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1、第二节 细胞通讯与信号传递,The English poet John Donne:“No man is an island.”,Learning Objectives:1.Some of the basic characteristics of cell signaling 2.The types of signal molecules,receptors,molecular switches and effectors;3.The different signal transduction pathways;4.The convergence,divergence,and cross ta
2、lking between different signaling pathways.,生命与非生命物质最根本的区别：生命是一个完整的自然的信息处理系统。生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命进化实质是信息系统的进化。信息物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。信息系统使有机体适应内、外环境的变化，维持个体的生存。,单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。多细胞生物是由各种细胞组成的细胞社会，除反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传导，协调不同细胞的行为：(1)调节代谢；(2)实现细胞功能：肌肉的收缩，腺体分泌等；(3)调节细胞周期;(4)控制细胞分化;(5)影响细胞
3、的存活。,Each cell is programmed to respond to specific binations of extracellular signal molecules,一、细胞通讯的基本特点,（一）两个容易混淆的概念 细胞信号传导（cell signaling）：细胞合成和释放信号分子，并将信息传递给其它细胞的过程。强调信号的产生与细胞间传送。信号转导（signal transduction）：信号分子与细胞表面受体作用，通过细胞内信使，引起细胞应答反应的一系列过程。强调信号的接收与转换方式和结果。,（二）细胞通讯的方式,4种方式：（1）通过信号分子；（2）通过相邻细胞
4、表面分子的粘着；（3）通过细胞与细胞外基质的粘着；（4）通过间隙连接。归为2大类：（1）不依赖于细胞接触的细胞通讯；（2）依赖于细胞接触的细胞通讯。,（三）细胞通讯的基本过程,1、信号分子的合成：内分泌细胞；2、信号分子释放进入周围环境；3、信号分子向靶细胞的运输：血液；4、靶细胞对信号分子的识别和结合：受体；5、胞外信号跨膜转导，产生胞内信号；6、胞内信号作用于效应分子，引起细胞应答。,（四）细胞通讯涉及的要素,1、实现信号传导的信号分子；2、进行信号接收的受体；3、进行信号转导的第二信使；4、引起细胞应答的效应分子。,（五）信号分子与信号传导,1、信号分子(signal molecule)
5、生物细胞所接受的信号既可使物理信号（光、热、电流），也可是化学信号，有机体细胞间的通讯中最广泛的是通过化学信号分子实现。信号分子是指细胞内某些化学分子，既非营养物，也非能源和结构物，也不是酶，唯一的功能是在细胞内和细胞间传递信息，如激素、神经递质、生长因子等。,2、信号分子的共同特点,多细胞有机体中有几百种信号分子在细胞间传递信息，包括蛋白质、短肽、氨基酸衍生物、核苷酸、脂类、胆固醇衍生物和气体分子（NO）等。共同特点：（1）特异性：只能与特定的受体结合；（2）高效性：几个分子即可触发明显的生物学效应：级联放大；（3）可快速失活：完成信息传递后被降解或修饰失去活性。,3、信号分子类型及信号传导
6、方式,依溶解性可分2类：（1）水溶性：只能与膜表面受体结合。水溶性激素、神经递质、细胞生长因子。（2）脂溶性：可穿膜进入细胞，与胞内受体结合。甾类激素和甲状腺素。依产生和作用方式可分4类：（1）内分泌激素；（2）神经递质；（3）局部化学介质；（4）气体分子。,（1）激素（hormone）,内分泌（endocrine）：由分泌细胞合成并分泌到血液，包括肽类激素，类固醇激素，氨基酸衍生物。特点：A、最广泛的传递信息方式；B、通过血液循环系统传播，速度快；C、低浓度，10-8-10-12M；D、传输距离最远，覆盖整个生物体；E、长时效，血中微量激素足以维持长久作用。,（2）局部介质（local me
