第 9 章：心肌中的受体酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinases in Cardiac Muscle）
Overview of RTK Biology
受体酪氨酸激酶（RTK）自从约 30 年前第一个一级结构被分离以来，一直是研究热点，目标是阐明它们在正常细胞功能与疾病发病机制中的作用。RTK 是已知最大的酶联受体家族，是细胞表面受体的子类，共同特征是具有配体控制的内在酪氨酸激酶活性。RTK 的配体被定义为可溶或膜结合的肽类蛋白激素。当配体与 RTK 结合后，RTK 在酪氨酸残基上磷酸化底物蛋白，进而刺激信号级联反应，介导细胞生理与基因表达的重要变化。RTK 的信号转导通路广泛涉及细胞增殖与分化的调节、细胞存活的促进、细胞代谢的调节等多项功能。因此，这一受体家族在包括糖尿病、癌症和心血管疾病在内的多种疾病过程中被广泛研究与表征，并在近年来成为新型癌症治疗药物极具吸引力的靶点。
The Structural Organization of RTKs
所有 RTK 都表现出某些结构特征：N 端胞外配体结合域、单一疏水性跨膜 α 螺旋，以及具有酪氨酸激酶活性的胞质 C 端结构域。不同受体类型之间，胞外结构域中所包含的结构基序存在相当大的差异，这赋予每个受体独特的配体特异性。除了这些相似点之外，RTK 被组织为 20 个结构亚家族，每个亚家族都有其对应的蛋白配体组。RTK 之间结构的相似性允许对 RTK 的激活进行一个一般性描述：简言之，信号蛋白结合位于细胞外部的配体结合域，从而激活位于细胞质内的酪氨酸激酶域；接着酪氨酸激酶域将磷酸基团从 ATP 转移至其自身选定的酪氨酸侧链；细胞内信号蛋白再结合到这些磷酸化的受体上，诱导下游效应。
The Types and Subfamilies of RTKs
人类基因组计划的完成使得一份无冗余且全面的酪氨酸激酶基因目录易于获得。已识别 90 个酪氨酸激酶、58 种受体类型，分布于 20 个亚家族（见表 9.1）。RTK 包含大多数多肽生长因子。事实上，大多数 RTK 由单条多肽链组成；少数例外是胰岛素受体和一些相关受体，它们由两对多肽链组成的二聚体形式存在。
RTK Signaling
RTK 信号通常分为三个阶段：配体诱导的受体二聚化、自磷酸化和下游信号传递。二聚化可以通过三种可能的机制发生。第一种，生长因子如 SCF（kit 配体）、VEGF 或 NGF 本身就是两条相同多肽链以共价键连接的二聚体，可同时结合两个不同的受体分子。最近的研究表明，这一过程可以是完全由配体介导、完全由受体介导，或是两者的组合。其他 RTK 如 FGFR 则以簇状方式结合蛋白聚糖，使配体能够交联它们的受体。这些蛋白聚糖可以位于胞外基质或细胞表面。第三种 RTK 是单体性、膜结合的信号蛋白，例如 ephrins，它们通过在信号细胞的质膜中聚集来交联各自的 Eph 受体。
二聚化的多肽链随后在两个阶段中互相交叉磷酸化。首先，催化位点附近磷酸化唇上的酪氨酸残基被磷酸化。这引起构象变化，使某些受体（如胰岛素受体亚家族）能够结合 ATP，或在其他受体（如 FGF 受体）中允许底物蛋白的结合。磷酸化的酪氨酸作为对接位点，供胞内蛋白结合以介导下游效应。自磷酸化机制可通过在细胞质中催化结构域外的特定结合位点来调节增加的受体蛋白激酶活性，并可使其他蛋白结合这些新位点，进而向激活受体的下游传递细胞内信号。
下游信号通过若干已表征的机制进行转导（图 9.2）。一些对接蛋白是诸如磷脂酶 C-γ（PLCγ）这样的酶。PLCγ 激活肌醇磷脂信号通路——该通路也是 G 蛋白偶联受体通路下游的一个组分。PLCγ 通过其 SH2 结构域与 C 端尾部的特定磷酸化酪氨酸结合。PLCγ 的激活导致 DAG 和 IP3 的形成，进而引发 RTK 介导的钙离子从细胞内储存中的释放。钙离子的内流介导多种重要的细胞过程。另一方面，DAG 激活 PKC，对 RTK 提供负反馈机制。另一种机制模拟 JAK-STAT 通路，类似地诱导磷酸化的 STAT 二聚化。STAT 蛋白已知与 JAK 家族的胞质结构域结合，也可以被 RTK 不加选择地刺激。这导致 STAT 酪氨酸磷酸化并发生同型或异型二聚化，最终调节靶基因转录。
