信号通路是研究药物作用机制的基础，全面学习和了解信号通路的组成是药学研究必不可少的一个环节。本期开始，我们将对18种重要的信号通路进行梳理。第一期我们首先讲解一种重要的酶联受体—RTKs及其与配体作用的通路。
01
分类
受体酪氨酸激酶（RTKs）是最大的一类酶联受体，它既是生长因子的受体，也是能够催化下游靶蛋白磷酸化的酶。正常情况下，生长因子-RTKs介导的细胞信号通路参与正常细胞的生理功能；但是，肿瘤发生时能够促进肿瘤的发生发展。
RTKs目前报道共有58种，可分为20个家族，包括大名鼎鼎的EGFR家族、PDGFR家族、VEGFR家族等。而目前发现的能够激活RTKs的生长因子则超过100种。（注：在这里我们将所有能够激活RTKs的统称为“生长因子”）。
下表是RTKs的分类：
图 1. RTKs共有20个家族
02
结构与功能
所有的RTKs均由三个部分组成：含有配体（生长因子）结合位点的细胞外结构域、单次跨膜的疏水α螺旋区以及含有酪氨酸蛋白激酶活性的胞内结构域（TK domain）。
其中，RTKs的细胞外部分包含多种具有特定氨基酸序列(富半胱氨酸结构域、酸性结构域、免疫球蛋白样结构域等)的结构域。如下图所示：上方是不同RTK家族受体对应的配体，下方是每一个RTK家族受体的示意图。
图 2. 不同家族RTK的结构简图
RTKs的激活机制大致都是相同的：配体结合胞外结构域后，两个RTK分子首先在膜上发生二聚化。二聚化之前，RTK激酶催化位点封闭，无法接触ATP（下图a）；二聚化以后，ATP可以进入其中一分子RTK的催化位点（下图b），并发挥激酶活性催化另一分子RTK磷酸化。以EGF激活EGFR二聚化为例，具体过程见下图。
图 3. 两分子RTK发生二聚化的过程；
上图是TK 结构域附近的具体细节；
下图是以EGFR为例的整体过程；
RTK的酪氨酸残基磷酸化后，能够被下游含有SH2结构域或含有磷酸酪氨酸结合结构域（PTB 结构域）的下游蛋白识别。目前含有SH2结构域的下游蛋白已经鉴定超过100种，而带有PTB结构域的下游蛋白已经鉴定出35种。识别后，RTK再次发挥激酶作用，将自身的磷酸转移到这两类蛋白上，引起下游的细胞内效应（大多数情况下如此）。这种传递模式包括一些细胞内酪氨酸激酶（即：非受体型酪氨酸激酶），例如：SRC激酶、JAK 激酶；也包括一些酪氨酸磷酸酶，例如SHP1；还包括其他一些需要通过磷酸化发挥活性的蛋白，例如: 磷脂酶C γ(PLCγ)。
比较特殊的是，有一类含有SH2 或 PTB结构域的蛋白识别RTK磷酸化酪氨酸后，不通过RTK磷酸化进一步传递信号，而是作为接头蛋白去偶联RTK和下游蛋白。例如：在RTK-Ras-MAPK信号转导途径中，Grb2（生长因子受体结合蛋白2）的作用就是作为接头蛋白偶联受体酪氨酸激酶和Ras蛋白。另一个例子则是PI3K 通路中的p85调节亚基。
03
以表皮生长因子受体（EGFR）家族为例
EGFR家族受体激活与二聚化
能够激活EGFR家族受体的生长因子目前发现共有11种：EGF、TGFα、amphiregulin (AREG)、epiregulin (EREG)、HBEGF ( heparin-binding EGF )、β-cellulin (BTC)、epigen/ epithelial mitogen (EPGN) 以及四种神经调节蛋白(NRG1-4)。其中，EGF的前体是长达1207个氨基酸、含有9个egf结构域的长链，该长链经金属蛋白酶（如：ADAM17）剪切加工后，最终形成成熟的、带有53个氨基酸的表皮生长因子（EGF）。其他生长因子虽然也是由前体加工而来，但是前体均只含一个egf结构域。
图 4. EGFR家族RTKs与配体的作用模式图
根据上图可以看出：11个配体分别与4个EGFR家族受体作用：EGFR(ERBB1)、HER2(ERBB2)、ERBB3、ERBB4。图a 是二聚化前的情况，每个受体对应下游蛋白也在图中标注出。
值得注意的是， ERBB2（HER2） 并没有相应的配体，因此它一般难以发生同源二聚化，我们称之为“deaf” 受体；而ERBB3则是有配体结合，但是并没有激酶活性，我们称之为“dumb”受体，因为它发生同源二聚化之后不能传递信号，只能与其他ERBB发生异源二聚化，并借助其他ERBB的激酶活性传递信号。
当受体激活而二聚化后（图 b），共有10种二聚化模式。每一条通路的重要性采用“+”进行标记。
在这里我们还要介绍一个现象: ERBB受体内化作用。受体在配体激活后，往往会加速细胞通过胞吞作用将其内化，并转运至溶酶体，最终导致细胞表面的受体在逐步减少。目前认为这一现象主要通过网格蛋白介导。
EGFR家族RTK与肿瘤
EGFR家族受体的异常激活与多种肿瘤相关，也是肿瘤药物研究的重要靶点。例如，EGFR（ERBB1）在多种上皮性肿瘤中异常表达；ERBB1（HER2）在15–25 % 的乳腺癌中高表达，靶向HER2是乳腺癌的一种有效治疗方式。
目前经FDA 批准上市的涉及到EGFR家族受体靶点的药物有：tucatinib（HER2 阳性乳腺癌）、dacomitinib（非小细胞肺癌）、brigatinib（非小细胞肺癌）、neratinib（HER2 阳性乳腺癌）、osimertinib（非小细胞肺癌）、afatinib（非小细胞肺癌）、vandetanib（甲状腺癌）、lapatinib（乳腺癌）、dasatinib（CML）、erlotinib（非小细胞肺癌，胰腺癌）、gefitinib（非小细胞肺癌）。
参考文献：
[1] Robert, Jacques. Textbook of Cell Signalling in Cancer [M]. Springer International Publishing, 2015.
[2] Wagener C , Stocking C , O. Müller. Cancer Signaling - From Molecular Biology to Targeted Therapy[M]. 2017.
[3] Amanda H . Cancer cell signalling[M]. Wiley Blackwell, 2014.
[4] 龙春庭，邵敏，陆小云．激酶小分子抑制剂研究进展．药学学报.
