￡Ｆｙ ２ ２ 胰岛素样生长因子１ 受体激活机制 及信号转导特异性
圭茎 竺堡（北京基础医学研究所·北京１００８５０） Ｑ
ｆ 摘要胰岛素样生长因子ｌ受体（ＩＧＦＩＲ）与胰岛素受体（ＩＲ）结构司源，它们信号转 导的细胞内底物 日似，但二者舟导的生物学效应扫存在一定的差异。本文集中介绍 了两种受体的激活机制及信号转导特异性方面的研究进展。 关键词胰岛素样生长固子 篮至丝生；生墨生 １（、ＣＦ ｆ
胰岛素样生长因子ｌ（ＩＧＦ１）是一种多功能细胞调控因子。它的大部分生物学效应是通过 它的Ｉ型受体，即ＩＧＦＩＲ介导的。传统的观念认为：ＩＲ主要介导细胞代谢信号，而ＩＧＦ１主要 是在细胞生长分化、胚胎发育过程中起重要的调控作用。ＩＲ与ＩＧＦＩＲ结构同源，都属于Ⅱ型 Ｔｙｒ激酶受体家族的成员…，不仅如此，它们信号转导的细胞内底物，如胰岛素受体底物ｌ （ＩＲＳ－１）、丝裂原激活的蛋白激酶（ＭＡＰＫ）、磷酯酰肌醇３一激酶（ＰＩ一３Ｋ）等也是相同的，那么究 竟是通过怎样的机制导致二者信号转导通路的分离呢？本文对ＩＧＦＩＲ激活及信号转导特异 性方面的研究进展作一回顾。
ＩＧＦｌＲ 人ＩＧＦ１Ｒ基因位于染色体ｌ５ｑ２５—２６。ＩＧＦ１Ｒ的前体是一条单链，移走３０个氨基酸的信 号肽以后，前体被糖基化并在７０６—７０７氨基酸处断裂产生７０６个氨基酸的细胞外 亚单位和 ６２６个氨基酸的穿膜口亚单位。 和口亚单位通过二硫键形成 半受体，然后又与另一个邙 半受体形成成熟的啦＆全受体＿２Ｊ。配体结合的特异性取决于ｎ亚单位的富含Ｃｙｓ（半胱氨酸） 区域，酪氨酸（Ｔｙｒ）激酶活性区位于口亚单位。ＩＧＦ１Ｒ与ＩＲ都是Ｉ１２＆异四聚体，亚单位长度 相近。结构同源。 （一）细胞外区域虽然ＩＧＦ１与胰岛素结构相似，但它们与各自受体的结合却是相对特 异的。ＩＧＦＩＲ与ＩＧＦ１的亲和力最高，其次是【ＧＦ２与胰岛素的亲和力最低，亲和力分别是 ＩＧＦ１与其受体亲和力的１／１５～ｌ／２和ｌ／１０００～１／１００。用针对 亚单位的单克隆抗体来 研究受体细胞外区域的结构和功能关系，人们发现常用的针对Ｃｙｓ富含区的抗体 ＩＲ－３，可 抑制ＩＧＦＩＲ与ＩＧＦ１的结合，这说明Ｃｙｓ富含区对ＩＧＦＩＲ识别ＩＧＦ１很必要。由于ＩＧＦ１Ｒ基 因第ｌ４外显子５’末端拼接位点的差异，使受体Ｂ链的胞外部分或者是苏氨酸．甘氨酸，或者是 精氨酸，两种类型的Ｂ链在多种组织和细胞类型均有表达，而且发现带有苏氨酸 甘氨酸的异 构体在中国仓鼠卵巢细胞（ｃＨＯ）过度表达后，配体诱导的内化减少，自身磷酸化和ＩＲＳ－１的磷 酸化程度增加。 （二）受体胞内区Ｂ链的胞质部分包括高度保守的Ｔｙｒ激酶催化亚单位和激酶作用的靶 Ｔｙｒ残基，ＩＧＦ１的结合引起体内Ｔｙｒ残基和丝氨酸残基的磷酸化，ＩＧＦＩＲ和ＩＲ Ｔｙｒ残基的 自身磷酸化都是交叉反应，即一个ｐ亚单位的Ｔｙｒ激酶磷酸化另一个 链的Ｔｙｒ残基。对