更常见的情况是，RTK 介导一连串蛋白-蛋白相互作用。例如，磷脂酰肌醇 3-激酶（PI 3-激酶）在质膜上产生特定脂质分子，以吸引其他信号蛋白并启动下游信号转导。在其他情况下，诸如 SHC（Src 同源性 2）和 PTB（磷酸化酪氨酸结合）等接头蛋白与磷酸化酪氨酸对接位点相互作用。这些接头蛋白提供结合特定含磷酸化酪氨酸肽的蛋白结构域，充当连接与特定下游蛋白相互作用的纽带。最佳表征的蛋白结构域是 SH2 结构域，最初在劳斯肉瘤病毒的致癌蛋白 Src 上发现。SH2 结构域约有 100 个氨基酸，结合到磷酸化酪氨酸残基上的特定短肽序列，从而产生若干效应：含 SH2 的蛋白定位至质膜、与其他蛋白结合、促进进一步的磷酸化，以及激活酶活性。
一条被良好表征的 RTK 介导的下游效应是通过 Ras 激活进行细胞增殖。Ras 激活最初是在用 PDGF 和 EGF 混合物处理培养的成纤维细胞中通过诱导增殖发现的。随后显微注射抗 Ras 抗体阻断了增殖；另一方面，注射一个组成性激活的突变 Ras 蛋白（RasD）非常低效地水解 GTP，导致持续激活状态。因此，在没有生长因子的情况下也观察到成纤维细胞增殖。配体依赖的 RTK 介导的 Ras 激活被认为通过若干步骤发生：两个胞质蛋白 GRB2 和 Sos 提供与下游 Ras 激活的连接。GRB2 蛋白上的 SH2 结构域特异性地与激活受体的磷酸化酪氨酸残基结合。GRB2 还包含两个 SH3 结构域，识别并因此激活 Sos。Sos 进一步作为鸟嘌呤核苷酸交换蛋白（GEF），将无活性的 GDP 结合形式的 Ras 转换为有活性的 GTP 结合形式。
并非所有结合激活 RTK 的蛋白都传递或放大信号。一些蛋白相互作用通过减弱信号传导过程形成负反馈机制。例如，一种称为 Cbl 的接头蛋白拥有 SH2 样结构域，可结合激活的受体以催化泛素偶联。泛素化进而促进受体的内化和降解，最终导致受体的下调。
Biological Role of RTKs
RTK 已成为许多关键细胞过程中的关键调节因子，包括细胞增殖、分化、存活、代谢、迁移和细胞周期控制。RTK 的遗传变化、过表达或失调与广泛的疾病相关联。更具体地说，四种主要机制被认为介导了异常的 RTK 激活：自分泌激活、染色体易位、RTK 过表达和功能获得性突变。RTK 还在发育性突变中被识别，这些突变在若干模型（线虫、果蝇和小鼠）中的多种细胞类型中阻断了分化。这些物种之间的机制似乎是高度保守的。
RTK 突变和下游效应的异常激活已与癌症、糖尿病、炎症、严重骨病、动脉粥样硬化和血管生成相关联。因此，RTK 在许多人类疾病，尤其是肿瘤学领域，是作为重要药物靶点被深入研究的对象。两类癌症疗法已被开发出来。第一类是小分子抑制剂，如 imatinib（Gleevec）和 sunitinib（Sutent），它们专门靶向细胞内酪氨酸激酶结构域的 ATP 结合位点。第二类包括诸如 trastuzumab（Herceptin）和 bevacizumab（Avastin）等药物，是单克隆抗体，干扰 RTK 的激活并优先靶向表达 RTK 的细胞以便免疫系统将其破坏。尽管在 RTK 相关疗法方面取得了如此突破，一个担忧是癌症会对酪氨酸激酶抑制剂产生耐药性。因此，开发逃逸机制对于规避或防止耐药性的发展至关重要，也许可以采用联合用药。
EGFR — Cardiac Development
虽然相当大比例的 RTK 与心脏发育和胚胎发生相关，但 ErbB 家族是被最广泛表征的。大量文献已将 ErbB 信号确立为心脏发育和功能的关键介质。四个受体在心脏发育和功能中起重要作用：EGFR/ErbB1/HER1、ErbB2/HER2/neu、ErbB3/HER3 和 ErbB4/HER4。研究人员已识别 ErbB 受体在心脏发育中的四个主要功能：心肌小梁形成、心脏传导系统的发育、心内膜垫形成后瓣膜的重塑，以及心肌细胞的存活与维持。
