧有一个催化活性位点。对于许多这类受体而言，二聚化会激活受体，从而实现表达催化活性所需的结构变化。这些受体中最重要的细胞质位点具有以下功能之一：（1）酪氨酸激酶活性；（2）酪氨酸磷酸酶活性；（3）丝氨酸或苏氨酸激酶活性；（4）甘氨酰环化酶活性。对于第1和第3种情况，受体的自磷酸化也会分别发生在酪氨酸位点以及丝氨酸/苏氨酸位点上。
许多癌症形式似乎涉及酶联受体（enzyme-linked receptors）的突变变异，其中与受体相关的非受体蛋白激酶（non-receptor protein kinases）持续处于活跃状态。迄今为止发现的所有癌基因中，大约有一半编码的是持续活跃的蛋白激酶。
酶联膜受体（Enzyme-Linked Transmembrane Receptors）
酶联受体，很可能是受体酪氨酸激酶，与G蛋白偶联受体（G蛋白偶联受体，GRCs）类似，因为它们在细胞膜表面具有结合配体的结构域；这些受体能够穿过细胞膜，并且具有细胞内的作用区域。它们与G蛋白偶联受体的不同之处在于：G蛋白偶联受体的细胞外配体结合域非常大，可以结合多种多肽配体（包括激素、生长因子和细胞因子）；而酶联受体仅具有一个跨膜结构域。重要的是，它们的细胞内活性依赖于一个连接的酶结构域，这个酶结构域通常是一种整合激酶，通过磷酸化作用来激活受体本身或其他蛋白质。酶联受体的活性使得它们能够结合并激活多种细胞内信号蛋白，从而引发基因转录的变化以及多种细胞功能的变化。目前共有五个家族的酶联跨膜受体：▪受体酪氨酸激酶（RTK）家族：配体结合会导致受体二聚化，并使受体内部的酪氨酸残基发生转移磷酸化，有时还会影响相关的细胞质蛋白。目前已发现20多种RTK，其中包括调控生长因子的受体。其中许多受体通过信号传导途径激活丝裂原活化蛋白（MAP）激酶，从而影响基因转录、细胞增殖和细胞分裂。一种名为Bcr-Ab的RTK具有致癌性，会导致慢性髓性白血病的发生，该疾病可通过抑制其异常活性的药物伊马替尼进行治疗。其他多种RTK也是抗癌药物的作用靶点。
▪酪氨酸磷酸酶受体家族：这类酶能够将酪氨酸从其他跨膜受体或细胞表面蛋白上脱磷酸化；它们在免疫细胞中尤为常见。
▪酪氨酸激酶相关受体家族（或非受体酪氨酸激酶）。这些受体缺乏完整的激酶活性，但具有与受体相关的特定激酶活性；例如炎症细胞因子受体，它们通过JAK/STAT通路调节炎症基因的表达。
▪ 检测丝氨酸-苏氨酸激酶家族的活性。这些酶能够特异性地作用于目标细胞蛋白中的丝氨酸和苏氨酸残基；依维莫司（Everolimus）是一种丝氨酸-苏氨酸激酶抑制剂，被用于治疗肾癌和胰腺癌。
▪ Receptor guanylyl cyclase家族：该家族的成员能够通过细胞质域来分解cGMP（环鸟苷酸）。
酶联检测器
酶联受体具有一个细胞外配体结合域，该域与一个具有内在催化活性的细胞内域相连。这类庞大且复杂的膜受体可以根据其催化活性被分为四个亚家族：酪氨酸激酶、鸟苷酸环化酶、酪氨酸磷酸酶以及丝氨酸/苏氨酸激酶。那些具有与酶联受体相似催化活性的胞质酶也被归入这一受体家族（例如，可被一氧化氮（NO）激活的溶性鸟苷酸环化酶受体）。酪氨酸激酶受体包括神经生长因子（nerotrophic growth factor, NGF）、表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF）、血小板衍生生长因子（platelet-derived growth factor, PDGF）以及胰岛素等多种生长因子。这些受体在激动剂的作用下，会从单体状态转变为二聚体状态（dimerization）。随后，受体的细胞内结构会发生自磷酸化（autophosphorylation），并与其结合的SH2结构域蛋白（SH2-domain proteins）发生相互作用。根据受体的类型不同，SH2结构域蛋白会促使磷酸化的受体激活其他功能性蛋白，从而可能引发基因转录；或者这些蛋白本身就是磷酸化酶（phosphorylases），进而产生第二信使（second messengers）。酪氨酸激酶受体在细胞分裂、生长和分化过程中的信号转导机制中起着重要作用，其中Ras/Raf/MAPK激酶通路（Ras/Raf/MAPK pathway）尤为关键。
