PH 結構域是一種存在于多種信號轉(zhuǎn)導蛋白和細胞骨架蛋白中的大約由120個氨基酸組成的功能性區(qū)域.該文綜述了近三年來有關PH結構域的研究進展.不同蛋白質(zhì)中的PH 結構域在一級結構上同源性并不很高，但其空間結構中肽鏈主鏈的折疊方式基本相同,，而主要差別存在于其中的三個可變環(huán)上,，含有這些環(huán)的側面帶有正電荷，被認為可能是其配體的結合部位.目前已知的配體有G蛋白b g 亞單位（Gb g ）,、蛋白激酶C（PKC）和磷脂酰肌醇衍生物（PIP2 或IP3 ）,，所以PH 結構域可能介導信號蛋白與這些分子間的相互作用，參與細胞信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡的構成.
關鍵詞 PH 結構域 信號轉(zhuǎn)導
PH結構域是一種存在于多種信號蛋白和細胞骨架相關蛋白中的大約由120個氨基酸組成的功能性區(qū)域.由于它們與Pleckstrin(一種血小板內(nèi)主要的蛋白激酶C(PKC)的底物)中的一段重復序列具有同源性,，所以稱為Pleckstrin Homology(PH)結構域.這一同源區(qū)的頻繁出現(xiàn)是Mayer等和Haslam等分別于1993年在進行計算機基因庫資料分析時發(fā)現(xiàn)的〖1,，2〗.目前已發(fā)現(xiàn)的含有 PH結構域的蛋白質(zhì)有90余種，主要為一些參與信號傳遞的分子.PH 結構域在信號轉(zhuǎn)導分子中的廣泛分布提示,，PH 結構域可能與SH2和SH3結構域類似,，在細胞信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡中介導信號分子間的相互作用.
不同蛋白質(zhì)中的PH 結構域在一級結構上的同源性并不很高，但是通過對空間結構的研究發(fā)現(xiàn),，其肽鏈主鏈折疊方式基本相同,，這樣就在結構上證實了PH 結構域是一真正的功能性單位.
PH 結構域的結構特點
PH 結構域基本上由兩個反向平行的b -片層結構和一個長的C-末端a -螺旋構成.一組b -片層結構由b 1、b 2,、b 3和b 4四條鏈反向平行組成，另一組b -片層結構由b 5,、b 6和b 7三條鏈反向平行組成.b 1/b 2,、b 3/b 4和b 6/b 7間各有一個環(huán)結構（見圖1）.這兩組b -片層結構在空間上近似垂直，曾有人把這一結構形容為“b -桶”,，但Ferguson等（1994）認為,，這些靠氫鍵連接起來的結構不可能圍成一個桶形，而是相互包裹形成一個三明治樣結構〖3,，4〗.將幾種蛋白質(zhì)的結構進行比較,，發(fā)現(xiàn)不同PH 結構域b -片層結構和a -螺旋在不同PH 結構域中基本相同，而b 鏈間的三個環(huán)在序列和結構上變化較明顯.將幾種PH 結構域的序列進行比較發(fā)現(xiàn)：b 1/b 2,、b 3/b 4和b 6/b 7連接環(huán)只在長度上稍稍保守,，它們都位于分子的一個側面,，而分子的另一側，圍繞著a -螺旋,，則形成一個在結構上更為保守的側面.這樣,，PH 結構域的一個表面特別可變的這個特點決定了每種PH 結構域可能都有其配體結合特異性.這些可變成分位于b -片層的骨架上，提示它們可能成為免疫球蛋白可變區(qū)結構域的抗原識別點〖3〗.
對Dynamin,、PLC-d 1,、Spectrin和Pleckstrin等蛋白質(zhì)中PH 結構域的結構研究表明，PH 結構域具有表面極性:其較保守的一面,，即包括a -螺旋的一面,，帶有負電荷，而另一面,，即包括可變環(huán)的一面,，則帶有正電荷，其它疏水殘基位于分子內(nèi)部.這種與可變環(huán)位置相聯(lián)系的極性,，也是PH 結構域的一個保守特點,，它提示，PH 結構域的配體可能帶有負電荷〖3〗.
圖1 Dynamin PH結構域的空間結構（X-線晶體衍射圖譜分析結果）
A: 從垂直于兩個β-片層平面的角度看,，兩個β-片層分別由β1,，β2，β3,，β4四條鏈 和β5,，β6，β7三條鏈構成,，α- 螺旋位于C-末端.
B: 沿著β-片層平面,，從兩個β-片層中間看，相當于分子沿著A圖視角的垂直軸轉(zhuǎn)了90°.兩個β-片層將α-螺旋夾在中間,，形成一個三明治樣結構.