神经调节蛋白 1（Nrg1）是一种配体，与 ErbB4 和 ErbB2 形成复合物指导心肌小梁形成。当心室心肌细胞聚集、迁移并扩展入心脏凝胶界面时，心脏小梁形成；该界面随后发育成片状突起。Liu 等人发现，ErbB2 表达的丧失导致在心脏发育的小梁形成阶段中心肌细胞增殖完全缺失。ErbB2 信号传导也可能在此心脏发育阶段调节心肌细胞的方向性迁移。心肌小梁增强了心脏收缩性和室内传导。未能介导这一基本发育步骤会导致人类成体的胚胎致死性。
除了指导心肌小梁形成之外，ErbB2 信号也可能直接调节心脏收缩力。在 ErbB2 突变体中减弱的 ErbB2 信号导致进行性心脏功能障碍、缩短分数和传导异常。ErbB2 突变体的心脏也保留在心脏兴奋性的胚胎状态，特征为从底部到顶部的传播，而不是发育为成体的从顶部到底部的传导形式。这些结果表明，ErbB2 信号是心脏传导系统发育不可或缺的。
ErbB3/HER3 信号介导心内膜垫形成后的心脏瓣膜重塑。ErbB3 表达的敲除会破坏心内膜垫的形成，导致扩张型心肌病和增大的黏液瘤性瓣膜。最终，在 ErbB3 突变体中观察到早期产后致死性。另一方面，组成性激活的 Ras 和失活的 NF1 下游导致过度增殖的心内膜垫，这也与生命不相容。
在发育的围产期阶段，ErbB2/4 信号在心肌细胞维持和存活中是必需的。NRG-1 是与 ErbB2/ErbB4 结合的配体，诱导信号级联，介导心脏发育期间心肌细胞的存活、分化和迁移。NRG-1 的异二聚体和同二聚体均激活 PI3K，部分参与 Akt 的诱导。Akt 的激活对心肌细胞存活至关重要，并通过调节 bcl-2 蛋白表达调控凋亡。
EPH — Cardiac Development
EPH/Ephrin 受体-配体系统代表了一种独特的双向信号系统，其复杂性仍未被完全理解。EPH 受体是 RTK 中最大的亚家族。已知 EPHA3 控制细胞形状和迁移，这些是心脏发育中的关键过程。心内膜垫细胞经历上皮-间质转化，导致房室瓣和房间隔、室间隔膜部的形成。Stephen 等人证明，敲除 EPHA3 表达导致房间隔和房室心内膜垫发育缺陷，最终引起心脏衰竭伴明显的房间隔扩大和房室传导异常，出生后第 2 天死亡。EPHA3 敲除小鼠也显示出心内膜垫细胞凋亡略有增加，但更有趣的是，细胞迁移显著减少。据推测，ephrin-A1 配体与 EPHA3 受体形成复合物，介导心脏发育期间的关键形态发生信号。
FGFR — Cardiac Development
如表 9.1 所示，成纤维细胞生长因子受体（FGFR）调节多种生理功能。FGF 和 FGFR 在早期心脏发育中高水平表达，随着心脏有丝分裂指数下降而随后减少。FGFR-1 亚型对正常心脏发育至关重要，并且是心脏组织中发现的主要类型。FGFR-1 信号在心肌细胞增殖中的需求已在果蝇、鸡和小鼠的研究中得到证明。FGFR-1 信号驱动心肌细胞增殖、分化以及心肌的维持。相比之下，FGFR-1 在成体心脏组织中表达水平较低，而成体心脏组织通常是不增殖的。
IGFR — Cardiac Development
胰岛素样生长因子受体（IGFR）也已被证明在心脏发育中起必要但与 FGF 不重叠的作用，是必需的致有丝分裂信号系统。最近的工作表明，IGF-2 可同时激活 IGFR-1 和 IGFR-2，是中期妊娠心脏发育期间从心外膜衍生的强效致有丝分裂因子。IGF-2 被敲除的小鼠表现出心室壁增殖显著减少以及心室发育不全。IGF-2 敲除小鼠中受损的心脏发育可能由 IGFR 依赖性 ERK 激活的抑制所介导。
PDGFR — Cardiac Development
血小板衍生生长因子受体（PDGFR）已知调节多种生物过程，并被发现对心脏发育至关重要。消融 PDGFR 会导致胚胎和新生儿阶段的死亡。研究已表明，破坏 PDGFRα 表达会导致心脏扩大，原因是心房和心室扩张。另一方面，PDGFRβ 敲除小鼠看起来正常，但这可能归因于 PDGFRα 的代偿效应。当 PDGFRβ 在负荷诱导的应激背景下被减弱时，突变体发生心脏功能障碍和衰竭。Leveen 等人证明，缺乏 PDGF-B 的小鼠在晚期胚胎中表现出心脏和主动脉扩张，Price 等人则表明增加 PDGF-AA 和 PDGFBB 配体加速了心肌发育的速度。重要的是，Tallquist 和同事最近证明了心外膜 PDGFR 信号传导的特异作用：心外膜特异性缺失 PDGFR-β 导致心外膜衍生的血管平滑肌细胞（VSMC）不足，导致冠状动脉发育严重异常。