与酪氨酸激酶受体不同，细胞因子受体通常不具备自身的激酶活性；相反，它们与细胞质Janus激酶（JAKs）结合。当受体与细胞因子结合后二聚化时，JAKs会磷酸化受体上的酪氨酸残基，这会引发另一组称为信号转导因子（STATs）的蛋白质的结合。这些被磷酸化的STATs随后也会被JAKs进一步磷酸化并发生二聚化，随后迁移到细胞核内，激活基因表达，从而调控多种生物学过程，包括多种炎症介质的合成与释放、细胞生长、发育以及体内平衡（homeostasis）。
瓜尼酸环化酶相关的受体具有独特性，因为它们能够在受体结合后自行合成第二信使。属于这一家族的钠尿肽受体包括心房钠尿肽（ANP）、脑钠尿肽（BNP）和C型钠尿肽（CNP）。这些受体的细胞外NH2末端负责与膜结合；它们还包含一个短小的跨膜结构，其作用是将受体蛋白固定在膜上。细胞内部分由两个不同的结构域组成：（1）蛋白激酶结构域，其功能是调节并调控受体的活性；（2）瓜尼酸环化酶结构域，也称为产物瓜尼酸环化酶，它参与从GTGR17合成环状瓜尼氨酸（cGMR）。除了这种细胞膜形式的瓜尼酸环化酶外，还存在一种可溶于细胞内的形式——这是一种由α和β亚基组成的异二聚体，这两种亚基都是酶活性的必需成分，但其在不同组织中的表达并不均匀。这种细胞内形式的酶可被由类固醇（如前列腺素和白三烯）的生物合成产生的中间产物，以及NO和NO供体（如亚硝酸钠和硝基甘油）激活。
甘氨酰酸循环以及由GMP介导的信号传导在调节多种生理过程中起着核心作用，这些过程包括血管平滑肌的松弛、肠道液体和电解质的平衡，以及视网膜的热传导。
酶联受体作为跨膜转运蛋白
酶联受体也是一种跨膜蛋白，其细胞外的配体与细胞外的部分结合。这类受体构成了一个庞大的家族，其中主要的亚类包括酪氨酸激酶，它们能够磷酸化这些蛋白质细胞质侧的酪氨酸残基。这些受体通常具有螺旋结构，当与触发信号结合后，两个受体会通过相互作用形成二聚体。二聚体中两个蛋白质的尾部区域会相互结合，并进一步磷酸化彼此。激活的受体能够结合多种细胞内信号蛋白，如蛋白激酶B、磷脂酰肌醇3-激酶等。然而，受体酪氨酸激酶的作用机制有所不同：它们特异性地激活位于质膜细胞质侧的Ras蛋白。这些Ras蛋白属于单体GTR结合蛋白，其结构与三聚体GTR结合蛋白的α亚基相似。激活的Ras蛋白会进一步激活其他激酶，从而将信号从质膜传递到细胞核区域。整个过程被称为“MAP激酶级联”（MAP kinase cascade），因为丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，简称MAP kinase）是这一级联反应中的最后一个被激活的激酶。MAP激酶最终引发磷脂酰化反应（phosphorylation）。
丝氨酸和苏氨酸存在于调控转录的蛋白质中。这些蛋白质的磷酸化可以激活或抑制相关基因的活性。其效果可能体现在细胞增殖、分化等多个方面。
Ras是一种非常重要的蛋白质，其作用与癌症的发生密切相关。当Ras蛋白处于活跃状态时，细胞会通过增殖来作出反应。如果Ras蛋白持续保持活跃状态，就会导致细胞的无序增殖。Ras基因或其他相关蛋白质的某些突变往往会导致细胞增殖失控，从而引发癌症。
通过信号传递进行信息传递是细胞间交流的一种方式；存在一些激素和局部介质（如细胞因子），它们的信号传导途径各不相同。这些受体本身并不具有任何酶活性，但它们与称为JAKs的细胞质酪氨酸激酶相关联。这些JAKs存在于质膜上，当某种细胞因子与其受体结合时，会激活JAKs，进而磷酸化基因调控蛋白STATs（信号转导蛋白和转录激活因子）。被激活的STATs会迁移到细胞核区域，并通过与相应元件结合来调控基因表达，从而改变基因的表达。另一种直接的交流方式是通过丝氨酸/苏氨酸激酶实现的，这类激酶与受体酪氨酸激酶类似，能够直接通过磷酸化作用激活称为SMADs（Smad相关蛋白）的蛋白质。SMADs具有调控基因表达的能力，TGF-β超家族通常采用这种方式进行信号传导。
