王吉村 药立波
(第四军医大学生物化学与分子生物学教研室 西安 710032)  

摘  要

　　PH 结构域是一种存在于多种信号转导蛋白和细胞骨架蛋白中的大约由120个氨基酸组成的功能性区域.该文综述了近三年来有关PH结构域的研究进展.不同蛋白质中的PH 结构域在一级结构上同源性并不很高，但其空间结构中肽链主链的折叠方式基本相同，而主要差别存在于其中的三个可变环上，含有这些环的侧面带有正电荷，被认为可能是其配体的结合部位.目前已知的配体有G蛋白b g 亚单位（Gb g ）、蛋白激酶C（PKC）和磷脂酰肌醇衍生物（PIP₂ 或IP₃ ），所以PH 结构域可能介导信号蛋白与这些分子间的相互作用，参与细胞信号转导网络的构成.

关键词   PH 结构域 信号转导

　　PH结构域是一种存在于多种信号蛋白和细胞骨架相关蛋白中的大约由120个氨基酸组成的功能性区域.由于它们与Pleckstrin(一种血小板内主要的蛋白激酶C(PKC)的底物)中的一段重复序列具有同源性，所以称为Pleckstrin Homology(PH)结构域.这一同源区的频繁出现是Mayer等和Haslam等分别于1993年在进行计算机基因库资料分析时发现的^〖1，2〗.目前已发现的含有 PH结构域的蛋白质有90余种，主要为一些参与信号传递的分子.PH 结构域在信号转导分子中的广泛分布提示，PH 结构域可能与SH2和SH3结构域类似，在细胞信号转导网络中介导信号分子间的相互作用.

　　不同蛋白质中的PH 结构域在一级结构上的同源性并不很高，但是通过对空间结构的研究发现，其肽链主链折叠方式基本相同，这样就在结构上证实了PH 结构域是一真正的功能性单位.

PH 结构域的结构特点

　　PH 结构域基本上由两个反向平行的b -片层结构和一个长的C-末端a -螺旋构成.一组b -片层结构由b ₁、b ₂、b ₃和b ₄四条链反向平行组成，另一组b -片层结构由b ₅、b ₆和b ₇三条链反向平行组成.b ₁/b ₂、b ₃/b ₄和b ₆/b ₇间各有一个环结构（见图1）.这两组b -片层结构在空间上近似垂直，曾有人把这一结构形容为“b -桶”，但Ferguson等（1994）认为，这些靠氢键连接起来的结构不可能围成一个桶形，而是相互包裹形成一个三明治样结构^〖3，4〗.将几种蛋白质的结构进行比较，发现不同PH 结构域b -片层结构和a -螺旋在不同PH 结构域中基本相同，而b 链间的三个环在序列和结构上变化较明显.将几种PH 结构域的序列进行比较发现：b ₁/b ₂、b ₃/b ₄和b ₆/b ₇连接环只在长度上稍稍保守，它们都位于分子的一个侧面，而分子的另一侧，围绕着a -螺旋，则形成一个在结构上更为保守的侧面.这样，PH 结构域的一个表面特别可变的这个特点决定了每种PH 结构域可能都有其配体结合特异性.这些可变成分位于b -片层的骨架上，提示它们可能成为免疫球蛋白可变区结构域的抗原识别点^〖3〗.

　　对Dynamin、PLC-d ₁、Spectrin和Pleckstrin等蛋白质中PH 结构域的结构研究表明，PH 结构域具有表面极性:其较保守的一面，即包括a -螺旋的一面，带有负电荷，而另一面，即包括可变环的一面，则带有正电荷，其它疏水残基位于分子内部.这种与可变环位置相联系的极性，也是PH 结构域的一个保守特点，它提示，PH 结构域的配体可能带有负电荷^〖3〗. 

　图1 Dynamin PH结构域的空间结构（X-线晶体衍射图谱分析结果）

A: 从垂直于两个β-片层平面的角度看，两个β-片层分别由β₁，β₂，β₃，β₄四条链 和β₅，β₆，β₇三条链构成，α- 螺旋位于C-末端.
B: 沿着β-片层平面，从两个β-片层中间看，相当于分子沿着A图视角的垂直轴转了90°.两个β-片层将α-螺旋夹在中间，形成一个三明治样结构.