TRK — Cardiac Development
原肌球蛋白受体激酶（TRK）家族的成员已被识别为神经元存活、分化和传递的重要调节因子。这些受体在神经元和神经嵴细胞上表达，也表达于肌肉、肺、肾、心脏和平滑肌细胞。TRK 家族的配体被称为神经营养因子，包括神经生长因子（NGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）、神经营养因子 3（NT-3）和神经营养因子 4/5。Hempstead 和同事发现，TRKC 受体信号传导是早期心脏发育中心肌细胞增殖所必需的。更具体地说，他们发现 NT-3 是心室发育中重要的 TRKC 依赖性致有丝分裂因子，独立于对心脏神经元或神经嵴衍生心脏细胞的影响。TRKC 缺陷小鼠表现出心室间隔、瓣膜形成、流出道间隔和旋转以及动脉导管未闭闭合方面的缺陷。
ROR — Cardiac Development
受体酪氨酸激酶样孤儿受体（ROR）是一类高度保守的酪氨酸激酶受体家族，在骨骼和神经发育中起作用。它们被认为指导细胞运动和细胞极性，ROR2 亚型在小鼠发育中的胚胎心脏和神经系统中表达。ROR2 在鳃弓、心脏、四肢和尾芽以及发育中的神经系统中表达。当 ROR2 位点发生突变时，小鼠模型表现出心脏间隔缺损，主要发生在心室。尽管这些受体基于缺乏已建立配体而命名，但最近发现表明 Ror 家族成员 CAM-1 是一种 Wnt 受体；目前研究正在进行，以确定其他 Ror 家族成员是否也表现出对 Wnt 蛋白的类似选择性。
VEGFR — Cardiac Development
最后，血管内皮生长因子受体（VEGFR）是一个亚类，因其在血管生成中的作用而广为人知。这些受体表达于胚胎肺、肾和心脏组织，对血管内皮细胞具有致有丝分裂作用。有证据表明，使 VEGF 失活会导致心肌缺陷，表现为心室壁变薄、收缩功能减弱以及冠状动脉微血管生长稀疏。从机制上看，VEGF 似乎增强内皮干细胞分化中 Flt-1 和 Flk-1 的表达。特别地，ERK 介导 Flk-1 上调，这对 VEGF 诱导的心肌细胞分化至关重要。这些发现提示 VEGFR 信号传导对于衰竭心肌细胞的再生可能是至关重要的。
EGFR — Adult Cardiac
如上一节所述，EGFR/ErbB 家族在心脏生理中扮演着极为多样的角色。在代偿性心脏功能方面，先前的研究已表明 ErbB2 和 ErbB4 阻断会导致扩张型心肌病。当施加机械应变时，NRG-1 mRNA 表达在向心性左室肥厚的发展过程中被上调。相比之下，NRG-1 表达随着离心性心室肥厚的发展而降低。Negro 等人表明，ErbB2 条件性突变体表现出扩张型心肌细胞、心腔扩张、室壁变薄和收缩功能下降。这表明 ErbB2 信号传导对于预防扩张型心肌病是必不可少的。然而，ErbB1 信号传导通过阻断 ErbB2 诱导的信号级联，作为抵抗应激诱导代偿的机制。
心肌再生的一种潜在治疗策略是通过操纵神经调节蛋白诱导的 ErbB4 信号传导。Bersell 等人证明，ErbB4 失活会降低体内心肌细胞增殖。相反，在成体小鼠中注射神经调节蛋白可通过上调细胞周期活性增强心肌再生。这导致心肌梗死后心功能的改善，提示利用 ErbB4 信号传导可能有益于心肌细胞修复。临床前研究也表明，用神经调节蛋白治疗可在若干心肌病动物模型中延长存活期。基于这些临床前发现，针对神经调节蛋白作为心肌病患者治疗药物疗效的临床试验已经开始。最近发表的一项针对接受重组神经调节蛋白治疗的少量心力衰竭患者的研究结果表明，这种方法可能在失代偿性心力衰竭患者中急性改善心脏血流动力学。
Insulin Receptor — Adult Cardiac
胰岛素受体与多种形式的人类心血管病理强烈相关，并在心脏中具有独特的作用。胰岛素信号传导可能解释糖尿病患者心肌梗死后左室功能障碍的加速。一些研究表明，受损的胰岛素信号传导导致线粒体功能障碍和氧化应激。此外，INSR 信号传导是运动诱导的心脏肥厚所必需的。