（此圖引自Ferguson等,，Cell， 1994,，79(21):199-209）
已有研究表明,，酪氨酸蛋白激酶Btk（Bruton Tyrosine Kinase Btk） PH 結構域中的R28C突變，即由半胱氨酸取代精氨酸,，與XID小鼠的性染色體連鎖性免疫缺陷癥（xid）有關〖5〗.R28相應位于b 2鏈中部,，在人Dynamin PH結構域中，這一位置是酪氨酸（Y33）.Dynamin PH結構域在溶液狀態(tài)時,，這一酪氨酸（Y33）暴露于帶正電荷的分子表面,，這一表面包括可變環(huán)〖3〗.Btk R28C的突變效應提示，PH 結構域的這一區(qū)域?qū)τ谂潴w結合非常重要.
PH 結構域的功能
PH 結構域雖然已在很多蛋白質(zhì)中被發(fā)現(xiàn),，但其功能尚不十分清楚.一般認為,，PH 結構域可能與SH2和SH3類似,，介導信號分子間相互作用.前已述及，Btk R28C突變可引起小鼠的性染色體連鎖性免疫缺陷癥.在人類性染色體連鎖性低g -球蛋白血癥（XLA）病人中也檢測到數(shù)種Btk點突變是發(fā)生在PH 結構域中的〖6〗.雖然XID小鼠B細胞不能正常地被激活,，但Btk酶本身活性不受影響,，說明是Btk與信號轉(zhuǎn)導途徑中的其它分子的相互作用受到了影響〖6〗.因此，尋找PH 結構域的相應配體成為近三年來各組研究人員競相研究的熱點,，并取得了相當大的進展.正如從有關結構中預測的那樣,，PH 結構域的配體確實具有一定的多樣性，目前已知的有,，G蛋白b g 亞單位 ,、蛋白激酶C 和磷脂酰肌醇衍生物(4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）或1,，4,，5-三磷酸肌醇（IP3)）等三種，下面我們分別介紹.
1 PH 結構域與Gb g 的相互作用
G蛋白是細胞信號轉(zhuǎn)導途徑中的一種具有重要調(diào)節(jié)功能的信號蛋白.Gb g 和Ga 分別是G蛋白中的兩個功能亞單位.早期人們曾認為,，Gb g 亞基的作用僅僅是結合Ga 亞基,，后來有許多證據(jù)表明，Gb g 亞單位亦可直接調(diào)節(jié)胞內(nèi)的信號傳遞,，如,，Gb g 可激活PLC-b .1994年，Touhara等將含有PH 結構域的九種蛋白質(zhì):β-腎上腺素能受體激酶（b -ARK）,、磷脂酶C-γ(PLC-g ),、胰島素受體底物-1（IRS-1）、Spectrin,、Rac-b ,、氧化甾類結合蛋白(OSBP)、Ras-GTP酶活化蛋白(Ras-GAP),、Ras-鳥苷酸釋放因子(Ras-GRF)和g -球蛋白缺乏癥酪氨酸激酶(Atk)的GST融合蛋白分別與Gb g 作用,，發(fā)現(xiàn)它們與Gb g 均有不同程度的結合，其中以b -ARK結合性最強.但Gb g 只與PH 結構域的C-末端結合.同時,，Gb g 和PH 結構域的結合與Gb g 和Ga 的結合相互排斥〖7〗.這提示,，PH 結構域與Ga 在它們與Gb g 結合點上結構相似.最近Srinivason等（1996）進一步研究發(fā)現(xiàn)：Ga 轉(zhuǎn)換 Ⅱ 區(qū)與PH 結構域的C-末端相似〖8〗.Gb g 能與如此多的含PH 結構域的信號分子作用提示，Gb g 的胞內(nèi)靶分子范圍可能比原來想象的更寬,，作用更廣泛. 例如，Tsukada等 (1994)研究發(fā)現(xiàn),，在體內(nèi)外Btk都與Gb g 結合,，提示胞漿酪氨酸蛋白激酶（PTK）與G蛋白在信號轉(zhuǎn)導上有聯(lián)系〖9〗.Langhans等（1995）應用共轉(zhuǎn)染檢測技術研究發(fā)現(xiàn)，Tsk和Btk（二者均為含有PH 結構域的酪氨酸蛋白激酶 ）可被Gb g 激活;并且在體外,，Tsk酶活性可因Gb g 與其它膜上分子的結合而增強〖12〗.這些發(fā)現(xiàn)提示,，酪氨酸蛋白激酶家族可能通過PH 結構域成為G蛋白的效應分子.
