生长因子与受体信号通路

生长因子是分泌型信号蛋白，它们结合细胞表面受体，并指示细胞增殖、存活、迁移或分化。在发育过程中，一小组保守的通路——包括由成纤维细胞和其他生长因子激活的受体酪氨酸激酶通路，以及Wnt、Hedgehog、Notch和TGF-β/BMP超家族——在细胞和组织之间传递信息。通过将细胞外信号与基因表达变化偶联，生长因子和受体信号通路协调胚胎的构建。

Definition

生长因子是分泌型多肽，它们结合特异的细胞表面受体以调节细胞增殖、存活、迁移和分化；受体信号通路是将由此产生的信号从受体传递到细胞内效应器和基因表达变化的分子接力。

Scope

本条目涵盖生长因子如何与其受体结合，主要的发育信号通路以及它们如何将信号转导至细胞核，以及通路重用、整合和情境依赖性反应的重复原则。它将发育信号传导视为一个分子主题，旨在提供参考和教育，而非临床指导。

Core questions

• 生长因子如何激活其细胞表面受体？
• 发育过程中使用的主要信号通路有哪些？
• 细胞外信号如何转导为基因表达的变化？
• 为什么相同的通路在许多组织中被重用，以及特异性是如何实现的？

Key concepts

• 配体-受体结合与受体激活
• 受体酪氨酸激酶与RAS-MAPK级联
• Wnt/β-连环蛋白信号传导
• Hedgehog信号传导
• Notch与直接细胞间信号传导
• TGF-β/BMP超家族信号传导
• 信号整合与情境依赖性反应

Key theories

受体酪氨酸激酶信号转导

许多生长因子通过受体酪氨酸激酶发挥作用，其配体诱导的二聚化触发自磷酸化并募集细胞内效应器，通过RAS-MAPK通路等级联反应传递信号，从而控制基因表达和细胞行为。

发育通路保守的工具包

发育依赖于一小组保守的信号通路——受体酪氨酸激酶/FGF、Wnt、Hedgehog、Notch和TGF-β/BMP——这些通路在不同组织和阶段被重用，细胞环境决定了响应。

Mechanisms

生长因子信号传导始于分泌型配体结合特异的细胞表面受体，从而改变受体的构象或寡聚化状态。对于受体酪氨酸激酶，配体结合促进受体二聚化和自磷酸化，产生募集衔接蛋白和效应蛋白的停靠位点，并启动细胞内级联反应，例如RAS-MAPK通路，从而改变基因表达。其他发育通路通过不同的逻辑传递信号：Wnt配体稳定β-连环蛋白，使其能够进入细胞核并调节转录；Hedgehog信号传导控制GLI转录因子的加工和活性；Notch通过与相邻细胞上的配体直接接触而被激活，释放一个调节转录的细胞内片段；TGF-β/BMP超家族通过受体丝氨酸/苏氨酸激酶发出信号，这些激酶激活SMAD转录因子。在这些通路中，相同的分子工具包在不同组织中被重用，特异性则来源于细胞环境、信号组合以及整合和定时响应的反馈。

Clinical relevance

构建胚胎的生长因子通路在发生突变时也与先天性疾病有关，在失调时则与癌症有关，它们是生物医学领域高度关注的靶点。本条目描述信号传导机制以供参考和教育，并非诊断或治疗的依据。

Evidence & guidelines

证据来源于模型系统中的生物化学、结构生物学、遗传学和细胞生物学，这些研究定义了配体、受体和下游级联反应，并综合于综述文献和教科书而非临床指南中。

History

20世纪下半叶，生长因子及其受体的鉴定确立了细胞通过作用于表面受体的分泌蛋白进行通讯。许多此类受体是酪氨酸激酶的发现将细胞外信号与明确的细胞内级联反应联系起来，而对果蝇、蠕虫和脊椎动物发育的遗传学解析表明，一小组保守的通路——Wnt、Hedgehog、Notch、TGF-β/BMP和受体酪氨酸激酶信号传导——在整个胚胎发生过程中被重用。

Key figures

• Joseph Schlessinger
• Mark Lemmon
• Roel Nusse
• Spyros Artavanis-Tsakonas
• Norbert Perrimon

Seminal works

• lemmon-schlessinger-2010
• perrimon-2012
• artavanis-tsakonas-1999

Frequently asked questions

细胞外的生长因子如何改变细胞表达的基因？

生长因子结合表面受体，激活细胞内信号级联，最终通过修饰转录因子，使细胞外信号逐步转化为基因表达的变化。

为什么如此少的信号通路能控制如此多的发育事件？

一小组保守的通路在不同组织和阶段被重用，相同的信号可以根据细胞的环境、先前的历史以及其接收到的信号组合产生不同的结果。