细胞通讯与信号转导细胞通讯与信号转导

一、细胞通讯一、细胞通讯（一）概念（一）概念

细胞通信：指一个细胞发出的信息通过介质传细胞通信：指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并与靶细胞上的受体相互作用，递到另一个细胞并与靶细胞上的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理生然后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的

过程。过程。

（二）细胞通信的方式（二）细胞通信的方式

1. 1. 通过分泌化学信号进行细胞通讯通过分泌化学信号进行细胞通讯内分泌、旁分泌、自分泌、化学突触内分泌、旁分泌、自分泌、化学突触

2. 2. 细胞间接触依赖性的细胞间接触依赖性的细胞通讯细胞通讯

３通过间隙连接３通过间隙连接 // 胞间胞间连丝使细胞质互通连丝使细胞质互通

通过间隙连接使细胞质互通

（三）细胞通信的组成元件（三）细胞通信的组成元件

11 信号的发射信号的发射信号分子信号分子

22 信号的识别信号的识别受体受体

33 信号转导信号转导胞内的第二信使胞内的第二信使44 信号传递的放信号传递的放

大与终止大与终止分子开关分子开关

胞外信号分子胞外信号分子受体受体

胞内信号传递胞内信号传递

表达产物表达产物

细胞应答细胞应答

1. 1. 信号分子：是细胞信息的载体信号分子：是细胞信息的载体信号分子根据溶解性分两类：信号分子根据溶解性分两类：

亲水性信号分子：不能穿过细胞膜，亲水性信号分子：不能穿过细胞膜，只能与膜表面受体结合，经信号转只能与膜表面受体结合，经信号转换，引起细胞应答。如神经递质、换，引起细胞应答。如神经递质、生长因子、局部化学递质、多数激生长因子、局部化学递质、多数激

素素亲脂性信号分子：可穿过细胞膜，亲脂性信号分子：可穿过细胞膜，与细胞质或细胞核中的受体结合，与细胞质或细胞核中的受体结合，调节基因表达。如甾类激素和甲状调节基因表达。如甾类激素和甲状

腺素等。腺素等。

2. 2. 受体（受体（ receptorreceptor ）：接收信息）：接收信息的分子，多为糖蛋白的分子，多为糖蛋白

（（ 11 ）根据受体存在的部位分两类）根据受体存在的部位分两类细胞表面受体细胞表面受体：受胞外亲水性信号分子：受胞外亲水性信号分子

的激活；的激活；细胞内受体细胞内受体：位于细胞质或细胞核中，：位于细胞质或细胞核中，

受胞外亲脂性信号分受胞外亲脂性信号分（（ 22 ）受体的功能：）受体的功能：

特异识别并结合胞外信号分子；特异识别并结合胞外信号分子；通过信号转导，将胞外信号转换为胞内通过信号转导，将胞外信号转换为胞内

信号；信号；（（ 33 ）受体的两大功能域）受体的两大功能域

与配体结合的区域与配体结合的区域 产生效应的区域产生效应的区域

结合特异性结合特异性 效应特异性效应特异性

3.3. 第二信使与分子开关第二信使与分子开关第二信使：细胞表面受体接受第二信使：细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞细胞外信号后转换而来的细胞内信号；细胞外的信号称为第内信号；细胞外的信号称为第

一信使一信使目前公认的第二信使：目前公认的第二信使： cAMPcAMP 、、cGMPcGMP 、三磷酸肌醇（、三磷酸肌醇（ IP3IP3 ））

和二酰基甘油（和二酰基甘油（ DGDG 或或 DADAGG ）、）、 Ca2+Ca2+

第二信使的作用：信号转换、第二信使的作用：信号转换、信号放大信号放大

分子开关分子开关细胞内信号传递的分子开关：在细胞内信号传细胞内信号传递的分子开关：在细胞内信号传递的级联反应中，对每一步反应既有激活机制递的级联反应中，对每一步反应既有激活机制

也有相应的失活机制，进行精确调节。也有相应的失活机制，进行精确调节。两类作为分子开关的蛋白：两类作为分子开关的蛋白：

蛋白磷酸酯酶蛋白激酶

通过磷酸化传递信号 通过结合蛋白传递信号

结合 GTP结合 GDP

二、通过细胞内受体介导的信号传二、通过细胞内受体介导的信号传递递

信号分子：都是疏水的、脂溶性小分子受体：是激素激活的基因调控蛋白

受体的三大结构域：受体的三大结构域：

失活态

激活态

胞内受体蛋白家族

甾类激素是一类亲脂性信号分子，可与胞内受体结合，甾类激素是一类亲脂性信号分子，可与胞内受体结合，提高受体与提高受体与 DNADNA 结合能力，增强基因转录结合能力，增强基因转录

