一 细胞通讯

细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质 (信号分子，配体) 传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生细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过程，对于多细胞生物体细胞间功能的协调、控制细胞生长和分裂、组织发生与形态建成是必需的。

1 细胞通讯方式

（1）动物相邻细胞间形成间隙连接(gap junction)、植物细胞间通过胞间连丝 (plasmodesmata)使细胞间相互沟通，通过交换小分子如 Ca2+、cAMP 等来实现代谢耦联或电耦联，是直接通讯方式；

（2）细胞间接触依赖性通讯 (contact-dependentsignaling)，细胞间直接接触，通过信号细胞膜表面信号分子(配体) 与相邻靶细胞表面受体相互作用，最终产生细胞应答的过程，即细胞识别(cell recognition)，如精子和卵子之间、T细胞与B 淋巴细胞间的识别。

（3）化学通讯，细胞间通过分泌化学信号相互通讯，是多细胞生物最普遍的通讯方式，属间接细胞通讯。

         依化学信号分子的作用范围分为 4 类：

        内分泌 (endocrine)，内分泌细胞分泌信号分子(激素) 到血液中，通过血液循环运送到体内各部位，作用于靶细胞。浓度低，时效长，全身性；

        旁分泌 (paracrine)，细胞分泌局部化学介质到细胞外液中，经局部扩散作用于邻近靶细胞。多细胞生物中调节发育的许多生长因子、气体信号分子等，此方式对于创伤或感染组织刺激细胞增殖以及恢复功能具有重要意义；

        自分泌 (autocrine)，细胞分泌信号分子作用于自身或同类细胞。常见于病理情况，如肿瘤细胞合成并释放生长因子刺激自身，导致肿瘤细胞的持续增殖；

        化学突触传递神经信号，电信号刺激突触前细胞分泌化学信号(神经递质或神经肽)，作用于相距不足100nm的突触后细胞，实现电信号-化学信号-电信号转换和传导；

        通过分泌信息素(pheromone)也属于通过化学信号进行细胞通讯，传递信息作用于同类其他个体。

2 细胞通讯步骤

细胞识别 (cell recognition)，细胞通过表面受体与胞外信号分子(配体) 选择性相互作用，导致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过程，是细胞通讯的重要环节；

细胞信号通路 (signaling pathway),胞外信号转导为胞内信号, 最终调节特定基因表达、引起细胞应答反应所经历的路程；

细胞信号传导 (cell signaling)和信号转导 (signaltransduction)，前者强调信号的产生与细胞间传送，即信号的合成、分泌与传递；后者强调信号的接收与接收后信号转换的方式(途径) 和结果，即信号的识别、转换与放大；

胞外信号介导的细胞通讯步骤：①信号分子合成并释放；② 运送至靶细胞；③ 与靶细胞受体特异结合并激活；④ 活化受体启动信号转导途径；⑤ 引发细胞功能、代谢或发育改变；⑥信号的解除并导致细胞反应终止。本章重点讨论后 4步。

二 信号分子

信号分子是细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号诸如各类激素、局部介质和神经递质、生长因子等，以及物理信号诸如声、光、电和温度变化等，既非营养物质，又非能源和结构物质，也不是酶。

化学信号分子依据溶解性可分为：

－气体性信号分子，包括NO、CO，可自由扩散，进入细胞直接激活效应酶产生第二信使cGMP，参与众多生理过程；
－亲脂性信号分子，主要代表是甾类激素和甲状腺素，分子小，疏水性强，可穿过细胞膜进入细胞，与细胞内核受体结合形成激素-受体复合物，进而调节基因表达；
－亲水性信号分子，包括神经递质、局部介质和大多数肽类激素，不能穿过靶细胞膜，通过与靶细胞表面受体结合，经信号转换机制在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反应；

三 受体

受体，指能够识别并选择性结合某种配体(信号分子) 而引起细胞功能变化的生物大分子，绝大多数是蛋白质且多为糖蛋白，少数是糖脂如霍乱毒素受体、百日咳毒素受体，有的是糖蛋白和糖脂组成的复合物如促甲状腺素受体。