7、diator）,旁分泌（paracrine）：由各类细胞分泌到细胞外液的信号分子：细胞生长因子；淋巴因子等。特点：通讯距离短，仅几毫米，只能作用于周围细胞。自分泌（autocrine）：细胞对自身分泌的物质产生反应：前列腺素。,（3）神经递质（neurotransmitter）,神经细胞末梢释放出的小分子信号分子：乙酰胆碱。特点：（1）仅作用于与之相连的靶细胞；（2）作用部位精准，速度快；（3）对受体亲和力低，作用时间短。,化学通信的类型,（4）气体分子（NO）,NO是可溶性有毒气体，可快速扩散透过细胞膜，进入邻近的靶细胞起作用。常视为一种局部介质。特点：（1）半衰期短，易被氧化成硝酸根离子或
8、亚硝酸根离子。（2）细胞内没有专门的储存和释放调节机制。,（5）细胞膜上的信号分子,依赖于细胞接触的通讯中，信号分子都位于细胞膜上，两个细胞通过信号分子与受体的接触传递信息。胚胎发育过程中，依赖于细胞接触的信号传导对于细胞识别和组织形成具重要作用。,（六）受体(receptor)与信号接收,受体是一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)并能引起细胞功能变化的生物大分子。含2个功能区：与配体结合区和产生效应区。当受体与配体结合后，构象改变，启动一系列过程，最终表现为生物学效应。受体与配体间的作用具4个特征：(1)特异性；(2)饱和性；(3)高亲和力；(4)可逆性。,根据受体在细胞中的位置，将
9、受体分为：（1）细胞表面受体(cell surface receptor)；（2）细胞内受体(intracellular receptor)。,细胞表面受体和细胞内受体,1、细胞内受体,细胞内受体介导亲脂性信号分子的信息传递。主要位于细胞核中，也有的位于细胞质溶胶。具两个结构域：一个是与DNA结合的结构域；另一个是激活基因转录的N端结构域。此外还有两个结合位点，一个是配体结合位点；另一个是与抑制蛋白结合的位点。,2、细胞表面受体(cell surface receptor),细胞表面受体介导亲水性信号分子的信息传递，可分：(1)离子通道耦联受体(ion-linked receptor)；(2)
10、G蛋白耦联受体(G-protein linked receptor)；(3)酶联受体(enzyme-linked receptor)。,膜表面受体主要有三类,每种细胞都有独特的受体和信号转导系统，细胞对信号的反应不仅取决于受体的特异性，还与细胞的固有特征有关。相同的信号可产生不同的效应，如Ach可引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾腺细胞分泌。不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、胰高血糖素，都能促进肝糖原降解。,细胞持续处于信号分子刺激下的时候，细胞通过多种途径使受体钝化，产生适应。如：修饰或改变受体，如磷酸化，使受体与下游蛋白隔离，即受体失活(receptor inactivation)
11、。暂时将受体移到细胞内部，即受体隐蔽（receptor sequestration）通过内吞作用，将受体转移到溶酶体中降解，即受体下行调节（receptor down-regulation）,（七）信号转导与第二信使,由细胞表面受体将细胞外信号(第一信使)转换而成的细胞内信号称第二信使(secondary messenger)，是信号转导过程中第一个出现在细胞质中的具信使作用的分子。作用是对胞外信号起转换和放大。第二信使都是小的分子或离子。公认的第二信使有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG），Ca2+被称为第三信使。,（八）蛋白激酶与细胞应答,蛋白激酶是一类磷酸转移酶，