酪氨酸激酶抑制剂
受体酪氨酸激酶（RTKs）是一类酶联受体，它们定位于质膜上，由三个结构域组成：一个与细胞外配体结合的域、一个跨膜域以及一个细胞内酪氨酸激酶活性域。RTK的配体通常是诸如胰岛素生长因子（IGF）、表皮生长因子（EGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）等蛋白质。与Erh受体结合的激素也属于RTK配体的一个大类。另一种RTK配体是单纯刺激因子1（SF-1），它对肌肉生长功能至关重要。RTK既可以以单体形式存在，也可以以多聚亚基的形式存在于质膜上；当配体结合后，这些多聚亚基会发生聚集或构象变化，进而引发酪氨酸的磷酸化反应。RTK的激活会导致受体细胞质部分的酪氨酸位点发生磷酸化，从而招募其他蛋白质并使其结合到受体上。这些被磷酸化的蛋白质通过SH2结构域或酪氨酸结合结构域（RTB）与RTK结合。例如，胰岛素受体底物以及RI3K的p85调节亚基就属于这类蛋白质。RTK能够招募、组装并磷酸化多种蛋白质，包括信号传导因子和酶类。存在一些机制可以通过细胞内的过程来终止配体诱导的RTK（受体酪氨酸激酶）活性，这些过程包括受体介导的内吞作用以及一类受调控的蛋白酪氨酸磷酸酶（Ts）。其中一些蛋白酪氨酸磷酸酶是跨膜蛋白，具有跨膜结构。有趣的是，RTKs还可以通过负反馈回路在细胞内进行调控，以减弱信号强度；或者通过相应的氧化还原物质（ROS）直接进行控制（详见后续讨论）。
“生长因子受体是酶联受体。”
所有生长因子受体都是膜结合的酶联受体。与其他膜受体一样，它们包含三个结构域：一个与细胞外配体（生长因子）结合的域、一个跨膜域，以及一个细胞质域，该细胞质域要么本身具有酶活性，要么与其他具有酶活性的蛋白质形成复合物。大多数生长因子受体属于受体酪氨酸激酶家族。生长因子与受体结合后，会促使细胞内多种信号分子上的酪氨酸残基发生磷酸化，这些信号分子再将信号传递到细胞内部。FGF受体（FGFR）酪氨酸激酶的活性将在后续章节中详细讨论。然而，并非所有的生长因子受体都属于酪氨酸激酶家族；例如，TGF-β激活的是受体丝氨酸-苏氨酸激酶，这种激酶会促使SMAD转录因子发生磷酸化，从而引发基因表达的下游变化。红细胞生成素和细胞因子则通过Janus激酶途径传递信号；生长激素、前列腺素以及细胞增殖刺激因子（CSFs）则通过JAK-STAT途径传递信号。酶联免疫吸附剂（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay）和G蛋白（G-Protein）
与G蛋白偶联受体不同，酶联受体是单跨膜蛋白，其配体结合位点位于细胞外部，而催化活性位点位于细胞内部。与G蛋白偶联受体不同，酶联受体的细胞质域本身具有酶活性，或者直接与某种酶结合。目前已知有五种类型的酶联受体：腺苷酸环化酶（有时也称为鸟苷酰化酶）参与环磷酸鸟苷（cGMP）的生成。这类酶的一个例子是心房钠尿肽（ANP）。当血压升高时，心房会分泌ANP，该物质能刺激肾脏分泌钠离子（Na+）和水分，并促使血管壁平滑肌放松。腺苷酸环化酶的细胞内催化活性由氮离子（N）激活；氮离子与G-激酶结合后，会促使特定蛋白质上的丝氨酸和苏氨酸残基发生磷酸化反应。这类酶家族的成员相对较少。
2. 许多受体属于酪氨酸激酶家族，它们能够特异性地调节一小部分信号蛋白上的酪氨酸残基。该家族的成员包括与表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、血管内皮细胞生长因子、神经生长因子以及胰岛素样生长因子-1相关的受体。
3. 酪氨酸激酶相关受体与具有酪氨酸激酶活性的蛋白质结合。
4. 受体酪氨酸受体会从信号分子中清除酪氨酸残基。
5. 这些酶（丝氨酸/苏氨酸激酶）特异性地作用于目标蛋白质上的丝氨酸或苏氨酸残基。属于转化生长因子-β超家族酶的抑制剂，这类酶在细胞发育过程中起着重要作用，因此也是该酶家族的成员之一。