当心肌细胞限制性胰岛素受体敲除（CIRKO）小鼠受到氧化应激时，与野生型相比，这些突变体表现出更高的死亡率。Sena 等人发现，与野生型相比，CIRKO 小鼠表现出左心室收缩力受损，伴有线粒体功能障碍和基因表达谱变化，特别是 GLUT4、PPAR-α、SERCA2 和脂肪酸氧化基因（包括 MCAD、LCAD、CPT2 和电子转移黄素蛋白 ETPDH 表达）的减弱。进一步证据表明，异常的 INSR 介导的信号传导可能通过心肌细胞内的内在机制促成损伤增加和不良重塑。此外，INSR 信号传导介导胰岛素诱导的心脏收缩力。一些研究提出，激活电压依赖性非选择性阳离子通道（NSCC）有助于心肌细胞中胰岛素依赖性的钙离子调节。
FGFR — Adult Cardiac
如上一节所述，FGFR 家族介导心脏发育中的多种细胞过程，但该受体家族成员传递的信号也可能调节成体心脏中的应激诱导的代偿性变化。配体 FGF-2 指导细胞存活、蛋白合成和心肌细胞大小。FGFR-1 由其配体 FGF-2 诱导，在负荷诱导的应激中起代偿性肥厚反应的作用。由于 FGFR1 信号传导似乎负责介导压力超负荷或 Ang-II 指导的肥厚，这可能是管理心脏肥厚的有效潜在靶点。
VEGFR — Adult Cardiac
除了在心脏发育中的作用外，临床前数据支持 VEGF 受体信号传导在成体心脏中的心脏保护作用。VEGF 受体的过表达导致生理性心脏肥厚，没有心脏功能受损的证据。从机制上看，VEGF-B 选择性结合心肌细胞上的 VEGFR-1，引起独特的基因表达谱，以适应体外和体内的代偿性和肥厚反应。该基因表达谱包括 αMHC 的上调、βMHC 和骨骼肌 α-肌动蛋白的下调，以及各种蛋白质的增强表达：SERCA2a、RYR、PGC1α 和心脏利钠肽转录物。一项独立研究表明 VEGF-A 结合 VEGFR-1，并通过 PLC-δ 依赖性机制发挥正性肌力作用，导致钙瞬变幅度增强。与心肌细胞中 VEGF 信号传导的生理学相关效应一致，心脏内 VEGF-B127 基因递送在不影响血管生成的情况下延缓心力衰竭的发展。
VEGFR 家族已知在内皮细胞、神经元、胚胎干细胞、骨骼肌细胞以及心肌细胞中诱导强效抗凋亡效应。给予 VEGF-B 启动培养心肌细胞中和体内梗死后心脏中的 VEGFR 信号传导，表现出抗凋亡效应。因此，这种机制被认为是与挽救具有减弱的前凋亡基因表达的视网膜和运动神经元相似的机制。最近的研究也表明，VEGFR 信号传导在非缺血性扩张型心肌病中减轻氧化应激和凋亡。在衰竭心脏中，VEGFR 表达在体外可防止 AngII 诱导的氧化应激和线粒体损伤。
EPH — Adult Cardiac
与在心内膜垫发育中起关键作用的 EPHA3 不同，EPHA2 亚型已被功能性地表征在成体心脏中发挥作用，特别是在心肌梗死后和心脏修复的背景下。如前几节所述，Ephrin-EPH 轴涉及多个器官系统中干细胞自我更新或定型、黏附和迁移的调节。Leri 和同事的一项最近研究表明，内源性心脏干细胞（CSC）中的 EPH 信号传导提供位置引导和归巢信号，导致心肌梗死后心脏修复增强。Ephrin A1 诱导的 EPHA2 信号传导通过 Src 家族激酶的激活增强 CSC 的运动性。其下游效应表现为肌动蛋白细胞骨架的重排和细胞形状的极化，使细胞迁移成为可能。该轴还确保了细胞存活、复制和定型之间干扰和促进的适当平衡。
TRK — Adult Cardiac
神经生长因子（NGF）介导的 TRKA 信号传导是心肌梗死后心肌再生的可能机制。TRKA 信号传导促进血管生成和心肌细胞存活以及神经系统的稳态和再生。TRKA 受体表达于内皮细胞和心肌细胞。Meloni 等人表明，NGF 阻断增加心肌细胞和内皮细胞心肌梗死后凋亡。TRKA 减弱也可能促成左心室功能受损和心腔扩张。相比之下，NGF 基因治疗可能保留心肌细胞和内皮细胞活力并维持心脏功能。TRKA 信号传导的血管生成特性也可能是改善缺血性心血管疾病的可行方法。心肌内 NGF 基因递送可上调干细胞因子表达，使梗死心脏富含心脏祖细胞。