12、作用是将 ATP 的磷酸基团转移到底物特定的氨基酸上，使蛋白质磷酸化。在信号转导中的作用：（1）通过磷酸化调节蛋白质的活性。（2）通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞应答。,二、细胞表面受体介导的信号转导,（一）离子通道型受体及其信号转导 一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（ligand-gated channel）。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，信号分子为神经递质。乙酰胆碱门Na、Ca离子通道。,神经递质与受体的结合改变通道蛋白构象，导致离子通道开启或关闭，改变质膜离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转换为电信号，改变突触后细胞的兴奋性。乙酰胆碱受体有3种构象，乙酰胆碱的结合
13、可使通道开放，但受体处于通道开放构象状态时限短暂，几十毫秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱解离，受体恢复到初始状态。,离子通道型受体,乙酰胆碱受体结构模型,乙酰胆碱受体的三种构象,神经肌肉接点处的离子通道型受体,（二）G蛋白耦联受体及其信号转导,1、G蛋白的结构 G蛋白即GTP结合蛋白（GTP-binding protein），位于质膜胞质侧，属膜外周蛋白，由、三个亚基组成异源三聚体。亚基通过脂肪酸链锚定在质膜上，亚基上有GTP/GDP结合位点，并具GTP酶活性及ADP核糖化位点。,G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用：当亚基与GDP结合时G蛋白处于关闭状态，此时亚基与亚基呈三聚体状态。亚基
14、结合GTP后处于开启状态，一方面与亚基分离，与特异蛋白结合，引起信号转导；另一方面能催化所结合的GTP水解，恢复无活性的三聚体状态。,G蛋白激活与失活的循环,G蛋白分子开关,G蛋白耦联受体为7次跨膜蛋白，胞外结构域识别并结合胞外信号分子，胞内结构域与G蛋白耦联，调节相关酶活性，在胞内产生第二信使，将胞外信号跨膜转导到胞内。G蛋白耦联受体包括多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体，味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属这类受体。,G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白,2、由G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要包括：cAMP信号通路 磷脂酰肌醇信号通路,cAMP信号通路（PKA通路）,胞外信号与
15、相应受体结合，调节腺苷酸环化酶活性，通过第二信使cAMP水平的变化，将细胞外信号转变为细胞内信号。,A、cAMP信号通路的组分,（1）激活型激素受体(Rs)或抑制型激素受体(Ri)：Rs结合Gs，激活腺苷酸环化酶活性；Ri结合Gi，抑制腺苷酸环化酶活性；（2）刺激型G蛋白(Gs)或抑制型G蛋白(Gi)；（3）腺苷酸环化酶(Adenylyl cyclase,AC)：12次跨膜糖蛋白，是G蛋白的效应物，能催化ATP生成cAMP，引起细胞应答。,（4）蛋白激酶(Protein Kinase A，PKA),由两个催化亚基和两个调节亚基组成，无cAMP时，以钝化的四聚体形式存在。有cAMP时，cAMP与
16、调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基。活化的PKA催化亚基可使特定蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，改变这些蛋白的活性，进一步影响相关基因的表达。,蛋白激酶A,cAMP信号通路与基因表达,(5)环腺苷酸磷酸二酯酶：可降解cAMP生成5-AMP，起终止信号的作用。,B、Gs调节模型,细胞处于静息状态时，Gs呈非活化态，亚基结合GDP，腺苷酸环化酶无活性；当激素与Rs结合Rs构象改变暴露出与Gs结合位点并与Gs结合 Gs的亚基构象改变 GDP释放，结合GTP而活化亚基解离暴露出与腺苷酸环化酶结合位点亚基与腺苷酸环化酶结合腺苷酸环化酶活化 ATP转化为cAMP。,结合GTP的亚基的功
