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发布日期:2026/2/27 10:08:00

概括:MAPK/ERK通路,全称是 促分裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶通路。它是细胞内最重要的信号传导通路之一,像一个中央通信枢纽,负责将细胞外的生长、分裂信号(如生长因子)传递到细胞核内,从而调控细胞的增殖、分化、存活和代谢。

 

 

机制过程

RTK-Ras 经典激活支路:这条通路的核心特点是一个磷酸化级联反应:上游蛋白激酶通过磷酸化来激活下游的蛋白激酶,一环扣一环,将信号逐级放大和传递。

生长因子 → 受体 → RAS → RAF → MEK → ERK

 

一、信号起始:

1.  细胞外配体与跨膜受体结合,触发受体自身磷酸化:细胞外的生长因子 / 丝裂原(如 EGF、PDGF、FGF、IGF 等)与细胞膜上的对应 RTK 单体结合,诱导受体发生同源二聚化 / 异源二聚化;二聚化后的受体胞内段酪氨酸激酶结构域相互靠近,发生分子间交叉磷酸化(反式磷酸化),使受体胞内段的多个酪氨酸残基磷酸化(p-Tyr),形成磷酸化酪氨酸位点—— 这是后续接头蛋白结合的 “锚定位点”,标志受体被活化。

2.  接头蛋白招募 GEF,形成 “受体 - 接头蛋白 - GEF” 复合物:胞质中的接头蛋白(如 Grb2)通过其SH2 结构域,特异性结合到活化受体胞内段的 p-Tyr 位点;同时 Grb2 的SH3 结构域与GEF(如 Sos)结合,将原本游离在胞质中的 Sos 招募至细胞膜内侧,与定位于膜上的 Ras 蛋白靠近,形成稳定的 “RTK-Grb2-Sos” 复合物。

 

二、RAS激活:GEF 介导 Ras 活化,形成 Ras-GTP 分子开关

细胞膜内侧的 Sos(GEF)与失活态的Ras-GDP结合,促进 Ras 释放结合的 GDP,并快速结合细胞内的 GTP,使 Ras 从GDP 结合的失活态转变为GTP 结合的激活态(Ras-GTP);活化的 Ras-GTP 始终结合在细胞膜内侧,为后续结合并激活 Raf 做准备。
(Ras 是通路的 “分子开关”,只有 Ras-GTP 能启动下游激酶级联,Ras-GAP 可促进 GTP 水解使 Ras 失活,实现开关的闭合。)

 

三、RAF激活 :Ras-GTP 激活 Raf(MAP3K),启动三级激酶级联

活化的Ras-GTP通过其效应结构域,与胞质中的Raf 激酶(主要为 C-Raf/B-Raf)结合,将 Raf 招募至细胞膜内侧;同时 Raf 在膜上发生自身磷酸化(或被 Src 等激酶磷酸化),从无活性的胞质游离态转变为有催化活性的膜结合态,标志 MAP3K 被激活,三级激酶级联正式启动。

(亚型特点:B-Raf 是肿瘤中最易突变的亚型(如 B-Raf V600E),突变后可不依赖 Ras 而持续激活,是通路异常激活的重要原因。)

 

四、MEK、ERK的激活

1.  MEK激活:级联放大激活 MEK(MAP2K)与 ERK(MAPK):激活的 Raf 作为丝氨酸 / 苏氨酸激酶,通过磷酸化作用激活其唯一的下游靶蛋白MEK1/MEK2(MAP2K)。

2.  ERK激活:MEK 被激活后,发挥其特有的双重磷酸化活性,同时磷酸化 ERK1/ERK2 的酪氨酸残基(Y204)和苏氨酸残基(T202),使 ERK 从失活态转为活化态(p-ERK)。

3.  p-ERK 核转位:活化的p-ERK1/ERK2从细胞质通过核孔复合物转位进入细胞核。

 

五、胞质 / 核内靶蛋白调控细胞功能启动:p-ERK 通过磷酸化修饰下游的胞质靶蛋白和核内靶蛋白,直接 / 间接调控细胞增殖、分化等功能

1.  胞质靶蛋白磷酸化:如磷酸化 p90RSK、MK2、Akt 等,调控细胞骨架重组、细胞迁移、代谢重编程及抗凋亡;

2.  核内靶蛋白磷酸化:主要磷酸化转录因子(如 c-Myc、c-Fos、c-Jun、Elk-1、STAT3 等),使转录因子活化,进而结合靶基因启动子,启动细胞周期、增殖相关基因的转录。

 

六、旁路放大(PLCγ-PKC 轴)

活化的 RTK 还可激活PLCγ,PLCγ 进一步激活PKC,PKC 通过磷酸化调控Pyk,最终反向增强 RTK 对 SOS 的招募,形成信号放大环路。

 

正向调控

1. 激酶交叉激活:PAK 磷酸化 c-Raf、c-Raf/B-Raf 异源二聚化,均能增强上游激酶的活性,放大信号;

2. 支架蛋白介导:MP1 拉近 MEK 与 ERK 的距离,14-3-3 蛋白在 Rap1 激活 B-Raf 的过程中,从 “抑制因子” 转为 “调控因子”,协助 B-Raf 构象重塑;

3. 旁路环路增强:PLCγ-PKC-Pyk 轴反向增强 RTK 对 SOS 的招募,进一步放大 Ras 的活化信号。

 

负反馈调控

1. 上游信号阻断(即时负反馈)

◦ Sprouty(Spry):作为 MAPK-ERK 通路激活后的靶基因产物,Spry 直接结合 SOS,阻断 SOS 与 Grb2/RTK 的结合,从源头抑制 Ras 的活化(图示红色抑制箭头)

◦ cAMP-PKA 轴:胞内 cAMP 升高激活PKA,PKA 直接磷酸化 Raf,抑制 Raf 的激酶活性,阻断级联反应的启动。

2. 激酶级联抑制(中期负反馈)

◦ IMP 与 c-Tak:IMP 结合 MEK,c-Tak 通过磷酸化修饰抑制 MEK 的活性,阻断 MEK 对 ERK 的激活;

◦ c-Raf 的交叉抑制:图示中 c-Raf 以红色箭头指向 ERK1,代表其可通过非经典机制(如招募磷酸酶)间接抑制 ERK1 的活性,平衡通路强度。

3. ERK 的直接失活(终末负反馈)

◦ MAPK 磷酸酶(MPK1/MPK3):即 DUSP 家族蛋白,是 ERK 激活后诱导表达的靶基因产物,可同时去磷酸化 ERK 的酪氨酸和苏氨酸残基,直接使 p-ERK1/2 失活;

◦ cAMPTOR2:结合活化的 ERK1,抑制其对下游靶蛋白的磷酸化能力。

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