甾类激素诱导的基因活化分两阶段：甾类激素诱导的基因活化分两阶段：初级反应阶段：直接激活少数特殊基因，反应迅速初级反应阶段：直接激活少数特殊基因，反应迅速延迟的次级反应阶段：初级反应阶段的基因产物再延迟的次级反应阶段：初级反应阶段的基因产物再

活化其它基因，放大初级反应的作用活化其它基因，放大初级反应的作用甲状腺素和雌激素都是亲脂小分子，其作用原理与甾甲状腺素和雌激素都是亲脂小分子，其作用原理与甾

类激素相同类激素相同

NONO 是迄今所发现的唯一气体信号分子，可结合是迄今所发现的唯一气体信号分子，可结合并激活胞内受体鸟苷酸环化酶并激活胞内受体鸟苷酸环化酶

NO 可导致血管平滑肌的舒张，引起血管通畅，可用于治疗心绞

三、通过细胞表面受体介导的信号跨三、通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递膜传递

信号分子：亲水性化学信号分子，不能直接进入细胞，而是与细胞表面的受体结合，进而将信号转导到细胞内

包括神经递质、蛋白激素和生长因子等

细胞表面受体主要类型∶细胞表面受体主要类型∶存在于神经、肌肉等可兴奋细胞

无组织特异性

（一）离子通道耦联的受体（一）离子通道耦联的受体特点：受体既是离子通道又有信号结合位点，特点：受体既是离子通道又有信号结合位点，又称配体门通道或递质门控离子通道。主要存又称配体门通道或递质门控离子通道。主要存在于神经细胞间的化学突触；其信号分子：神在于神经细胞间的化学突触；其信号分子：神

经递质经递质

Ca2+ 通道关闭

神经递质

离子通道耦联的受体

静息态的神经末稍 兴奋的神经末稍 活化的突触

神经递质与受体结合，离子通道打开，离子流入突触后细胞，引起膜表面电信号的

（二）（二） GG 蛋白偶联的受体 蛋白偶联的受体 特点：受体接收胞外信号后，需通特点：受体接收胞外信号后，需通过与过与 GG 蛋白偶联，进而在胞内产生蛋白偶联，进而在胞内产生

第二信使；第二信使；GG 蛋白即蛋白即 GTPGTP 结合调节蛋白结合调节蛋白

位于膜内侧，具有三亚基：位于膜内侧，具有三亚基： βγβγ 二聚二聚体共价结合于膜上起稳定体共价结合于膜上起稳定 αα 亚基的作亚基的作用；用； αα 亚基具有亚基具有 GTPGTP 酶活性以及腺酶活性以及腺

苷酸环化酶结合位点。苷酸环化酶结合位点。GG 蛋白起分子开关作用蛋白起分子开关作用： ： GG 蛋白蛋白 αα亚基结合亚基结合 GTPGTP 时活化；结合时活化；结合 GDPGDP 时时

失活。失活。

GG 蛋白耦联的受体：蛋白耦联的受体：

单条多肽形成 7 次跨膜 α 螺旋；其中螺旋 5 和 6 间的胞内环状结构域是与 G 蛋白作用的位点；

GG 蛋白耦联的受体介导的两条细胞信蛋白耦联的受体介导的两条细胞信号通路：号通路：

1. cAMP1. cAMP 信号通路：信号通路：又称又称 PKAPKA 系统系统••效应酶：腺苷酸环化酶效应酶：腺苷酸环化酶

••在胞内形成的第二信使是： 在胞内形成的第二信使是： cAMPcAMP

••cAMPcAMP 通过激活蛋白激酶通过激活蛋白激酶 AA （（ PKAPKA ）影响下游分子）影响下游分子2. 2. 磷脂酰肌醇信号通路：磷脂酰肌醇信号通路：又称又称 PKCPKC 系统或双信使系系统或双信使系

统统••效应酶：磷脂酶效应酶：磷脂酶 CC

••在胞内形成的第二信使是： 在胞内形成的第二信使是： IP3IP3 和和 DAGDAG

••DAGDAG 通过激活蛋白激酶通过激活蛋白激酶 C (PKC) C (PKC) 来影响下游分子来影响下游分子••IP3IP3释放释放 Ca2+Ca2+ 调控钙调蛋白引起细胞反应调控钙调蛋白引起细胞反应

1. cAMP1. cAMP 信号通路信号通路组成成份：组成成份：

1. 1. 信号受体信号受体 : 7: 7 次跨膜的膜整合蛋白次跨膜的膜整合蛋白2. G-2. G- 蛋白蛋白 : : 在受体接收的信号后， 在受体接收的信号后， G-G- 蛋白被活化蛋白被活化