17、能是激活腺苷酸环化酶。随着使命的完成，亚基所结合的GTP水解成GDP，亚基恢复原来的构象，终止对腺苷酸环化酶的活化作用。亚基与亚基重新结合，形成没有活性的三聚体。,Gs调节模型,霍乱毒素能催化ADP核糖共价结合到Gs的亚基上，使亚基丧失GTP酶的活性，GTP永久结合在Gs的亚基上，使亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。,活化的亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具信号传递功能。如心肌细胞中G蛋白耦联受体在结合乙酰胆碱刺激下，活化的亚基复合物能开启质膜上K+通道，改变心肌细胞膜电位。亚基复合物也能与膜上的效应酶结合，对结合GTP
18、的亚基起协同或拮抗作用。,细胞内cAMP浓度大幅升高后，cAMP特异性地激活cAMP依赖的蛋白激酶(PKA)。被激活的PKA可作用多种底物，引起多种反应。在同一细胞中，既可通过磷酸化细胞质中的靶蛋白而立即发挥作用，如磷酸化催化糖原分解的酶类，启动糖原分解成葡萄糖的反应；也可缓慢地发挥作用：通过磷酸化基因调控蛋白，影响基因表达。在不同细胞中，PKA通过磷酸化不同套蛋白质，而起到不同的作用。,糖原降解：cAMP和PKA信号立即发挥作用的例子,因此，对于作用于细胞质中靶蛋白cAMP信号通路可表示为：激素G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP依赖cAMP的蛋白激酶A靶蛋白（酶）引起细胞代谢改变。,c
19、AMP和PKA信号调节基因表达,激活的PKA 进入细胞核，将CRE(cAMP response element,DNA上的调节区域)结合蛋白(CREB)磷酸化，调节相关基因的表达。故对于调节基因表达的cAMP信号通路可表示为：激素G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP依赖cAMP的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录,C、Gi调节模型,Gi调节主要用于终止cAMP信号。其作用机理主要是通过对腺苷酸环化酶的抑制作用来实现cAMP信号的终止。可通过两个途径：（1）亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；（2）亚基复合物与游离Gs的亚基结合，阻断Gs的亚基对腺苷酸环化酶的活化。,Gi调节模型,百日咳毒
20、素催化Gi的亚基ADP-核糖基化，降低了GTP与Gi的亚基结合的水平，使Gi的亚基不能活化，阻断了Ri受体对腺苷酸环化酶的抑制作用。,D、感觉器官中的G蛋白偶联受体,（1）视觉感受器中的G蛋白 视紫红质(rhodopsin,Rh)是视杆细胞中的光感受蛋白，为7次跨膜蛋白，是G蛋白偶联型受体。光照使Rh构象改变，构象改变的Rh激活G蛋白(transducin，Gt)，G蛋白再激活cGMP磷酸二酯酶，将细胞中的cGMP水解，从而关闭钠通道，引起细胞超极化，产生视觉。,视觉感受器中的G蛋白,视觉产生过程可表述为：光信号激活RhG蛋白(Gt)cGMP磷酸二酯酶激活胞内cGMP水解并减少Na+离子通道关
21、闭胞内离子浓度下降膜超极化神经递质释放减少视觉反应。,（2）嗅觉感受器中的G蛋白,嗅觉的产生取决于来自于嗅神经细胞的神经脉冲。人体有500多种嗅觉受体，每种嗅神经细胞只含1种嗅觉受体，不同嗅神经细胞的激活使我们感受到不同气味。过程：气味分子嗅神经细胞上的嗅觉受体G蛋白腺苷酸环化酶激活cAMP cAMP配体门离子通道打开动作电位大脑,（3）味觉感受器中的G蛋白,舌上的味蕾含感觉细胞，感觉细胞只能传递四种基本味道(酸、咸、甜、苦)中的一种，另一种“鲜”味是由一种特化的感觉细胞传递。咸和酸的感受：食品中的钠离子或质子通过离子通道进入感觉细胞，引起细胞膜去极化。苦和甜的感觉：食品中各种化合物与感觉细胞
