信号转导蛋白：细胞通讯与药物发现的关键枢纽

 

细胞通过一系列复杂的信号转导机制相互沟通，维持生命的稳态和适应外界的变化。调控细胞内外通讯的关键分子是信号转导蛋白。这类蛋白有控制细胞分裂和增殖的细胞周期蛋白、调控基因表达的转录因子、对信号级联过程进行精细调节的调控蛋白等。

信号转导机制的探索起源于20世纪50年代，从磷酸化调控酶活性与cAMP第二信使的发现为起始，历经G蛋白偶联受体跨膜信号传递、酪氨酸/丝氨酸激酶介导的磷酸化级联、SH2/PB等蛋白模块的信号组装、Ras小G蛋白与MAPK级联的胞内传导网络等关键突破。到了1980年，M. Rodbell在一篇综述文章中首次提出了信号转导（Signal Transduction）这一术语。

信号转导阐明了细胞信号时空特异性的精细调节，为癌症、免疫缺陷等疾病中的信号异常机制提供线索，更加推动了靶向蛋白激酶药物的开发。SignalChem Biotech（义翘神州全资子公司）提供优质重组蛋白产品，涵盖SMADs、STATs、Cyclins、TDP-43和p53等重要信号转导蛋白，助力科研人员解析疾病机制及开发调控信号通路的调节剂。

01 信号转导的核心机制

蛋白质信号转导是细胞通过膜表面受体或细胞内分子感知外界信号，转化为细胞内响应的过程，具体是一系列由酶催化的反应。它们负责将细胞外的信号分子配体（如激素、生长因子、细胞因子等）传递至胞内，配体与特定受体结合，激活细胞内的信号级联反应，引发细胞特定的生物学反应。

 

JAK-STAT信号通路示意图（源自文献：doi: 10.1016/j.cell.2022.09.023）

信号转导核心机制主要涉及以下几个方面：

1）受体介导的信号识别

细胞膜上的受体蛋白是信号转导的起点，如细胞因子受体、G蛋白偶联受体GPCR、Ⅱ型受体。在JAK-STAT信号通路中，细胞因子与其受体结合，使受体发生二聚化。信号进入胞内，激活JAK激酶，对受体酪氨酸残基进行磷酸化，形成STAT停靠位点。

2）蛋白质修饰与调控

磷酸化-去磷酸化是信号转导的核心修饰方式。激酶（如JAK、MAPK）将磷酸基团转移至靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸或酪氨酸残基，激活其功能。磷酸酶（如PP2A）则通过移除磷酸基团使蛋白失活。这种“活化-非活化”的动态平衡确保信号精准传递。

3）基因转录激活

在JAK-STAT信号通路中，进一步磷酸化后的STAT与受体解离，通过SH2结构域-磷酸酪氨酸相互作用形成同源二聚体或异源二聚体。STAT二聚体进入细胞核，并结合到特定的DNA序列，调控下游基因的转录，引发细胞的生物学效应，如炎症反应、细胞增殖、免疫调控等。

02 蛋白质在信号转导中的作用

蛋白质在细胞信号转导中发挥着核心作用，通过多种机制实现细胞内外信息的传递与调控，维持生命活动的正常进行。如SMAD蛋白介导TGF-β和BMP信号，调控细胞增殖、分化以及细胞外基质（ECM）重塑，其异常调控可导致纤维化和肿瘤。Cyclins通过与CDKs协同作用调节细胞周期转换和DNA修复，其扩增或突变可导致异常细胞生长和肿瘤发生。p53作为核心转录因子，通过诱导细胞凋亡、DNA修复和细胞周期停滞来维持基因组稳定，而其失活则会导致细胞无限增殖并促进癌症进展。

蛋白质类型	核心作用	代表性蛋白质
受体蛋白	信号接收与启动膜受体	GPCR、细胞因子受体、类固醇受体
信号转导蛋白	信号传递与放大	SMAD家族、Cyclins
第二信使生成蛋白	信号转换	腺苷酸环化酶、磷脂酶C
蛋白激酶	信号调控	JAK、RTK、MAPK
转录因子	信号响应与基因表达	STAT、NF-κB、CREB
衔接与适配蛋白	信号整合	Grb2、Shc、14-3-3蛋白

03 信号转导蛋白在研究中的应用

Tau病是一种异质性神经退行性疾病，其特征是微管相关蛋白Tau发生异常磷酸化和聚集，且Tau蛋白聚集物在神经元中积累。研究发现PERK通路的激活可能是Tau病的一个潜在治疗靶点。Costa等人开发了一种检测PERK激活剂的无细胞筛选体系，以SMAD3（Cat#：S12-30G，SignalChem）作为底物蛋白，可使发光信号提升近15%，可用于高通量筛选（HTS）研究。

PERK通路中不同底物的检测结果，SMAD3SMAD3被证实是适宜底物蛋白（源自文献：doi: 10.1371/journal.pone.0283943）

义翘神州解决方案

义翘神州及其全资子公司SignalChem Biotech提供200多种重组信号转导蛋白，涵盖SMADs、STATs、Cyclins、TDP-43和p53等重要靶点，为解析信号通路、细胞周期调控及转化医学研究提供强有力工具，助力科研人员解析疾病机制、筛选治疗靶点，并开发能够修复或精细调控异常信号通路的调节剂。

【参考资料】

1.Rachael L. Philips, et al. The JAK-STAT pathway at 30: Much learned, much more to do. Cell, 2022.

2.Costa, M. F. D., Höglinger, G. U., & Rösler, T. W. Development of a cell-free screening assay for the identification of direct PERK activators. PloS one, 2023.

3.Cheng, C., Yun, F., Ullah, S., & Yuan, Q. Discovery of novel cyclin-dependent kinase (CDK) and histone deacetylase (HDAC) dual inhibitors with potent in vitro and in vivo anticancer activity. European journal of medicinal chemistry, 2020.