研究员：泰尔斯与苏蒂尔斯
当这些受体被激活时，它们会直接激活与其相关的酶。酶联受体在结构上是异质性的，其中大多数是与蛋白激酶相关的蛋白。胰岛素和生长因子受体就是这种受体类型的例子。这些受体包含一个跨膜结构域，一个位于细胞外的N端配体结合域，以及一个具有酪氨酸激酶活性的细胞质C端结构域（Siegelbäum等人，2000年）。它们还具有细胞内的结合位点，这些位点可以与酪氨酸激酶的底物结合，或者用于传递细胞内信号。配体的结合会导致受体二聚化，随后发生酶活性化和自磷酸化。被磷酸化的酪氨酸残基会作为不同蛋白质的结合位点。当这些受体被激活时，它们会直接激活与其相关的酶。酶联受体在结构上是异质性的，其中大多数是与蛋白激酶相关的蛋白。胰岛素和生长因子受体就是这种受体类型的例子。这些受体包含一个跨膜结构域，一个位于细胞外的N端配体结合域，以及一个具有酪氨酸激酶活性的细胞质C端结构域（Siegelbäum等人，2000年）。它们还具有细胞内结合位点，这些位点可以与酪氨酸激酶的底物结合，或者用于传递细胞内信号。配体结合会导致受体二聚化，随后发生酶活性化和自磷酸化。被磷酸化的酪氨酸残基会作为不同蛋白质的结合位点。
酶联检测在简单流程中的应用：
酶相关受体： • 具有内在的酶活性，或与某种酶（通常是激酶）相关联； • 在细胞凋亡、细胞分化、细胞分裂、免疫反应、炎症以及组织修复过程中发挥重要作用。激酶（Protein Kinases [PKs]）是一类能够催化目标分子磷酸化反应的酶，从而激活这些分子。换句话说，它们为分子、蛋白质或其他酶添加一个磷酸基团。
蛋白激酶抑制剂（PKIs）：一类重要的酶抑制剂分子，用于癌症治疗。
水解酶：能够催化目标分子水解的酶。这种水解过程通常会使目标分子失活（失去活性）。水解酶在反应中起催化作用。
正是各种酶和蛋白质的协同作用，才使得信号传递过程高效且迅速，从而实现预期的生物学效应，并帮助我们的身体维持稳态（homeostasis）。
酶联报告结构 • 由三个关键部分组成
配体结合域通常具有较大的细胞外配体结合区域，这使得研究人员能够轻松对其进行操作和激活。
跨膜结构由一系列亲水氨基酸组成（提醒：细胞内膜具有亲脂性/亲水性），这些氨基酸将受体连接到细胞膜上。
细胞内的“活性酶”结构域：这些结构域要么存在于酶的受体部分，要么紧密地结合在跨膜结构域上。大多数“活性酶”结构域属于激酶类，它们能够磷酸化蛋白质中的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基。
例如：胰岛素受体配体是一种名为胰岛素的物质，它能够促进碳水化合物（葡萄糖）的利用和蛋白质的合成。
- 配体结合域 = α-结构域
- 跨膜结构 = 通过膜并与其相连的结构
- “活性酶”域 = 酪氨酸激酶域（细胞内成分），由酪氨酸磷酸化激活
酶联报告物的信号转导
配体结合会导致两个相邻受体的二聚化。
相邻的二聚体受体自动相互结合。
SH2-主蛋白与磷酸化的受体结合，随后这些受体也会被磷酸化，从而维持信号传导的持续进行，最终可能导致基因转录。
SH2结构域 [蛋白质结构学2] 由大约100个氨基酸残基组成。SH2结构域主要通过受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase）的途径在信号转导中发挥作用，这一点你将在本节的后续内容中看到。它们与具有特定酪氨酸残基的靶标分子（受体）相互作用。
3种主要的酶联检测方法
酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinases, RTKs）是大多数酶联受体（enzyme-linked receptors）的主要组成部分。RTK介导的信号转导过程会导致目标蛋白质上的酪氨酸残基发生特异性磷酸化，进而增加基因转录，调控细胞的生长、分化和存活。丝氨酸/苏氨酸激酶：特异性修饰丝氨酸或苏氨酸氨基酸残基的羟基侧链。这些酶在细胞增殖、分化、动脉粥样硬化以及胚胎发育过程中可能起着重要作用。