HGFR — Adult Cardiac
肝细胞生长因子受体（HGFR），也称为 Met，是一种 RTK，可能对心肌梗死后心肌细胞凋亡具有保护作用。HGF 以高亲和力结合其 HGFR/Met 受体。氧化应激产生激活心肌细胞中凋亡通路的蛋白。HGF 信号传导在心脏细胞中介导肥厚和抗凋亡信号级联，从而起到保护作用。研究还表明，HGFR 信号传导在动物模型中对缺血性心肌病具有促血管生成和抗纤维化的特性。虽然 HGFR 正常情况下是静止的，但在氧化损伤中该轴被诱导作为维持稳态的适应性反应。配体 HGF 的上调还激活间充质干细胞中心脏特异性标志物的表达，并充当心脏祖细胞的动员因子。因此，该通路可能对促进伤口愈合和心脏再生有用。
RTK Transactivation by GPCR
RTK 和 GPCR（G 蛋白偶联受体）是两个主要的受体家族，激活广泛相互连接的生化通路，从而转导一系列表型反应。过去二十年的工作已证明这些看似不同的信号通路之间存在相当程度的相互联系。这种相互联系的部分原因是 RTK 和 GPCR 激活通路下游共同的效应因子。例如，刺激 Gq-或 Gi 偶联受体诱导 Ras 和 ERK 的快速激活，进而增加 RTK 上 Shc 和 Grb2 接头蛋白的酪氨酸磷酸化。在此示例中，Shc 和 Grb2 的结合是 RTK 和 GPCR 信号通路之间的一个汇聚点。然而，现在已认识到在某些情况下，RTK 可能转导并微调源自 GPCR 激活的信号信息。GPCR 诱导酪氨酸磷酸化及随后 RTK 激活（不需要添加外源配体）的过程被称为"反式激活"（transactivation）。事实上，GPCR 已被证明既能增强也能抑制 RTK 激活。因此，人们对理解 GPCR 控制的 RTK 反式激活如何应用于药物开发以治疗诸如癌症和心脏肥厚等疾病过程越来越感兴趣。
GPCR-Mediated EGFR Transactivation
GPCR 介导的 EGFR 反式激活被描述为三重跨膜信号模型，是 GPCR 诱导 RTK 反式激活的最明确例子。该机制可能在肿瘤细胞迁移和侵袭中很重要，并已成为癌症干预和治疗的新靶点。"配体依赖性"信号模型是肾上腺素、血管紧张素、内皮素和溶血磷脂酸等多种 GPCR 配体激活 EGFR 的方式。一般生物学途径涉及 GPCR 依赖性激活膜结合基质金属蛋白酶（MMP）或金属蛋白酶-解联蛋白（ADAM），然后将跨膜 EGFR 配体前体加工成其活性形式。活性配体然后以自分泌方式结合 EGFR。例如，GPCR 通过 MMP 依赖性 EGFR 反式激活在血管平滑肌细胞（VSMC）中诱导 MAPK 信号通路。事实上，MMP-EGFR 通路的过度刺激可能在高血糖或胰岛素抵抗条件下的高血压中起作用，导致氧化应激、血管张力增强和肥厚性生长。通过 MMP-EGFR 通路，GPCR 激动剂在胰岛素抵抗或高血糖存在下可上调 VSMC 中的收缩蛋白。因此，该通路可能是治疗诸如 2 型糖尿病等条件下高血压的潜在靶点。
已确定了参与此过程的特定金属蛋白酶。例如，Asakura 等人表明 ADAM12 介导心肌细胞中的苯肾上腺素诱导的心脏肥厚。在鳞状癌细胞中，ADAM17/TACE 被认为介导 GPCR 诱导的前双调蛋白（pro-amphiregulin）脱落。一些研究表明 ADAM10/Juzbanian、MMP2 和 MMP9 参与 GPCR 介导的 EGFR 反式激活。尽管兴趣日益增加，但三重跨膜信号模型中的精确步骤尚未被完全表征。
在心肌细胞中已确定了 β1-肾上腺素能受体（β1-AR）介导的 EGFR 反式激活的生物学显著作用。使用体外和体内模型系统，Rockman 和同事证明 β1-AR 的儿茶酚胺刺激导致由 GPCR 激酶 5 和 6 依赖性 β-arrestin 激活介导的 EGFR 磷酸化。他们的工作提示该反式激活模式下 EGFR 激活是由 MMP 依赖性切割膜结合 EGF 介导的。此外，过表达缺乏 GRK 5/6 磷酸化位点的突变 β1-AR 转基因小鼠在儿茶酚胺刺激下表现出 ERK 磷酸化降低。这些转基因小鼠的慢性儿茶酚胺刺激导致与相似处理的对照小鼠相比严重的心脏功能障碍，提示 β1-AR 对心脏 EGFR 的反式激活在慢性儿茶酚胺过多的情况下发挥心脏保护作用。有趣的是，非特异性 β 阻滞剂 carvedilol 表现为"偏向性配体"，抑制经典的 G 蛋白介导的 β-肾上腺素能信号传导，同时以 GRK/β-arrestin 依赖性方式刺激 G 蛋白非依赖性反式激活通路，提示一种新的机制来解释 carvedilol 在心力衰竭患者中的强效有益作用。
