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1、细胞信号传导,Cell Communication and Signal Transduction,第 一 节,信 号 分 子,Signal Molecules,一、信号分子的种类与化学本质,信号分子（signaling molecules） ：,指由特定的信号源（如信号细胞）产生的，可以通过扩散或体液转运等方式进行传递，作用于靶细胞并产生特异应答的一类化学物质。,（一）激素（hormone）, 类固醇衍生物类， 如肾上腺皮质激素、性激素等； 氨基酸衍生物类， 如甲状腺激素，儿茶酚胺类激素； 多肽和蛋白质类， 如胰岛素、胰高血糖素、下丘脑激素、 垂体激素等； 脂肪酸衍生物类，如前列腺素。,（二
2、）神经递质（neurotransmitter）, 有机胺类，如乙酰胆碱、多巴胺、5-羟色胺等； 氨基酸类，如-氨基丁酸、谷氨酸等； 神经肽类，如脑啡肽、内啡肽、强啡肽等。,（三）生长因子（growth factor）,由普通细胞合成并分泌的化学信号分子，作用于邻近的靶细胞，调节其增殖与分化。,生长因子均为多肽或蛋白质：主要有表皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）等。,（四）细胞因子（cytokine）,由普通细胞合成并分泌的多肽或蛋白质类化学信号分子。,在生理功能上，细胞因子与机体的防御介质有关，主要介导和调节免疫功能，并刺激造血。,常见的细胞因子
3、包括白介素（IL）、干扰素（IFN）、淋巴毒素（LT）、集落刺激因子（CSF）、肿瘤坏死因子（TNF）、转化生长因子（TGF）等。,（五）无机物,与细胞信号转导有关的无机物主要包括无机离子（如Ca2+）、气体分子（如NO）,这些物质在细胞内浓度的改变，也可以触发特定的生理效应。,二、信号分子的传递方式,（一）内分泌信号传递,这是一种长距离的信号传递方式，绝大部分的激素通过此方式进行传递。,信号分子由内分泌腺或内分泌细胞释放后，经血液循环转运至全身各处的靶细胞而发挥作用。,其作用缓慢而持久,（二）旁分泌信号传递,由信号细胞释放的信号分子经细胞间液扩散后，作用于邻近的靶细胞，其扩散距离约为1mm，
4、然后迅速被靶细胞吸收或被酶降解，绝大部分的生长因子和细胞因子通过此方式进行传递。,神经递质经突触间隙扩散而作用于突触后的靶细胞也属于一种特殊的旁分泌传递方式，其作用快速而短暂。,（三）自分泌信号传递,由信号细胞释放的信号分子作用于细胞自身，称为自分泌信号传递，许多生长因子以这种方式传递信号。,肿瘤细胞也常常产生和释放过量的生长因子，导致肿瘤细胞和邻近的非肿瘤细胞无限制的增殖。,第 二 节,受 体,（receptor）,一、受体的种类、分子结构与功能,分类：细胞膜受体和细胞内受体两大类。,细胞膜受体又分为跨膜离子通道型、G蛋白偶联型和催化型三大类。,细胞内受体则位于胞浆或胞核中。信号分子进入细胞
5、，与靶细胞内的受体结合而使之活化，调控特异基因的表达。,（一）跨膜离子通道型受体,此型受体通过配体的结合与否来控制通道的开关，选择性地允许离子进出细胞，引起细胞内某种离子浓度的改变，从而触发生理效应。,2. G 蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs)又称七个跨膜螺旋受体/蛇型受体(serpentine receptor),G蛋白偶联受体的结构矩型代表-螺旋， N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。,目 录,大多数常见的神经递质受体和激素受体是属于G蛋白偶联型受体。,（三）催化型受体,此型受体由均一或非均一多肽链构成的单体或寡聚体，跨膜-螺旋区只有