维普资讯 http://www.cqvip.com ＩＧＦ１Ｒ和ＩＲ而言，Ｔｙｒ激酶活性和自身磷酸化对受体信号转导都很关键，而且ＩＲ ８链催化区 的突变是胰岛素抗性的主要原因。附表总结了ＩＧＦ１Ｒ￣链不同区域的生物学效应。 （三）杂合胰岛素／ＩＧＦ１受体 附表ＩＧＦ１Ｒ￣］链不同区域的生物学效应 ＩＧＦ１Ｒ和ＩＲ高度同源的结果之一是 形成了胰岛素／ＩＧＦ１杂合受体，即ＩＲ 的 半受体与ＩＧＦ１Ｒａ￣半受体二聚 化。等浓度的ＩＧＦ１和胰岛素ａ８半受 体混合时，５０％形成杂合受体，说明 ＩＧＦ１Ｒ的ｎＤ半受体之间与它们和胰 岛素半受体的聚合速度一样快。 Ｙ：ＴｙｒｉＫ：赖氮酸；ＧＡＰ：ＧＴＰ辩祷｝活蛋白
胰岛素／ＩＧＦ１杂合受体对配体
的亲和力相当于传统的ＩＧＦ１Ｒ，与胰岛素的亲和力是ＩＧＦ１的１／５０－－１／１５。ＩＧＦ１半受体本 身能结合ＩＧＦ１，但自身磷酸化和受体Ｔｙｒ激酶的活性则需要与其它半受体二聚化。 二、ＩＧＦＩＲ信号转导通路 （一） ＩＧＦ１激活的ＩＧＦ１Ｒ信号转导 ＩＧＦ１与其受体结合以后激活１８５ｋＤ的底物ＩＲＳ－ １，ＩＲＳ－１包括２１个可被磷酸化的Ｔｙｒ位点，其中６个以ＹＭＸＭ序列存在，是含有ＳＨ２区蛋白 的识别位点＿３］。ＩＲＳ－１被认为是ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ胞内信号转导的停泊蛋白，它可结合多个带有 ＳＨ２区的蛋白。其多位点磷酸化至少能启动两种信号转导通路，一是它能结合ＰＩ一３ Ｋ的ｐ８５ 亚单位，产生ＰＩＰ３，从而启动ＰＩＰ３中介的信号转导通路。另一条通路涉及到ＭＡＰＫ。最近有 文献报道了联系胰岛素和ＧＴＰ结合蛋白Ｒａｓ通路的一些成分。Ｒａｓ的激活在某些实验中需 要１００ｎｍｏｌ／Ｌ－－ｌ￣ｍｏｌ／Ｌ的胰岛素，因此胰岛素有可能是通过作用于ＩＧＦ１Ｒ激活Ｒａｓ通路，胰 岛素刺激后，ＩＲＳ－１Ｔｙｒ磷酸化，形成了一个由ＩＲＳ＿ｌ、生长因子受体结合蛋白２（Ｇｒｂ２）和鸟苷 酸交换因子（又称Ｒａｓ激活因子）Ｓｏｓ组成的复合物，这个复合物的形成对Ｒａｓ的激活很必要， Ｒａｓ激活后，激活Ｒａｆ，然后又激活ＭＡＰＫ，最后将信号传导至细胞核。 有证据表明ＩＧＦ１Ｒ中介的信号转导也可能不通过Ｔｙｒ磷酸化途径，在表达胰岛素受体激 酶缺陷的Ｒａｔ一１细胞，ＩＧＦ１／胰岛素受体Ｔｙｒ磷酸化和刺激ＤＮＡ合成均被抑制，但是ＩＧＦ１Ｒ 中介的糖代谢功能仍正常，这说明ＩＧＦ１中介的糖代谢至少部分不依赖于Ｔｙｒ磷酸化，但具体 机制还不清楚。 （二）其它生长激素、原癌基因激活的ＩＧＦ１Ｒ信号转导表皮生长因子（ＥＧＦ）、血小板源 性生长因子（ＰＤＧＦ）的部分生物学功能也需要完整的ＩＧＦ１Ｒ，在ＩＧＦ１Ｒ缺陷的鼠成纤维细胞， ＥＧＦ、ＰＤＧＦ不能刺激ＤＮＡ合成、细胞增殖和软琼脂集落形成。这些缺陷可以通过高表达 ＩＧＦ１Ｒ加 纠正［ 、 。