（结合（结合 GTPGTP ），进而可激活下游的效应物），进而可激活下游的效应物3. 3. 效应酶（靶蛋白）效应酶（靶蛋白） : : 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶

在信号传递中，有正、负两种相辅相成的反在信号传递中，有正、负两种相辅相成的反馈机制来调控馈机制来调控

激活型激活型 : : 由激活型的信号作用于激活型的受体由激活型的信号作用于激活型的受体（（ RsRs ），经激活型的），经激活型的 GG 蛋白蛋白 (Gs)(Gs)去激活腺苷去激活腺苷酸环化酶，从而提高酸环化酶，从而提高 cAMPcAMP 的浓度引起细胞的的浓度引起细胞的

反应反应 ;;抑制型抑制型 : : 通过抑制型的信号分子作用于抑制型通过抑制型的信号分子作用于抑制型

的的 受体受体 (Ri)(Ri) ，经抑制型的，经抑制型的 GG 蛋白蛋白 (Gi)(Gi)去抑制腺去抑制腺

苷酸环化酶的活性苷酸环化酶的活性 ,, 从而降低从而降低 cAMPcAMP 的浓度的浓度 ;;

腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶

结合于质膜上的跨膜糖蛋白，由结合于质膜上的跨膜糖蛋白，由GG 蛋白活化；蛋白活化；

功能：在功能：在 Mg2+Mg2+ 或或 Mn2+Mn2+ 的存的存在下，催化在下，催化 ATPATP 生成生成 cAMPcAMP

cAMP 作为第二信使，特异激活蛋白激酶 A (PKA)cAMP 与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出活化的催化亚基，使下游蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，激活这些蛋白的活性；

cAMPcAMP 信号通路信号通路信号信号

GG 蛋白耦联受体蛋白耦联受体

GG 蛋白蛋白

腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶

cAMPcAMP

蛋白激酶蛋白激酶 AA

基因调控蛋白基因调控蛋白

基因转录基因转录

2. 2. 磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路GG 蛋白耦联受体的另一个途径：胞外信号与受体结合蛋白耦联受体的另一个途径：胞外信号与受体结合

后，同样激活后，同样激活 GG 蛋白的蛋白的 αα 亚基，但活化的亚基，但活化的 αα 亚基激活亚基激活质膜上的磷脂酶质膜上的磷脂酶 CC （（ PLCPLC ），生成三磷酸肌醇（），生成三磷酸肌醇（ IPIP

33 ）和二酰甘油（）和二酰甘油（ DAGDAG ）两个第二信使，实现对胞外）两个第二信使，实现对胞外信号的应答（双信使系统）信号的应答（双信使系统）

受体

G-蛋白

激活磷酯酶C(PLC)

PIP2

IP3

DG

1, 4, 5-1, 4, 5- 三磷酸肌醇（三磷酸肌醇（ IP3IP3 ）） IP3IP3 开启内质网的开启内质网的 Ca2+Ca2+ 通道，提高细胞质中的通道，提高细胞质中的

游离游离 Ca2+Ca2+ 浓度；浓度；Ca2+Ca2+ 具有两方面重要作用：具有两方面重要作用：

1. 1. 作为信使，活化钙调蛋白（作为信使，活化钙调蛋白（ CaMCaM ）） 钙调蛋白具有钙调蛋白具有 44 个结构域，每个结构域结合一个个结构域，每个结构域结合一个Ca2+Ca2+ ，形成，形成 Ca2+-CaMCa2+-CaM 复合体；复合体； Ca2+-CaMCa2+-CaM 复复

合体可激活许多靶酶，行使细胞功能；合体可激活许多靶酶，行使细胞功能；2. 2. 与二酰甘油（与二酰甘油（ DAGDAG ）共同激活位于质膜上的蛋白）共同激活位于质膜上的蛋白

激酶激酶 CC （（ PKCPKC ））

磷脂酰肌醇信号通路的终止：磷脂酰肌醇信号通路的终止：IP3IP3 ：通过依次去磷酸化形成自由的肌醇；：通过依次去磷酸化形成自由的肌醇；

DAGDAG ：一是被：一是被 DAGDAG 激酶磷酸化成磷脂酸，进激酶磷酸化成磷脂酸，进入磷脂酸肌醇循环；二是被入磷脂酸肌醇循环；二是被 DAGDAG 酰酶水解成单酰酶水解成单