22、上的T2R受体结合G蛋白腺苷酸环化酶激活cAMP cAMP配体门离子通道打开动作电位大脑,3、磷脂酰肌醇途径（PKC）,(1)信号转导过程：胞外信号与G蛋白耦联受体结合激活质膜上磷脂酶C(PLC)质膜上4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解 1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DG)两个第二信使。故又称“双信使系统”,IP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca2+浓度升高，激活各类依赖钙离子的蛋白。DG位于质膜，可活化与质膜结合的蛋白激酶C(Protein Kinase C，PKC)。PKC以非活性形式分布于胞质中，当细胞中Ca2+浓度升高，PKC便转到质膜表
23、面，被DG活化。,IP3和DG的作用,（2）PKC的作用,PKC可使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，是一种多功能性激酶。a、激活细胞质中的某些酶，参与生化反应调控；b、作用于细胞核中的转录因子，参与基因表达调控，所调控的基因多与细胞生长和分化相关。,（3）Ca2+的作用,在磷酸肌醇途径中，除PKC具有重要的作用外，细胞内Ca2+的升高也具有非常多的重要的细胞功能。包括激活或抑制不同的酶及运输系统；改变膜的离子透性；诱导膜融合；改变细胞骨架的结构和功能。,Ca2+不是通过自身而是通过细胞内钙结合蛋白去完成这些功能。钙调素(calmodulin，CaM)是一类重要的钙结合蛋白，存在于所有真核细胞
24、中，由单一肽链构成，有4个Ca2+结合位点，结合Ca2+后构象改变，可结合蛋白激酶、cAMP磷酸二酯酶、离子通道，甚至是Ca2+运输蛋白。,Ca2+在植物细胞中的作用,Ca2+在植物细胞中也具重要作用。光、温度、压力、重力及激素刺激下，植物细胞中的Ca2+发生急剧变化，并引起相应的反应。植物叶片气孔的大小主要是通过Ca2+调控：不利条件刺激ABA释放保卫细胞膜中Ca2+通道打开 Ca2+进入细胞质，触发细胞器中Ca2+释放细胞质中Ca2+浓度升高质膜钾输出通道打开，输入通道关闭细胞膨压下降气孔缩小。,（4）PKC信号途径终止,a、IP3信号的终止：通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。
25、b、Ca2+信号的终止：由质膜上Ca2+泵和Na+-Ca2+交换器抽出细胞，或由内质网膜上钙泵进内质网腔。c、DG信号的终止：被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸；或被DG酯酶水解成单酯酰甘油。,Ca2+信号的消除,（三）酶偶联受体（enzyme linked receptor）,分2类：（1）一是本身具激酶活性，如肽类生长因子（EGF，PDGF，CSF等）受体；（2）二是本身没有酶活性，但可连接非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。共同点：（1）通常为单次跨膜蛋白；（2）接受配体后发生二聚化而激活，启动下游信号转导。,已知5类：（1）受体酪氨酸激酶；（2）酪氨酸激酶连接的受体；（3）受体酪氨酸磷脂
26、酶；（4）受体丝氨酸/苏氨酸激酶；（5）受体鸟苷酸环化酶。,与酶联受体信号转导相关的信号分子及结构域,1）酪氨酸激酶可分三类：（1）受体酪氨酸激酶，为单次跨膜蛋白，在脊椎动物中已发现50余种；（2）胞质酪氨酸激酶，如Src家族、Tec家族、ZAP70家族、JAK家族等；（3）核内酪氨酸激酶，如Abl和Wee。,2）小G蛋白(Small G Protein),因分子量小(2030KD)得名，也具GTP酶活性，也是多种细胞反应的分子开关。第一个被发现的小G蛋白是Ras，它是ras基因的产物。其它的还有Rho，SEC4，YPT1等，微管蛋白亚基也是。,小G蛋白的共同特点：,a、结合GTP成活化形式，
27、使下游分子活化，当GTP水解成GDP时，回到非活化状态。与G类似。b、进行GDP GTP置换时，需鸟苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factor,GEF)帮助。c、GTP酶活性低，进行GTP水解时，需GTP酶激活蛋白(GTPase activating protein,GAP)帮助。,3）介导信号分子结合的结构域,SH2结构域：约100个aa，介导蛋白与含磷酸酪氨酸的蛋白分子结合。SH3结构域：约50个aa，介导蛋白与富含脯氨酸蛋白分子结合。PH结构域：约100120个aa，可与膜上磷脂类分子PIP2、PIP3、IP3结合，使含PH结构域蛋白由细胞质中转到