6、一段（故又称单跨膜-螺旋型受体）。,受体的细胞外区为配体结合区；细胞内区则带有受体型酪氨酸蛋白激酶（tyrosine protein kinase，TPK）结构域。,此型受体与配体结合后，引起受体构象改变，激活TPK活性，催化底物蛋白Tyr残基的磷酸化，触发细胞信号转导过程。,胰岛素受体（InsR）、表皮生长因子受体（EGFR）、血小板衍生生长因子受体（PDGFR）等属于此型受体。,（四）胞内转录因子型受体,此型受体分布于胞浆或胞核，类固醇激素、甲状腺激素等通过此型受体传递信号。,二、受体的作用特点,（一）高度的亲和力,（二）高度的特异性,（三）可逆性,（四）可饱和性,（五）可调节性,第 三
7、节,细胞信号转导途径,Signal Transduction Pathway,一、膜受体介导的信号转导途径,细胞外信号分子与靶细胞膜表面受体的结合来触发细胞内的信号转导过程。,细胞外传递特异信号的信号分子称为第一信使，细胞内传递信号的小分子物质（如cAMP、cGMP、Ca2+、DAG、IP3）及TPK等称为第二信使（second messenger）,（一）环核苷酸信号转导途径,以cAMP或cGMP作为第二信使，通过细胞内环核苷酸浓度的改变来进行信号转导。,1cAMP信号转导途径,构成cAMP信号转导途径的级联反应为：信号分子膜受体G蛋白ACcAMPPKA效应蛋白（酶）生理效应。,（1）G蛋白
8、及其信号转导机制：,G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）是存在于靶细胞内的信号转导蛋白，分子中含有GDP或GTP，通过GDP/GTP交换来实现激活与失活状态的转变，从而完成信号的传递过程。,信号分子作用于G蛋白偶联型受体后，受体构象发生改变，亚基与亚基解离，且亚基与GTP结合呈激活状态，亚基参与下一步的信号转导过程（激活或抑制）。G蛋白的亚基具有GTPase的活性，将结合的GTP水解为GDP，使该亚基失活而重新与亚基结合，信号转导终止。,G蛋白按照功能不同分为四大类，即Gs、Gi、Gq和G12。作用于腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC）使之激活（如s）或者抑制（如i）；有的兼有激活或抑
9、制离子通道蛋白的作用。,（2）AC与cAMP的生成：,AC的主要作用是催化胞浆中的ATP生成cAMP，使胞浆中第二信使cAMP的浓度升高，从而将信号传递到细胞内。胞浆中cAMP的浓度受AC活性和磷酸二酯酶活性的双重调节。该酶使cAMP水解为AMP，使胞浆中cAMP的浓度降低，从而终止信号的转导。,PKA的激活R 调节亚基 C 催化亚基,目 录,（3）依赖cAMP的酶或蛋白及其生理作用：,PKA生理作用主要包括： 对物质代谢的调节。 对基因表达的调节。 对离子通透性的调节。 对细胞骨架蛋白功能的调节。,2cGMP信号转导途径,信号转导途径以鸟苷酸环化酶（guanylate cyclase，GC）
10、催化GTP生成第二信使cGMP为特征，即通过胞浆中cGMP浓度的改变来完成信号转导过程。,其信号转导的级联反应包括：信号分子膜受体/ GCcGMPPKG底物蛋白（酶）生理效应。,肾上腺素对糖原代谢的影响,肾上腺素 受体,肾上腺素 受体复合物,激活蛋白,激活AC,ATP,cAMP,目 录,（二）脂类衍生物信号转导途径,由各种磷脂酶催化其水解后生成的若干衍生物，常常也是细胞信号转导的第二信使，这些衍生物包括甘油二酯（DAG）、1,4,5-三磷酸肌（IP3）、磷脂酰肌醇-3,4-双磷酸（PI3,4P2）、磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3等。,第 四 节,细胞信号转导与医学,Signal Transduction and medicine,一、细胞信号转导与疾病,（一）细胞信号转导与受体病,（二）细胞信号转导与肿瘤,（三）细胞信号转导与感染性疾病,（四）细胞信号转导与精神疾病,二、细胞信号转导与药物治疗,许多药物可通过阻断受体的作用来治疗疾病，包括乙酰胆碱、肾上腺素、组胺H2受体的阻断药等。,有些药物则是通过影响胞内第二信使的浓度来治疗疾病，如氨茶碱、咖啡碱等能抑制胞内cAMP-磷酸二酯酶的活性，提高cAMP含量，引起平滑肌松弛来发挥平喘作用。,