受体至少有两个功能域，具有结合特异性的结合配体的功能域，具有效应特异性的产生效应的功能域。

受体结合特异性配体后被激活，通过信号转导途径将胞外信号转换为胞内，引发两种主要的细胞反应：

一是细胞内预存蛋白活性或功能的改变，进而影响细胞功能和代谢（快反应）；

二是影响细胞内特殊蛋白的表达量，最常见的方式是通过转录因子的修饰激活或抑制基因表达（慢反应）。

1 细胞内受体 (intracellularreceptor)

位于细胞质基质或核基质中，主要识别和结合小的脂溶性信号分子，如类固醇激素、甲状腺素、维生素D和视黄酸(retinoic acid)

2 细胞表面受体 (cell-surface receptor)

 多为膜上的功能性糖蛋白, 也有糖脂，或二者复合物，主要识别和结合亲水性信号分子, 包括分泌型信号
分子 (神经递质、多肽类激素、生长因子等)和膜结合型信号分子 (细胞表面抗原、细胞表面黏着分子等).

细胞表面受体分属三大家族：离子通道耦联受体 ion-channel-coupled receptor)

                                              G蛋白耦联受体 G protein-coupled receptors, GPCRs

                                              酶联受体 enzyme-linked receptor

四 受体与信号分子的关系

对多细胞生物而言，一个细胞经常暴露于上百种以不同状态存在的信号分子的环境中。

受体与信号分子(配体) 的特异性结合依赖于二者空间结构的互补性，但并不是简单的一对一关系。

1 同一信号，不同靶细胞的受体可能不同，应答不同
－乙酰胆碱－骨骼肌细胞→收缩
－乙酰胆碱－心肌细胞→降低收缩频率
－乙酰胆碱－唾腺细胞→分泌

2 不同细胞具有相同受体，结合同一信号但效应不同

3 同一细胞上的不同受体应答于不同的胞外信号产生相同的效应

4 一种细胞具有一套多类型受体，应答不同的胞外信号启动不同的生物学效应，如存活、分裂、死亡等.

五 第二信使

第二信使学说：胞外化学物质(第一信使) 不能进入细胞，作用于细胞表面受体而导致胞内产生第二信使，从而激发一系列化学反应、产生生理效应，第二信使的降解使其信号作用终止

第二信使是指细胞内产生的非蛋白类小分子，通过其浓度变化(增加或减少) 应答胞外信号与细胞表面受体的结合，调节酶和非酶蛋白活性，并在细胞信号转导中行使携带和放大信号的功能。

目前公认的第二信使包括cAMP、cGMP、Ca2+、二酰甘油(DAG)、1,4,5-肌醇三磷酸(IP3)等。

六 分子开关

在细胞内信号传递的级联反应中，须有正、负两种相辅相成的反馈机制进行精确控制。

1 开关蛋白(switch protein) 可分两类：

一类的开关机制是，蛋白激酶(protein kinase) 使靶蛋白磷酸化而活性“开启”，蛋白磷酸水解酶(protein phosphatase) 使靶蛋白去磷酸化而活性“关闭”，常为蛋白激酶本身。

另一类是GTPase开关蛋白，结合GTP 时呈活化的“开启”状态，结合GDP时呈失活的“关闭”状态，从而控制下游靶蛋白活性。GTPase超家族包括三聚体G蛋白和单体G蛋白如Ras和类Ras蛋白。鸟苷酸交换因子(GEF) 介导信号诱导的开启过程；GTP的水解被GTPase促进蛋白(GAP)和G蛋白信号调节子(RGS) 促进，被鸟苷酸解离抑制物(GDI) 所抑制。

2 细胞表面受体介导的信号途径步骤：

   受体特异性识别并结合胞外信号分子胞外信号(第一信使)；

   通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导,产生胞内第二信使或活化的信号蛋白；

   信号放大(signal magnification)，信号传递至胞内效应器蛋白；

   引发级联反应：通过酶的逐级激活改变代谢活性，或通过基因表达调控蛋白影响基因表达，或通过修饰细胞骨架改变细胞形状或运动；

   受体脱敏(desensitization)或受体下调(down-regulation)，启动反馈机制从而终止或降低细胞反应；