28、细胞膜上。,1、受体酪氨酸激酶及RTK-RAS信号途径,受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）既是受体，也是酶。由3部分组成：胞外区是结合配体结构域；单次跨膜a螺旋区；胞内段含酪氨酸蛋白激酶结构域，并具有自磷酸化位点。已知50多种，主要是Insulin和各种生长因子。,各类受体酪氨酸激酶,EGF(epidermal growth factor):表皮生长因子 FGF(fibroblast):成纤维细胞生长因子 HGF(hepatocyte):肝细胞生长因子 IGF1(insulin-like):胰岛素样生长因子1 NGF(nerve):神经生长因子 PD
29、GF(platelet-derived):血小板生长因子 VEGF(vacularendothelial):血管内皮生长因子 M-CSF(macrophage colony stimulating factor):巨噬细胞菌（集）落刺激因子；,（2）RTK-RAS信号途径,配体在胞外与受体结合并引起构象变化，导致受体二聚化(dimerization)，形成二聚体，在二聚体内两个单体彼此相互磷酸化各自胞内段酪氨酸残基，激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性。,受体酪氨酸激酶的二聚化和自磷酸化,活化的RTK激活RAS，再由活化的RAS引起蛋白激酶的磷酸化级联反应。Ras是小G蛋白，要释放GDP结合GTP
30、才能激活，这个过程需GEF（Sos）参与。因此，RTK要激活Ras，必须先激活Sos。,但RTK又不能直接激活Sos，因为Sos没有SH2结构域，只有SH3结构域，不能直接和RTK结合，需接头蛋白（Grb2）的连接。接头蛋白Grb2既有SH2也有SH3结构域，可通过SH2与受体的磷酸酪氨酸结合，再通过SH3与Sos结合，这样活化的RTK就使Sos激活，激活的Sos与膜上的Ras接触，活化Ras。,Ras的失活需要GTP的水解，而Ras本身的GTP酶活性不强，需GTP酶激活蛋白（GAP）的参与，GAP具有SH2结构域，可直接与活化的受体结合而被激活。,活化的Ras与Raf(MAPKKK)的N端结
31、构域结合并使其激活，Raf是丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶。活化的Raf磷酸化另一种蛋白激酶MAPKK，使其活化。MAPKK又磷酸化MAPK的苏氨酸和酪氨酸残基使之激活。活化的MAPK进入细胞核，可使许多转录因子活化，如将Elk-1激活，促进c-fos，c-jun的表达。,MAP-kinase serine/threonine phosphorylation Pathway activated by Ras,Ras-activated phosphorylation cascade,RTK-Ras signaling pathway,RTK-Ras信号通路可概括如下：配体RTKada
32、ptorGRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK进入细胞核转录因子基因表达。,2、受体酪氨酸激酶与胰岛素介导的信号转导,胰岛素受体也属受体酪氨酸激酶，是由和两种亚基组成四聚体型受体，其中亚基具激酶活性，可将胰岛素受体底物(insulin receptor substrates,IRSs)磷酸化。IRS作为多种蛋白的停泊点，可结合并激活具SH2结构域的蛋白。,IRS,磷脂酰肌醇3-激酶(phosphotidylinositol 3-kinase,PI3K)是能被IRS激活的蛋白之一。它催化PI形成PI(3,4)P2和PI(3,4,5)P3，这两种磷酸肌醇可作为胞内信号蛋白(含PH结构