2 PH 結構域與PKC的相互作用
PKC參與細胞內(nèi)多種信號轉(zhuǎn)導途徑,，與細胞的生長和分化密切相關〖11〗.1994年，藥立波（本文作者之一）在美國拉霍亞免疫學和變態(tài)反應學研究所做客座研究時報告了Btk經(jīng)由其N-末端的PH 結構域與PKC的相互作用〖12〗.我們發(fā)現(xiàn)Btk在細胞內(nèi)外均可與PKC相結合存在.應用GST-Btk(PH)表達載體制備的GST-Btk-PH融合蛋白做親和純化分析表明,，這種結合是由Btk中的PH 結構域介導的.為了確定Btk-PH 結構域中與PKC相結合的區(qū)域,，我們構建了多種缺失突變的Btk-PH 結構域，用這些缺失突變的PH 結構域證實了負責與PKC結合的部位為Btk- PH 結構域的b 2和b 3鏈,，這一部位與PIP2的結合區(qū)有重疊,，所以PIP2對PKC與Btk的結合可能有競爭作用〖13〗.對于Btk與PKC的結合的生理意義，我們觀察到,，PKC在體外對Btk的活性有抑制作用,，尤其當在細胞內(nèi)使用PKC抑制劑時，抑制劑可以明顯促進Btk對外源刺激的活化反應.但這種負調(diào)節(jié)現(xiàn)象在細胞內(nèi)信息傳遞網(wǎng)絡中究竟起著什么樣的作用,，目前仍在探討中.
3 PH 結構域與PIP2和 IP3的相互作用
PH 結構域不僅介導蛋白質(zhì)──蛋白質(zhì)相互作用,，還可能通過與PIP2或 IP3的作用介導蛋白質(zhì)—脂質(zhì)相互作?1993年，Cifuentes等發(fā)現(xiàn)PLC-d 1的N-末端部分,，包括PH 結構域,，可以形成一個與PIP2結合的部位〖14〗.Harlan等（1994)應用離心方法研究發(fā)現(xiàn)，幾種PH結構域（Tsk,、Ras-GAP和b -ARK）都可特異地與含PIP2的脂膜結合,，這一結合涉及PH結構域帶正電荷的一面，結合于“b -桶 ”的邊上〖15〗. 進一步的研究表明,，PLC-d 1 PH 結構域與PIP2和IP3都有高度親和力與PIP2的親和力最高.Ferguson等（1995） 研究發(fā)現(xiàn),，PLC-d 1PH 結構域帶正電荷的一面上的b 1/b 2和b 3/b 4兩個連接環(huán)主要與IP3肌醇環(huán)上的第4和第5兩個磷酸基團結合〖16〗.但Harlan等 (1994)發(fā)現(xiàn)，Spectrin只微弱地與IP3結合 ,，Pleckstrin中的PH 結構域與脂膜中PIP2親和力也很低,，〖15〗.目前尚不清楚為什么不同的PH 結構域有不同的脂質(zhì)結合性.
有人認為，PH 結構域可能通過與磷脂結合而引導信號蛋白在膜上定位,，從而使信號蛋白傳遞膜上信號.Whitehead等（1995）發(fā)現(xiàn),，PH 結構域引導Ifc蛋白質(zhì)到膜上是細胞轉(zhuǎn)化的必要步驟，而Ifc是一種與鳥苷酸交換因子（GEF）和PKC調(diào)節(jié)區(qū)結構非常相似的原癌基因〖17〗.
另外,，在對PH 結構域與Gb g ,、PKC和磷脂酰肌醇衍生物的結合部位分析中我們發(fā)現(xiàn)，PH 結構域與后三者的結合均在PH 結構域帶正電荷的一面,，并與三個可變環(huán)相關.是否它們與PH 結構域的結合位置相同,？還是有各自的特異結合點？這些還需我們進一步研究確實.不過,，對于SH2結構域,，的確存在著PIP2和磷酸酪氨酸蛋白的結合競爭現(xiàn)象.Pitcher等（1995）曾研究發(fā)現(xiàn)，PH 結構域介導的b - ARK的膜結合和激活需要PH 結構域-Gb g 和PH結構域-脂質(zhì)的共結合，只有這樣,，才能加速激動劑依賴的受體磷酸化,，這可能是一種新的蛋白質(zhì)膜結合機制〖18〗.
綜上所述，PH結構域在細胞信號傳遞網(wǎng)絡中的作用研究已經(jīng)取得了相當大的進展,，但是,，要最終明確各種PH結構域的功能、這些不同種類PH結構域在配體結合上有多大的選擇性和差異性以及它們在各自的信號傳遞途徑中有什么樣的作用等還需做大量工作,，這些問題的明確將對細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導途徑的理解有更大的幫助.
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Structure and Function of PH Domain