酯酰甘油酯酰甘油Ca2+Ca2+ 浓度调节：通过钙泵或钠钙交换器进行浓度调节：通过钙泵或钠钙交换器进行

回收与释放回收与释放

磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路G 蛋白耦联受体 磷脂酶 C PIP2 二酰基甘油

IP3

级联反应

CaM

反应受 IP3 调节的钙离子通道

内质网钙库

（三）与酶连接的受体（三）与酶连接的受体特点：在胞外具有配体结合位点；在胞内区段具有特点：在胞外具有配体结合位点；在胞内区段具有酶的活性；一旦接收信号，将胞内的酶激活并将信酶的活性；一旦接收信号，将胞内的酶激活并将信

号放大号放大至少有至少有 55 类：类：

①①受体酪氨酸激酶 受体酪氨酸激酶 ②②受体丝氨酸受体丝氨酸 // 苏氨酸激酶苏氨酸激酶③③受体酪氨酸磷脂酶受体酪氨酸磷脂酶

④ ④ 酪氨酸激酶连接的受体酪氨酸激酶连接的受体⑤⑤受体鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶

1. 1. 受体酪氨酸激酶（受体酪氨酸激酶（ RTKsRTKs ））RTKsRTKs 包括包括 66 个亚族，都是单次跨膜蛋白个亚族，都是单次跨膜蛋白

酪氨酸蛋白激酶的激活酪氨酸蛋白激酶的激活接收胞外信号后，受体二接收胞外信号后，受体二聚化；在二聚体内彼聚化；在二聚体内彼

此相互磷酸化胞内区段此相互磷酸化胞内区段的酪氨酸残基，实现受体的酪氨酸残基，实现受体的自磷酸化；激活受体的的自磷酸化；激活受体的酪氨酸蛋白激酶活性。酪氨酸蛋白激酶活性。 活化的受体活化的受体 RTKRTK 可与可与

胞内带有胞内带有 SH2SH2 结构域的蛋结构域的蛋白结合（如接头蛋白）白结合（如接头蛋白）

RTKs-RasRTKs-Ras 蛋白信号通路蛋白信号通路受体酪氨酸激酶介导的重要信号途径之一受体酪氨酸激酶介导的重要信号途径之一

RasRas 是一种小的是一种小的 GTPGTP 结合蛋白，具有结合蛋白，具有 GTPaseGTPase的活性，分布于质膜胞质一侧；的活性，分布于质膜胞质一侧；

突变的 Ras 蛋白 GAP 不能激活 Ras 的 GTP 酶活性，阻止 GTP 水解成 GDP ，于是 Ras 始终处于活跃状态，保持信号一直发送，导致细胞不断增殖，产生肿瘤－ Ras 是原癌基因

Ras 具有分子开关的作用

RasRas 接收到信号后结合接收到信号后结合 GTPGTP 而活化，然后而活化，然后启启动一系列的激酶磷酸化级联反应将动一系列的激酶磷酸化级联反应将 RTKRTK 介介导的导的

信号向下游传递：信号向下游传递：

Ras结合并激活 Raf （丝氨酸 /苏

氨酸蛋白激酶， MAPKKK ）

蛋白激酶 MAPKK磷酸化

蛋白激酶 MAPK

磷酸化

进入细胞核修饰基因调控蛋白

2. 2. 细胞表面的其它酶联受细胞表面的其它酶联受11 ）受体丝氨酸）受体丝氨酸 // 苏氨酸激酶苏氨酸激酶

配体是转换生长因子配体是转换生长因子 TGF,TGF, 在植物中十分丰在植物中十分丰富富22 ）受体酪氨酸磷酸酯酶）受体酪氨酸磷酸酯酶

逆转逆转 RTKRTK 的效应的效应33 ） 受体鸟苷酸环化酶） 受体鸟苷酸环化酶

第二信使第二信使 cGMPcGMP ，并激活蛋白激酶，并激活蛋白激酶 G(PKG)G(PKG)44 ）酪氨酸蛋白激酶相关的受体）酪氨酸蛋白激酶相关的受体

受体本身无酪氨酸蛋白激酶活性，在受体与配体结受体本身无酪氨酸蛋白激酶活性，在受体与配体结合后，激活细胞质中的酪氨酸蛋白激酶，实现信号转合后，激活细胞质中的酪氨酸蛋白激酶，实现信号转

导导

四、由细胞表面整合蛋白介导的信四、由细胞表面整合蛋白介导的信号传递号传递

整联蛋白存在于粘整联蛋白存在于粘着斑中（连接胞外着斑中（连接胞外基质和胞内纤联蛋基质和胞内纤联蛋白），在粘着斑装白），在粘着斑装配和细胞生长接触配和细胞生长接触

性抑制中起作用性抑制中起作用

粘着斑的功能：一是机械结构功能；二是信号传递功能

谢谢谢谢