33、域)的停泊位点，并激活这些蛋白。,主要信号通路有：,（1）通过激活BTK(Brutons tyrosine kinase)，再激活磷脂酶C（PLC），引起磷脂酰肌醇途径。,（2）激活磷脂酰肌醇依赖性激酶 PDK1(phosphoinositol dependent kinase)，PDK1激活转位到膜上的蛋白激酶B(PKB，丝氨酸/苏氨酸激酶，如Akt)。激活的PKB(Akt)返回细胞质，将细胞凋亡相关的BAD蛋白磷酸化，抑制BAD的活性，从而使细胞存活。,蛋白激酶B的活化,3、受体丝氨酸/苏氨酸激酶(receptor serine/threonine kinases),单次跨膜蛋白，胞内区具
34、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，以异二聚体行使功能。主要配体是转化生长因子-(TGF-）家族成员：TGF-1TGF-5，都具类似结构与功能。依细胞类型不同，可抑制细胞增殖、刺激胞外基质合成、刺激骨骼形成、通过趋化性吸引细胞和作为胚胎发育过程中的诱导信号。,4、受体酪氨酸磷酯酶(receptor tyrosine phosphatases),单次跨膜蛋白，胞内区具酪氨酸磷酯酶活性，胞外配体与受体结合激发该酶活性，使胞内信号蛋白磷酸酪氨酸残基去磷酸化，使细胞保持较低磷酸酪氨酸残基的水平。作用与RTK相反，且参与细胞周期调控。对具体配体尚不了解。,与酪氨酸激酶一样，细胞中也存在胞质酪氨酸磷酯酶，具两个S
35、H结构域，称SHP1和SHP2，通过SHP1可以与细胞因子受体连接，使Jak去磷酸化。SHP1结构域缺陷的老鼠，各类血细胞异常。说明胞质酪氨酸磷酯酶与血细胞分化有关。,5、受体鸟苷酸环化酶(receptor guanylate cyclase),单次跨膜蛋白，胞外区是配体结合部位，胞内区具鸟苷酸环化酶活性。主要配体是心房排钠肽(ANPs)。血压升高时，心房肌细胞分泌ANPs，与分布在血管平滑肌和肾细胞上的受体鸟苷酸环化酶结合，促进肾细胞排水、排钠，同时导致血管平滑肌细胞松弛，使血压下降。,作用过程：ANPs与受体结合激活受体胞内段鸟苷酸环化酶活性，使GTP转化为cGMP，cGMP作为第二信使激
36、活依赖cGMP的蛋白激酶G(PKG)，导致靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而活化。除受体鸟苷酸环化酶外，胞质基质中也有可溶性的鸟苷酸环化酶，是NO的靶酶。,6、酪氨酸激酶连接受体(tyrosine kinase associated receptor),单次跨膜蛋白，本身不具酶活性，但结合配体后发生二聚化而激活，连接胞内酪氨酸蛋白激酶(如JAK)，其信号途径主要有JAKSTAT。细胞因子受体超家族属这类受体。主要配体包括细胞因子(cytokine)，如白介素(IL)、干扰素(IFN)、集落刺激因子(CSF)、生长激素(GH)等，在造血细胞和免疫细胞通讯上起作用。,JAK（just anothe
37、r kinase或janus kinase）是一类非受体酪氨酸激酶家族，已发现四个成员：JAK1、JAK2、JAK3 和TYK1。其结构不含SH2、SH3结构域，C端有两个相连的激酶区。,JAK的底物为STAT，即信号转导子和转录激活子(signal transducer and activator of transcription，STAT)，具SH2和SH3结构域。STAT被JAK磷酸化后发生二聚化，然后穿过核膜进入核内，调节相关基因的表达，这条信号通路称为JAK-STAT途径。,可概括如下：1、配体与受体结合导致受体二聚化；2、二聚化受体激活JAK；3、JAK将STAT磷酸化；4、STA
38、T形成二聚体，暴露入核信号；5、STAT进入核内，调节基因表达。,The Jak-STAT signaling pathway avtivated by-interferon.Providing a fast track to the nucleus.,四、胞内受体介导的信号转导,胞内受体本质上是激素激活的基因调控蛋白。在细胞内，受体与抑制性蛋白结合，处于非活化状态。配体与受体结合，导致抑制蛋白解离，使受体激活，露出DNA结合位点。3个结构域：C端的激素结合位点，中部富含Cys，含DNA或Hsp90结合位点，及N端的转录激活结构域。,胞内受体,1、甾类激素,甾类激素是结构相似的亲脂性小分子，可