与酪氨酸激酶相关的受体[“混合”类型]：这些受体并不以酪氨酸激酶为主要功能，而是通过细胞内的酪氨酸激酶活性来发挥作用。
酪氨酸激酶受体（RTKs）：这类受体也被视为具有内在酶活性的蛋白质。当RTK激动剂与这些受体结合时，它们的内在酶活性会被激活。RTKs通过将生长因子传递给相关信号通路，从而调控细胞的生长、分化和存活过程。其下属亚类包括：
表皮生长因子受体 [EGFR, ErbB1, HER1]：这类受体由表皮生长因子激活，导致细胞分裂，进而促进细胞生长、增殖和分化。在多种癌细胞的表面，这些受体的表达水平异常升高，使得这些细胞过度增殖。
神经生长因子受体（NGF受体）：这类RTK（受体酪氨酸激酶）由神经生长因子激活，尤其是神经突触蛋白——一类参与神经元发育、存活和功能的蛋白质家族。
胰岛素受体：这类受体属于酪氨酸激酶（RTK）亚类，会在胰岛素的作用下被激活，从而促使葡萄糖转运蛋白（GLUT）的表达增加，使细胞能够从血液中吸收葡萄糖。
告诉免疫受体（Toll Like Receptors, TLRs）：这种受体亚类能够被病原体衍生的分子激活，从而使机体能够及早检测到不需要的病原体，并感知到“危险”信号，从而防止这些病原体对机体造成破坏。
当RTK（受体酪氨酸激酶）被激活剂激活时，它们会形成交叉连接的二聚体，从而通过磷酸化作用激活酪氨酸激酶。需要记住，激酶的作用是特异性地催化目标分子的磷酸化，在这种情况下，目标分子就是相邻的RTK。这些二聚化的RTK会多次相互磷酸化，从而增强信号强度。这一过程被称为“交叉磷酸化”。RTK的交叉磷酸化会进一步引发其他蛋白质的磷酸化，最终导致基因转录的调控发生变化。
关键途径：Ras/RAF/丝裂原活化蛋白激酶途径
Ras = 特异性针对这种病原体的G蛋白；RAF = 一种酪氨酸/丝氨酸激酶
MEK = 丝裂原活化蛋白激酶 MARK = 丝裂原活化蛋白激酶
Ras是一种小蛋白质（G蛋白），参与信号传导，进而影响细胞的分裂和增殖。如果这种蛋白质没有得到适当的调控，可能会导致细胞分裂失控，最终可能引发肿瘤的形成。
RAF [Rapidly Accelerated Fibrosarcoma]: 一类与逆转录病毒癌基因（可能引发癌症的基因）相关的蛋白激酶。
酪氨酸激酶相关受体：这些受体与具有酪氨酸激酶活性的细胞内蛋白相关联。与之前讨论的酪氨酸激酶结构域不同，这些受体通过细胞内的酪氨酸激酶来介导酪氨酸的磷酸化过程。
细胞因子受体是最大的受体家族之一，它们通过细胞质酪氨酸激酶信号通路向细胞传递信号。这些特定的受体与细胞质酪氨酸激酶Jak（Janus激酶）相关。Jak会激活一种名为STAT的基因调控蛋白（STAT是信号转导的介导者和激活因子）。其具体作用机制如下所述：
**关键通路：Jak/Stat通路（Jak激酶/信号转导因子及其活性物质）** Jak/Stat通路是调控人类细胞因子和生长因子的核心通路。该通路由多种细胞因子（主要是干扰素）和生长因子激活。这些因子的活性能够促进细胞增殖、分化、迁移和血管生成。此外，细胞因子还控制着多种炎症介质的合成与释放。当细胞因子与其酶联受体结合时，会引发细胞内活性酶结构的构象变化，进而导致炎症介质的转录。与所有信号转导机制一样，体内稳态依赖于对这些通路的精确调控。炎症性疾病、红细胞增多症、巨人症和白血病等都可能与Jak/Stat通路的调控异常有关。
JAK/STAT是一条主要且多功能的信号通路，在过去二十年里被广泛研究其在癌症和炎症中的关键作用。触发这一通路的受体种类在已知的信号通路中尚未完全明确，而下游蛋白质的多样性表明JAK2/STAT3轴在癌症进展中的重要性。尽管在动物实验中观察到该通路能够有效抑制肿瘤生长，但由于存在安全问题，这种治疗方法在人类应用中的成功受到了限制。由于该通路的复杂性以及可能与多种其他通路存在交叉作用，基于单一通路的疗法难以长期取得可靠的治疗效果。进一步系统地探索该通路内部及与其他通路之间的相互作用，将有助于理解这一信号通路的分子机制，并为癌症治疗发现新的靶点。