除了上述 MMP/ADAM"配体依赖性"EGFR 反式激活机制外，其他研究已提出 GPCR 介导 EGFR 反式激活的配体非依赖性机制。例如，一些文献提出 GPCR 诱导后 Src 与 EGFR 形成复合物，导致 EGFR Tyr-845 的磷酸化。活性氧（ROS）也可能是信号中间体。已知 GPCR 产生 ROS，然后诱导 EGFR 和其他 RTK 的酪氨酸磷酸化。此外，GPCR 介导的 RTK 反式激活可被 ROS 清除剂灭活。细胞内钙也可导致 EGFR 酪氨酸磷酸化，但这可能取决于细胞内钙升高的水平。也有相反的证据表明，钙螯合不影响 EGFR 反式激活。迄今为止，尚无明确研究表明 EGFR 的配体非依赖性反式激活发生在心肌细胞中。然而，Rockman 和同事最近的工作表明 β1-AR 介导的 EGFR 反式激活导致与 EGFR 直接配体刺激相比 ERK 的差异性细胞内运输，提示这些 EGFR 激活模式在机制上是不同的。
Transactivation as a Regulatory Mechanism of Multiple RTKs
除 EGFR 外，新出现的临床前数据表明 GPCR 介导的反式激活是其他多种 RTK 的相关激活模式。Gilbert 和同事报告说，血管紧张素 II 诱导的血管平滑肌细胞增殖部分通过 PDGFR-β 的反式激活介导，尽管该细胞反应的精确机制细节尚未被明确阐明。类似地，Fanburg 和同事使用体外和体内模型证明，5-羟色胺（5-HT）依赖性肺动脉平滑肌细胞增殖由 PDGFR-β 反式激活介导，这可能为 PDGF 和血清素在肺动脉高压发病机制中看似独立的关联提供一个综合模型。有趣的是，Fanburg 证明了 5-HT 转运体和 PDGFR-β 之间在血清素刺激下的直接结合相互作用，提示该背景下 PDGFR 激活的配体非依赖性模式。
类似地，Sendtner 和同事已经证明腺苷受体 A2A-R 激动剂以 Akt 依赖性方式介导神经保护，途径涉及 BDNF 受体 TRKB 的反式激活。这些反式激活通路在健康和患病心脏中微调 GPCR 信号传导的相关性未知，可能是具有独特治疗意义的未来研究方向。
Conclusion: Toward Integrative Signaling Approaches
如上所述，受体酪氨酸激酶在心血管系统多种细胞类型中的信号传导导致广泛的细胞反应，这取决于被激活的特定受体、其天然配体的存在，以及诸如我们才刚刚开始充分表征的反式激活等非配体依赖性机制。此外，RTK 的下游信号事件似乎由少数细胞内蛋白介导（图 9.1），无论所涉及的特定受体/配体对如何。综合来看，这些观察揭示了由 RTK 介导的细胞反应多样性与它们通过其行使细胞功能的看似有限数量的效应因子之间明显的脱节。显然，这个难题的许多部分仍有待解决。一个合理的解释是，体内 RTK 激活的细胞反应是上下文依赖性的，取决于细胞表面 RTK 的局部丰度与可用配体量的整合。另一种可能性是，RTK 输出的总和受受体激活的净水平调节，而与诸如蛋白酪氨酸磷酸酶等下调机制的存在相抵消。例如，虽然多种 RTK 通过 PI-3 激酶/Akt 通路在心脏中发出信号，但显然该通路的净输出由 3' 脂质磷酸酶 PTEN 重要地调节。
还有另一种可能性，即单个 RTK 的功能输出通过 RTK 簇在细胞膜上的空间定位进行微调。例如，Plowman 和同事使用高分辨率空间作图来证明 EGFR 存在于细胞膜上胆固醇依赖性微簇中，并且这些纳米簇的形成受限于此类纳米簇中 EGF 依赖性磷脂酸局部产生的调节。此外，他们发现当纳米簇持续时，EGFR 依赖性 ERK 磷酸化增强并延长。随着更精密的活细胞成像工具的发展，对 RTK 空间调节的深入了解可能揭示出高度复杂性，可能有助于解释该生物学上不可或缺的细胞受体家族所介导的细胞反应的多样性。