39、扩散进入细胞并与胞质内特异受体结合，形成激素-受体复合物并进入细胞核。激素和受体结合使受体蛋白构象改变而激活，通过结合特异DNA序列调节基因表达。所结合序列是受体依赖的转录增强子，结合可增加某些相邻基因的转录。,甾类激素诱导的基因活化分两个阶段：（1）初级反应：直接活化少数特殊基因，发生迅速；（2）次级反应：初级反应的产物再活化其它基因，对初级反应起放大作用。这类激素作用通常表现为影响细胞分化等长期生物学效应。,甲状腺素和雌激素也是亲脂性小分子，受体位于细胞核内，作用机理与甾类激素相同。另外，个别的亲脂性小分子，如前列腺素，受体在细胞膜上。,2、甲状腺素和雌激素,NO是一种可快速透过细胞膜进入
40、细胞内部的气体信号分子，作用于邻近细胞。RFurchgott等三位美国科学家因发现NO作为信号分子而获1998年诺贝尔医学与生理学奖。,3、NO,血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO的生成由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以L-精氨酸为底物，以NADPH作为电子供体，生成NO和L-瓜氨酸。NOS是一种Ca2+/钙调蛋白敏感性的酶，Ca2+/钙调蛋白与NOS结合而激活其活性。,信号传导过程：血管内皮细胞表面结合乙酰胆碱，使胞内Ca2+浓度升高，激活NOS，细胞合成并释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞，与胞质鸟苷酸环化酶(GTP-cyclase，GC)
41、活性中心的Fe2结合，改变酶构象，使酶活性增强及cGMP增多。cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌的舒张，血管扩张、血流通畅。,鸟苷酸环化酶,The action of Nitric oxide on blood vessels,NO的作用机制,硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为NO，可使血管松弛，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。,五、由整联蛋白介导的信号传递,正常细胞和恶性细胞的主要区别之一是：在离体培养时，正常细胞的培养基中必须加入细胞外基质，才能贴壁生长。而恶性细胞不需要细胞外基质就可贴壁生长。这是因为正常细胞的生长与分裂，需要与细胞外基质建立
42、联系。主要由细胞膜上整联蛋白承担。,整联蛋白上有细胞外基质纤连蛋白、胶原、蛋白聚糖结合的位点。除将细胞固着在细胞外基质上，整联蛋白还为细胞外基质调节细胞内的活动提供了通道。细胞外基质与整联蛋白结合后，能诱导细胞产生钙离子释放、磷脂酰肌醇第二信使、酪氨酸磷酸化等应答，并因此影响细胞的生存、分裂、分化等生命活动。,1、整联蛋白介导粘着斑装配的信号转导,当整联蛋白与胞外基质结合时粘着斑即开始装配。粘着斑装配的信号由整联蛋白传递到Rho蛋白。Rho也是一种小G蛋白，起分子开关的作用。,活化的Rho激发两条不同的信号通路：第一条：活化的RhoPI5K 磷酸化PIP生成PIP2 结合微丝结合蛋白等靶蛋白
43、微丝结合蛋白从肌动蛋白中解离 肌动蛋白纤维解体和单体游离单体加到新形成的微丝末端第二条：活化的Rho 激活Rho激酶磷酸化肌球蛋白轻链磷酸酶并使之失活使肌球蛋白活化，并有利于微丝的装配与形成。,2、由粘着斑中整联蛋白介导的信号转导,（1）启动基因表达：整联蛋白结合胞外基质激活酪氨酸激酶Src 磷酸化并激活FAK（粘着斑激酶）与Grb2（具SH2）结合与GEF（Sos）结合活化Ras 启动MAPK级联激发与细胞生长和繁殖相关基因的转录。,（2）促进特异蛋白合成：整联蛋白结合胞外基质激活酪氨酸激酶Src 磷酸化并激活FAK（粘着斑激酶）结合并激活PI3K（具SH2）催化产生PIP2和PIP3 激活p70s6K 磷酸化核糖体小亚基S6蛋白核糖体优先翻译特异蛋白质。,六、细胞信号传递的基本特征,1、信号的趋同,2、信号的趋异,3、信号的串扰（cross talking）,The pathway through phospholipase C results in a rise in intracellular Ca2+,Crosstalk:Signals can be passed back and forth between different pathways,