（此图引自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 结构域中的R28C突变，即由半胱氨酸取代精氨酸，与XID小鼠的性染色体连锁性免疫缺陷症（xid）有关^〖5〗.R28相应位于b ₂链中部，在人Dynamin PH结构域中，这一位置是酪氨酸（Y33）.Dynamin PH结构域在溶液状态时，这一酪氨酸（Y33）暴露于带正电荷的分子表面，这一表面包括可变环^〖3〗.Btk R28C的突变效应提示，PH 结构域的这一区域对于配体结合非常重要.

PH 结构域的功能

　　PH 结构域虽然已在很多蛋白质中被发现，但其功能尚不十分清楚.一般认为，PH 结构域可能与SH2和SH3类似，介导信号分子间相互作用.前已述及，Btk R28C突变可引起小鼠的性染色体连锁性免疫缺陷症.在人类性染色体连锁性低g -球蛋白血症（XLA）病人中也检测到数种Btk点突变是发生在PH 结构域中的^〖6〗.虽然XID小鼠B细胞不能正常地被激活，但Btk酶本身活性不受影响，说明是Btk与信号转导途径中的其它分子的相互作用受到了影响^〖6〗.因此，寻找PH 结构域的相应配体成为近三年来各组研究人员竞相研究的热点，并取得了相当大的进展.正如从有关结构中预测的那样，PH 结构域的配体确实具有一定的多样性，目前已知的有，G蛋白b g 亚单位 、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)）等三种，下面我们分别介绍.

1  PH 结构域与Gb g 的相互作用

　　G蛋白是细胞信号转导途径中的一种具有重要调节功能的信号蛋白.Gb g 和Ga 分别是G蛋白中的两个功能亚单位.早期人们曾认为，Gb g 亚基的作用仅仅是结合Ga 亚基，后来有许多证据表明，Gb g 亚单位亦可直接调节胞内的信号传递，如，Gb g 可激活PLC-b .1994年，Touhara等将含有PH 结构域的九种蛋白质:β-肾上腺素能受体激酶（b -ARK）、磷脂酶C-γ(PLC-g )、胰岛素受体底物-1（IRS-1）、Spectrin、Rac-b 、氧化甾类结合蛋白(OSBP)、Ras-GTP酶活化蛋白(Ras-GAP)、Ras-鸟苷酸释放因子(Ras-GRF)和g -球蛋白缺乏症酪氨酸激酶(Atk)的GST融合蛋白分别与Gb g 作用，发现它们与Gb g 均有不同程度的结合，其中以b -ARK结合性最强.但Gb g 只与PH 结构域的C-末端结合.同时，Gb g 和PH 结构域的结合与Gb g 和Ga 的结合相互排斥^〖7〗.这提示，PH 结构域与Ga 在它们与Gb g 结合点上结构相似.最近Srinivason等（1996）进一步研究发现：Ga 转换 Ⅱ 区与PH 结构域的C-末端相似^〖8〗.Gb g 能与如此多的含PH 结构域的信号分子作用提示，Gb g 的胞内靶分子范围可能比原来想象的更宽，作用更广泛. 例如，Tsukada等 (1994)研究发现，在体内外Btk都与Gb g 结合，提示胞浆酪氨酸蛋白激酶（PTK）与G蛋白在信号转导上有联系^〖9〗.Langhans等（1995）应用共转染检测技术研究发现，Tsk和Btk（二者均为含有PH 结构域的酪氨酸蛋白激酶 ）可被Gb g 激活;并且在体外，Tsk酶活性可因Gb g 与其它膜上分子的结合而增强^〖12〗.这些发现提示，酪氨酸蛋白激酶家族可能通过PH 结构域成为G蛋白的效应分子.

2  PH 结构域与PKC的相互作用

　　PKC参与细胞内多种信号转导途径，与细胞的生长和分化密切相关^〖11〗.1994年，药立波（本文作者之一）在美国拉霍亚免疫学和变态反应学研究所做客座研究时报告了Btk经由其N-末端的PH 结构域与PKC的相互作用^〖12〗.我们发现Btk在细胞内外均可与PKC相结合存在.应用GST-Btk(PH)表达载体制备的GST-Btk-PH融合蛋白做亲和纯化分析表明，这种结合是由Btk中的PH 结构域介导的.为了确定Btk-PH 结构域中与PKC相结合的区域，我们构建了多种缺失突变的Btk-PH 结构域，用这些缺失突变的PH 结构域证实了负责与PKC结合的部位为Btk- PH 结构域的b ₂和b ₃链，这一