至少有两个原癌基因在转化成纤维细胞的过程中需要ＩＧＦ１Ｒ，ＳＶ４０ Ｔ抗原能有效地转 化表达ＩＧＦ１Ｒ的细胞。激活的Ｒａｓ基因能刺激细胞增殖、集落形成和生长，但在ＩＧＦ１Ｒ缺陷 的成纤维细胞效应则减弱。ＩＧＦ１Ｒ在调控瘤性转化过程中所起的作用还不清楚。 三、ＩＲ和ＩＧＦＩＲ信号转导特异性 ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ结构相似，而且一系列已知的内源性底物在两种受体中均被应用。那么从 受体与特异性配体结合以后，经过一系列共同通路，最后是怎样导致终末效应的不同呢？我们 主要从以下几方面加 概括：
维普资讯 http://www.cqvip.com ２５１ （一）配体与受体的特异性结合 ＩＲ和ＩＧＦＩＲ的 亚单位氨基酸同源性大约为４７％～ ６７％，Ｃｖｓ残基和“Ｎ”端糖基化位点高度保守。但配体与各自受体的作用位点不同。ＩＧＦ１Ｒ 的Ｃｙｓ富含区对ＩＧＦ１的高亲和力结合是很关键的。而ＩＲ的“Ｎ”、“Ｃ”端对与胰岛素的高亲和 力结合很重要，其中的３６～６８氨基酸是ＩＲ高亲和力结合位点。特别是Ｐｈｅ３９、Ａｒｇ４１和 Ｐｒｏ４２，可以说，特异的配体一受体相互作用是这两种受体信号转导特异性的基础。 （二）ＩＧＦ１与ＩＧＦＢＰ的结合ＩＧＦ１与其受体的相互作用被ＩＧＦＢＰ紧密控制。目前共有 六种ＩＧＦ结合蛋白，它们与ＩＧＦ１以高亲和力结合，与胰岛素不结合，因此，血清中游离的ｐｍｏｌ 浓度的胰岛素能与其受体相互作用，而ｎｍｏｌ浓度的ＩＧＦ１因大部分被ＩＧＦＢＰ结合，真正起作 用的很少，循环的ＩＧＦ１主要存在于１５０ｋＤ的三元复合物中（ＩＧＦ１、ＩＧＦＢＰ３和酸不稳定亚单 位）。还有少量的ＩＧＦ１与其它ＢＰ结合存在于５０ｋＤ的复合物中，小分子量的复合物对于运输 ＩＧＦ１至血管外和定位ＩＧＦ１至靶组织很重要。组织和细胞表达的ＩＧＦＢＰ对ＩＧＦ１与其受体 的结合有很大作用，由于ＩＧＦ与结合蛋白的亲和力要大于ＩＧＦ１与其受体的亲和力，大部分 ＩＧＦＢＰ能抑制ＩＧＦ１Ｒ与ＩＧＦ１的结合，但是ＩＧＦＢＰ也可以通过与质膜结合或被蛋白酶裂解， 导致与ＩＧＦ１的亲和力降低，因此ＩＧＦＢＰ可作为ＩＧＦ１的储存库。总之，ＩＧＦＢＰ的修饰导致 ＩＧＦ１的慢释放，扩大了ＩＧＦ１的生物学效应。因而，ＩＧＦＩ 是ＩＧＦ１与其受体作用的主要调控 子，很可能代表ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ特异性作用的一种机制。 （三）受体的细胞内区域 ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ的近膜端和Ｃ末端同源性分别是６１％和４４％，Ｂ 亚单位的明显不同导致人们认为ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ信号转导的分离来自此区。通过将０亚单位互 换形成嵌合受体，发现受体包括ＩＧＦ１Ｒ８亚单位时，促有丝分裂活性在较低的配体浓度下就能 发生。ＩＲ和ＩＧＦ１ＲＴｙｒ激酶远端区结构差异引起人们关注，ＩＲ包含两个远端的Ｔｙｒ残基 （１３１６、１３２２），ＩＧＦ１Ｒ包含三个Ｔｙｒ残基（１２５０、１２５１和１３１６）。移走ＩＲ“Ｃ”端４３个氨基酸或 将远端的两个Ｔｙｒ替代，促代谢功能丢失，受体的有丝分裂作用仍旧保留。同样，ＩＧＦ１Ｒ的 １２５０和１２５１Ｔｙｒ残基被替代以后，ＩＧＦ１Ｒ的成瘤性消失。因此可以说受体的Ｔｙｒ残基在区分 这两个受体的信号转导方面起着重要的作用。 （四）受体作用底物的差异由于ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ的…Ｃ末端不同，有人提出口亚单位能够与 特定的底物相互作用。实际上，对ＩＲ重要的底物对ＩＧＦ１Ｒ也同样重要，如ＩＲＳ－１。直到最近， 才发现一个ＩＧＦ１Ｒ特异性作用底物ＣｒｋｌＩ＿６Ｊ，它是一种与Ｇｒｂ２和Ｎｃｋ相关的含ＳＦＩ２和ＳＨ３ 区的调控蛋白。ＩＧＦ１处理细胞后，ＣｒｋｌＩ Ｔｙｒ磷酸化。而只有高浓度的胰岛素作用胰岛素受 体，才能使ＣｒｋｌＩ Ｔｙｒ磷酸化。ＣｒｋＩＩ与ＩＲｓ１和ＩＲｓ２相连，也可以通过ＳＦＩ２区直接与 ＩＧＦ１Ｒ相互作用，它与ＩＲ的“Ｃ”末端作用能力约为ＩＧＦ１Ｒ的１／５Ｏ，很可能ＩＧＦ１反应的特异 性与之有关。ＩＲ特异的下游底物也被发现，ＩＲ能引起ＦＡＫ激酶Ｔｙｒ磷酸化，ＦＡＫ激酶是与 肌动蛋白多聚化和细胞运动相关的蛋白，而ＩＧＦ１作用于等量的ＩＧＦ１Ｒ则不能产生类似效应。 信号转导特异性的另一个可能机制是发现ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ的Ｔｙｒ激酶对底物Ｔｙｒ磷酸化 有不同的偏爱．ＩＲ优先磷酸化ＩＲＳ－１的Ｔｙｒ ９８７和Ｔｙｒ ７２７，而ＩＧＦ１Ｒ主要结合Ｔｙｒ ８９５位 点＿７】。以前一直认为ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ激活ＩＲＳ－１磷酸化水平相似，现在认识到ＩＲＳ－１的不同磷 酸化位点启动了不同的信号转导通路。 （五）ＩＲ和ＩＧＦ１Ｒ激活动力学信号转导事件存在一个“开关”的问题，即配体与特异性 受体结合以后开启信号，还存在一个“计时器”（ｔｉｍｅｒ），也就是受体激活的动力学，即这种信号 能维持多久Ｉｓ］。“开关”的特异性元素包括：配体和受体在相互作用之初的结构和功能关系，