本章个人批注
本章是对受体酪氨酸激酶（RTK）这一大分子家族在心肌中作用的较为系统的综述。让我理一理对我有启发的几点：
第一，RTK 的多家族并行结构本身就是一种"冗余设计"。心脏发育涉及至少 8 个不同 RTK 家族（ErbB、EPH、FGFR、IGFR、PDGFR、TRK、ROR、VEGFR），每个都有自己特异的配体、时空表达模式和敲除表型。这种冗余让发育和代偿反应变得极其稳健——但也让"敲单个 RTK 治疗某疾病"的策略面临挑战，因为补偿通路太多。这一观察与 Ch8 中讨论的 GPCR 冗余（如 β1 vs β2-AR）形成呼应，是心脏信号系统的一个普遍特征。
第二，ErbB2 在小梁形成和成体心脏中的双重角色很有趣。Liu 等 2010 年在 Development 上的工作表明，ErbB2 缺失导致小梁阶段心肌细胞增殖完全缺失；ErbB2 突变体还保持胚胎型"底-顶"传导模式而非成体"顶-底"模式。临床上，这直接解释了为什么 trastuzumab（Herceptin，针对 HER2/ErbB2）有心脏毒性——它干扰了 ErbB2 在成体心脏中的维持功能。同一受体在发育和成体阶段都不可或缺，是受体"剂量敏感"在临床上的体现。
第三，GPCR 反式激活 RTK 是 Ch8 和本章之间一个关键的概念桥梁。Ch8 详细讨论了 β-AR、GPCR 和心脏肥厚；本章则展示了 β1-AR 如何通过 MMP/ADAM 切割 proHB-EGF 反式激活 EGFR，并讨论了 carvedilol 作为"偏向性配体"通过 β-arrestin 介导这条非经典通路的可能性。这两章一起勾画了"经典 Gs-cAMP-PKA 通路"和"β-arrestin-RTK-ERK 通路"并存的图景，carvedilol 的临床获益可能部分来自这种偏向性信号。
第四，PI3K/Akt 是 RTK 和 GPCR 的共同下游节点，但净输出由 PTEN 这一个脂质磷酸酶"调闸"。这提示任何针对 PI3K/Akt 的治疗策略都必须考虑 PTEN 状态，否则可能完全无效或产生反效果。这是分子靶向治疗中"通路冗余"和"反馈调控"的经典案例。
第五，关于"RTK 输出多样性 vs 效应因子有限"的悖论，作者给出的两个解释都很有启发：（1）净输出 = 局部配体丰度 × RTK 表面密度；（2）空间纳米簇（nanocluster）的胆固醇依赖性。这两个解释都指向"信号的空间-时间整合"——这与 GPCR 章节中讨论的"隔离区室化（compartmentalization）"概念一致。同一受体在不同膜微域中的位置可能决定其下游信号走向。
最后想指出的是，本章表 9.1 列出了 20 个 RTK 家族，但只有约一半在心脏中被详细讨论。这种"广谱综述+重点深入"的结构是典型编辑卷（edited volume）的特征——读者借此获得全景图，但若要深入某个具体 RTK 在心脏中的机制，仍需查阅更专门的文献。
与上下章的衔接（一段话）
本章位于 Ch8（GPCR）和 Ch10（心脏细胞因子）之间，在信号转导主题中扮演"受体酪氨酸激酶"的角色。Ch8 集中讨论了 GPCR 这一最大的膜受体家族及其在心脏中的下游通路；本章则平行地介绍了第二大类膜受体——RTK——的结构、激活机制和在心脏发育/成体功能中的作用。两章一起构成"心脏中的两大受体家族"的对称讨论。更重要的是，章末"RTK 转录激活"小节将 RTK 重新放回与 GPCR 的对话中：β1-AR 通过 MMP/ADAM/β-arrestin 通路反式激活 EGFR、AngII 通过 PDGFR-β 反式激活促进 VSMC 增殖、A2A-R 反式激活 TRKB——这些例子把 Ch8 的 GPCR 主题延伸到了 RTK 网络，建立了跨家族的信号整合视角。下一章 Ch10 转向心脏分泌的细胞因子（cardiokines），将从膜受体外移到可溶信号介质，进一步扩展心脏的细胞间通讯图景。