Shc的研究进展

夏洪娟(综述)，魏 盟(审校)

(上海交通大学医学院附属第六人民医院心血管内科，上海 200233)

原癌基因Shc存在于几乎所有的多细胞生物体，从低级的线虫到最高级人类都有这一基因的表达。以往发现Shc家族有3个成员，即ShcA、ShcB和ShcC(又称为N-Shc)。ShcA是其中最早发现的Shc蛋白分子。2007年又发现了两个新成员： Jones等[1]在骨骼肌的神经肌肉接头处发现了一种新的Shc蛋白，称为ShcD；Fagiani等[2]发现了一种可以调节转移性黑色素瘤的生长和细胞转移的Shc蛋白,并命名为RaLP。

1 Shc蛋白家族概况

ShcA有3种亚型，相对分子质量分别为66×103，52×103和46×103[3]。ShcA基因编码两种mRNA：p66Shc mRNA和p46/p52 Shc mRNA。因为翻译启始位点不同，p46/p52 Shc mRNA可翻译出p46 Shc和p52 Shc两种蛋白[4]。ShcB和ShcD都有一种亚型，相对分子质量分别为68×103和75×103。ShcC以两种亚型出现，相对分子质量分别为64×103和52×103。

Shc家族蛋白在结构上都具有特有的高度保守结构域，即PTB-CH1-SH2：N端磷酸化酪氨酸结合区(phosphotyrosinebinding，PTB)、中央脯氨酸富集区1(calponinhomology 1，CHl)和C端Src同源区2(srchomology 2，SH2)[1]。此外，还有一个特殊的N端脯氨酸富集区(calponinhomology 2，CH2)。CH2区含有3个核心序列：Ser36-Pro37，Cys59，CB[cytc(cytochromec)-binding][5]。CH2区域在p66ShcA参与氧化应激及凋亡过程中发挥重要作用。

2 Shc的分子作用机制

2.1酪氨酸激酶的信号转导通路 细胞信号转导的基本方式是蛋白磷酸化，磷酸化过程是在胞内多种蛋白激酶的催化作用下进行的，其中一类比较重要的蛋白激酶是酪氨酸蛋白激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)。胞外生长因子与RTK的胞外部分结合后使受体构象发生改变，RTK活性增强，其自身的酪氨酸激酶结构域发生磷酸化[6]。酪氨酸残基发生磷酸化后形成新的磷酸化位点，该位点可以与含有SH2结构域的蛋白特异性结合[7]。Shc与生长因子受体结合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，Grb2)都是一种支架蛋白，ShcA通过SH2或PTB与RTK胞内段的磷酸酪氨酸位点相结合,导致Shc输出区CH1的酪氨酸磷酸化，进而招募Grb2的Src同源结构区(Src homology 3，SH3)，激发Ras/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)级联反应[8]。

2.2Ras-Raf-MAPK信号通路 胞外信号诱导RTK二聚化及自身磷酸化，进而招募Grb2的SH3结构域结合到磷酸化的RTK后，Grb2的另一个SH3结构域即可结合SOS(son of sevenless)。SOS是一种Ras特异的鸟核苷酸交换因子，Ras是一种鸟核苷酸结合蛋白，具有内源性GTP酶活性。SOS蛋白招募Ras蛋白，SOS蛋白通过促进Ras蛋白进行GDP与GTP的交换来激活或失活Ras：在SOS的作用下，Ras的GDP被游离的GTP替代，激活Ras；在内源性GTP酶的作用下，Ras-GTP被水解成Ras-GDP，Ras失活[9]。Ras活化后进一步激活MAPK级联反应，MAPK激活后可以入核，进而激活多种核转录因子和激酶，最终影响基因转录、调节以及细胞功能；而Ras失活抑制下游信号通路激活，从而抑制核转录因子激活[10]。

2.3磷脂酰肌醇3-激酶/苏氨酸激酶信号通路 ShcC主要参与磷脂酰肌醇3-激酶/苏氨酸激酶(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)信号通路，PI3K有p85和p110两个亚基。相应配体结合Ret(胶质细胞源性神经营养因子受体),引起Ret磷酸化并招募ShcC。在磷酸化Ret作用下，ShcC也被磷酸化。磷酸化的ShcC结合衔接蛋白Gab1，间接结合PI3K的p85亚基。PI3K被激活，进而激活Akt及下游信号通路，抑制凋亡[3]。

2.4胞质激酶信号通路 p52 ShcA结合到磷酸化RTK后，也可以结合并激活Src。同时，激活的Src又可以促进Shc磷酸化，这样信号被不断扩大。Src激活下游信号通路，并发挥相应的生物功能[3]。

2.5非受体依赖型通路 整合素是一种非受体依赖型受体,有α、β两个亚基。一旦β亚基接触到细胞外基质，就会被Src家族激酶磷酸化,诱导Shc与其结合，激活下游信号通路；α亚基与支架蛋白微囊蛋白1作用，招募Src家族中的Fyn,Fyn磷酸化Shc，Shc结合Grb2，进而激活下游的Ras-Raf-MAPK；细胞骨架不完整时，黏着斑接触细胞外基质,p66 ShcA感知这种机械张力并启动凋亡[11]。

