t细胞受体信号转导通路的动力学分析

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1、T细胞受体信号转导通路的动力学分析作者：刘顺会肖兰凤黄树林【摘要】目的：建立T细胞受体信号转导途径的动力学模型，通过模型仿真揭示T细胞受体信号途径各分子间的动态调控过程，简要分析模型的动力学特性。方法：根据数据库KEGG及相关中英文2.1.5PLC-γ1活化的PLC-γ1重新定位后即可水解胞膜上的底物磷脂酰肌醇二磷酸PIP2,产生三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG）［1］。IP3可开放胞膜Ca2+通道和胞内钙储备，导致胞质内Ca2+浓度升高和依赖于Ca2+/钙调素（CaM）的钙调磷酸酶（CaN）的活化，活化的CaN使转录因子NFAT去磷酸化而被活化，活化的NFAT移入细胞核内与核内多种转

2、录因子协同作用，激活IL-2、IL-4、TNF-α等基因的转录。DAG可使蛋白激酶Cθ（PKCθ）结合到胞膜内侧面，在磷酯酰丝氨酸的协同作用下，PKCθ自身的三个位点被DAG磷酸化后激活［6］。模型结果显示（图3C、3D、3F），随着PLC-γ1活性浓度的上升，IP3和DAG的浓度也以同样趋势变化。浓度上调的IP3导致Ca2+浓度的上升，进而刺激CaN活性上调，而NFAT也随CaN活性浓度的上升而上升，导致IL-2、IL-4、TNF-α等基因产物的逐渐增加。同时，浓度上调的DAG对PKCθ进行磷酸化，导致后者活性浓度的上升。2.1.6NFκBBCL-10、CARMA1和MALT1是PKCθ与

3、NFκB上游调节复合物IKK之间的信号分子，三者通过共有的CARD结构域构成复合物并锚定于TCR/CD3信号复合体附近。活化的PKCθ可激活该复合物，而后者使IKK（α/β/γ）复合物磷酸化而活化，随后IκB丝氨酸残基被IKK复合物磷酸化后经泛素标记而降解，使NFκB从IκB上释放出来，NFκB移位入核，启动目的基因转录［1］。模型结果表明（图3D、3F），随着PKCθ活性浓度的上升，复合物BCL-10/CARMA1/MALT1的浓度也以同样趋势上升，随后该复合物活化IKK（α/β/γ）复合物导致其活性浓度增加，进而磷酸化IκB，使其磷酸化产物上调，从而使得NFκB从IκB上释放而活化，而随

4、着NFκB活性浓度的增加，导致IL-2、IL-4、TNF-α等基因产物的逐渐增加。2.2Ras-MAPK途径Ras是位于细胞膜胞质面的GTP结合蛋白，是关键性的细胞生长调节剂。Ras蛋白要释放GDP，结合GTP才能被激活，而GDP的释放需要鸟苷酸交换因子（GEF，如RasGRP1、SOS）参与。RasGRP1只表达于T细胞，成为连接TCR-PLC-γ1-DAG途径和Ras信号途径的中介；SOS则通过接头蛋白GRB2从胞质中移位至细胞膜的胞质面，接近膜结合的Ras，从而活化Ras。Ras活化后可启动下游MAPK信号级联，导致转录因子AP1的活化，从而调节基因表达［7］。模型结果显示（图3D、3

5、F），DAG和SOS分别经上游分子激活后，活性浓度迅速上升，导致关联分子RasGRP1的浓度以同样趋势上升，随后激活Ras，使其活性浓度也随之增加，进而启动MAPK信号级联，使MAPK信号上调，最后激活转录因子AP1，而随着AP1活性浓度的增加，导致IL-2、IL-4、TNF-α等基因产物的逐渐增加。2.3PI3K辅助信号途径肽竞争抑制实验表明，CD28分子聚集后导致其胞浆区基序YMNM中Tyr173的磷酸化，继而结合并激活PI3K［8］。PI3K在胞内主要催化PIP2生成PIP3。下游信号分子AKT的PH结构域与PIP3相互作用，由于两者的高亲和力而使AKT向胞膜募集，在PDK1催化作用下

6、磷酸化而被充分激活。活化的AKT对COT磷酸化，而COT进而激活NIK，后者使IKK（α/β/γ）复合物磷酸化而活化，随后IκB丝氨酸残基被IKK复合物磷酸化后经泛素标记而降解，使NFκB从IκB上释放出来，NFκB移位入核，启动目的基因转录［1］。最近发现另外一个共刺激分子ICOS，在ICOS的胞浆区181-184位氨基酸残基之间有一个序列为YMFM的基序，该基序与CD28和CTLA-4胞浆区的YMNM基序类似，也可以通过PI3K向下游传递活化信号［9］。模型结果显示（图3D～F），CD28和ICOS分别经细胞外配体分子激活后，活性浓度迅速上升，导致PI3K的浓度以同样趋势上升，活化的PI

7、3K产生大量PIP3，从而募集AKT和PDK1，随后PDK1使AKT磷酸化而活化，导致AKT活性浓度逐渐增加，进而激活COT和NIK，使其浓度上调，最后通过NIK激活IKK（α/β/γ）复合物导致其活性浓度增加，进而磷酸化IκB，使其磷酸化产物上调，从而使得NFκB从IκB上释放而活化，而随着NFκB活性浓度的增加，导致IL-2、IL-4、TNF-α等基因产物的逐渐增加。2.4抑制性信号途径2.4.1CTLA