3 Shc参与氧化应激与衰老

在氧化应激的情况下，蛋白激酶C催化p66 ShcA的Ser36位点磷酸化，在Pin1介导的异构化作用下，促进p66 ShcA向线粒体移位。在线粒体内膜间隙，p66 ShcA氧化细胞色素C还原O2为H2O2,增加细胞的渗透压，促进凋亡。同时p66 ShcA又可以激活叉头转录因子FoxO，引起细胞凋亡与衰老[12]。

实验证明，p66 Shc-/-小鼠可以保护心脑血管、肾脏免受高血脂、高糖、氧化应激、缺血/再灌注等的损害[13]。p66 Shc-/-小鼠寿命比对照组延长30%[14]。

4 Shc的生理功能

4.1心血管系统 ShcA在成人广泛地表达。ShcA对小鼠早期心血管形态发生至关重要，且剔除后胚胎死亡。但只有PTB剔除具有这种致死性，CH1、SH2剔除则会导致肌束和单突触发育异常[15]。基质金属蛋白酶是降解细胞外基质成分最重要的蛋白水解系统[16]。产后心肌ShcA特异性剔除会引起细胞外基质的改变，基质金属蛋白酶表达显著增加，导致单个细胞的收缩力增强，但心脏收缩功能降低。这种收缩力的不协调最终会诱发扩张型心肌病[17]。有研究测量证明单个肌细胞收缩力增强是由于ShcA剔除增强了肌丝的钙敏感性。通常肌钙蛋白色氨酸23/24的磷酸化下调，增加钙敏感性，调节收缩力，但ShcA是通过影响蛋白激酶C/MAPK和PI3K/AKT途径增加钙敏感性的[18]。单独剔除ShcA的PTB区也会引起扩张型心肌病，而破坏SH2不会引起严重的心脏表型。因此，ShcA的PTB区参与抑制心脏扩张，而与SH2区无关。最近研究发现，p66 ShcA基因剔除可抵抗血管紧张素Ⅱ引起的心脏重构及心肌细胞内皮细胞凋亡[3]。

4.2神经系统 ShcA主要在外周神经系统表达，ShcC则在中枢神经系统表达，ShcC又称为N-Shc。在胚胎发育早期ShcA的表达较高，但随着发育其表达逐渐下降[19-20]。ShcC在胚胎形成期并不表达，但在出生前表达急剧升高。在神经发育过程中，早期以ShcA为主调节神经干细胞/祖细胞的增殖，p66 ShcA上调诱导神经从胚胎干细胞中分化。之后，ShcC的CH2区域参与维持神经元的存活，促进神经元分化成熟[21]。ShcB和(或)ShcC剔除小鼠颈上神经节的交感神经元减少，脊髓背根的感知神经元减少，但是感知正常，且都可以成活，故ShcC在神经系统中发挥重要作用。最近,研究发现在有丝分裂后的胚胎神经元表达ShcD，并且ShcD可以与多种神经元的RTK结合，如原肌球蛋白相关激酶B和骨骼肌特异性受体酪氨酸激酶，但ShcD在这一新领域仍需进一步研究[22]。

4.3促进血管内皮生长因子生成和肿瘤的早期形成 只有在原有的脉管系统生成新的血管，为肿瘤提供足够的氧和营养，肿瘤才会继续生长。血管内皮生长因子是最重要的促血管新生因子，肿瘤周围的基质和浸润的血液细胞促进血管内皮生长因子分泌，癌细胞自身也可以分泌[23]。Shc可以招募RTK癌基因蛋白，增加血管内皮生长因子的表达水平[24]。表达Shc RTK癌基因蛋白的纤维母细胞可分泌血管内皮生长因子，并促进血管生成，进而诱导肿瘤的形成。最近还发现N-Shc在多种肿瘤的发生、发展过程中起重要作用，尤其是成神经细胞瘤和甲状腺癌[25]。

4.4介导高血糖导致的内皮祖细胞凋亡 高浓度葡萄糖诱导内皮祖细胞凋亡，此时内皮祖细胞内的p66 ShcA蛋白表达升高。p66 ShcA剔除使细胞合成一氧化氮升高，一氧化氮可以保护内皮祖细胞免受高糖破坏。但这一现象具有组织特异性，在心脏祖细胞会发生而在其他组织细胞中则不一定发生。随着进一步研究，p66 ShcA可能会成为治疗糖尿病血管并发症的新靶点[26]。

5 结 语

在过去的20年里，对Shc衔接蛋白亚型、结构、分子机制、致癌等生理功能的研究取得了重大进展。但仍有许多问题尚待解决：①对新发现的ShcD、RaLP还知之甚少,尤其是RaLP，对其认识几乎为零。②Shc家族有四大亚型，具有几乎一样的结构域，且可以与某些共同的蛋白结合激活，但它们却能实现不同的生物功能并维持细胞内信号稳态，其中的机制仍需进一步研究。目前，p66 ShcA是氧化应激衰老与心血管病共同的最后通路蛋白，现已用作药物作用靶点。随着研究进一步深入，p66 ShcA可望开启人类衰老问题研究的新篇章。ShcC是一种神经应激反应蛋白,研究发现酪氨酸磷酸化的ShcC可以影响神经细胞内淀粉样前蛋白的形成过程，降低β粉样蛋白的水平，这可能为治疗阿尔茨海默病提供新的途径。

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