一、细胞通讯（ cell communication ）

第四节细胞通讯概述 一、细胞通讯（cell communication） 1.概念：信号细胞发出的信息传递到靶细胞并与受体相互作用，引起靶细胞产生特异性生物学效应的过程。

2. 细胞通讯的方式 • 细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯。 • 细胞间直接接触进行通讯。 • 细胞间形成间隙连接或胞间连丝实现细胞间的通讯。

细胞分泌化学信号的作用方式可分为4种类型： • 内分泌（激素） • 旁分泌（某些生长因子） • 自分泌 • 通过化学突触传递神经信号

旁分泌 内分泌直接接触通讯化学突触自分泌不同的细胞间通讯方式 F: 形成间隙连接的通讯

3. 细胞通讯过程 ①细胞通讯中两个基本概念： • 信号传导（cell signalling)--- 强调信号的产生与细胞间传送。 • 信号转导（cell transduction)--- 强调信号的接收与接收后信号转换的方式和结果。

②细胞通讯的六个基本步骤： • 细胞内化学信号分子的合成； • 细胞释放化学信号分子到周围环境； • 化学信号分子运送至靶细胞； • 通过质膜上特异性受体识别化学信号分子； • 信息的跨膜转导,将胞外信号转导为胞内信号； • 通过一定的方式,引起细胞的应答反应（生物学效应）

③细胞识别 指信号分子与细胞受体之间的特异性结合与配对。是细胞通讯过程中一个重要的环节。

二、细胞的信号分子与受体 （一）信号分子（配体） 1.概念：指生物体内的某些化学分子，即非营养物质，又非能源物质和结构物质，也不是酶。它们能与靶细胞受体结合并传递信息。包括激素、局部介质、神经递质等。

2.分类（根据溶解性）： ①亲脂性信号分子： • 特点：分子小、疏水性强，可穿过细胞膜进入细胞，与细胞质或细胞核中受体结合形成激素－受体复合物，进而调节基因表达。 • 主要代表为甾类激素和甲状腺素等。

②亲水性信号分子： • 特点：不能穿过细胞膜，只能与靶细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细胞内产生第二信使引起细胞的应答反应。 • 主要包括神经递质、生长因子、局部化学介质、大多数激素物质。 ③气体性信号分子： NO是第一个被发现的气体信号分子.

（二）受体 1.概念：一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，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化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为细胞生物学效应。

亲水性的信号分子 2.分类：细胞内受体细胞表面受体小的亲脂性的信号分子

细胞内受体 • 位于细胞质基质或核基质中； • 识别并结合亲脂性信号分子； • 通常是基因调控蛋白或酶，与信号分子结合后被激活。

细胞表面受体 • 位于细胞表面； • 通常受胞外亲水性信号分子的激活。

3.特点： 作用于骨骼肌细胞引起收缩 • 同一信号分子作用于不同靶细胞的受体后，产生不同的生物学效应。 • 同一靶细胞上不同的受体应答不同的胞外信号产生相同的生物学效应。 • 每种细胞都有自身的一套受体。作用于心肌细胞降低收缩频率作用于唾腺细胞引分泌乙酰胆碱结构式

离子通道耦联受体 • G蛋白耦联受体 • 酶耦联的受体

三、第二信使 1.第二信使的发现过程 2.基本概念 3.种类

1.cAMP的发现（Sutherland） ①胰高血糖素或肾上腺素能使与之温育的破碎肝细胞制剂中的磷酸化酶激活； ②将破碎细胞制剂离心而被分成主要含细胞膜的微粒组分和可溶性的上清组分，磷酸化酶仅存在于上清组分中； ③胰高血糖素或肾上腺素与上清组分温育，磷酸化酶没有被激活；说明微粒组分对磷酸化酶活化是必须的； ④激素与微粒组分温育，某种物质释放； ⑤将该物质加入上清组分，磷酸化酶被激活。 ⑥Sutherland鉴定出这种由微粒组分的膜所释放出来的物质为环式腺嘌呤单核苷酸（cAMP）

2.概念： 细胞外的信号分子（第一信使）与受体作用后在细胞内最早产生的信号分子称为第二信使，其功能是启动和协助细胞内信号的逐级放大。 3.分类：主要包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3)、二酰基甘油（DG）等。

第二节细胞内受体介导的信号转导 • 细胞内核受体及其对基因表达的调节 • NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合。

一、细胞内核受体对基因表达的调节 • 配体：为脂溶性、相对分子量小，可直接穿过细胞膜，如类固醇激素、视黄酸、维生素D等； • 受体：依赖激素激活的基因调控蛋白或酶； • 受体结构由三部分组成： C端---激素结合位点中部---DNA或抑制性蛋白的结合位点 N端---转录激活结构域

激素结合位点 抑制蛋白复合物皮质醇受体转录激活结构域雌激素受体 DNA结合结构域孕酮受体维生素D受体甲状腺素受体视黄酸受体 A:细胞内受体蛋白作用模型 B:几种胞内受体蛋白超家族成员

核内受体信号传递途径

二、NO介导的信号通路 1.NO做为信号分子的发现： • 乙酰胆碱在体内可以松弛血管的平滑肌细胞，然而这一反应在离体条件下得不到重复。 • 主动脉剥片与乙酰胆碱温育时，制备物通常极少或没有反应。 • 主动脉环与乙酰胆碱温育做出反应表现出松弛。 • 主动脉环上的内皮细胞以某种形式介入临近平滑肌细胞的反应。 • 乙酰胆碱与内皮细胞表面受体的结合导致一种扩散性介质的产生和释放，正是这种介质引起肌肉细胞松弛。1986年有两位科学家鉴定这一扩散介质为NO。

1998年R.Furchgott等三位美国科学家因对NO 信号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖

2.NO概述 • NO为脂溶性气体，可快速扩散透过细胞膜，作用于临近靶细胞； • 血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞； • NO的生成以精氨酸为底物由NO合成酶（NOS)催化产生； • NO的效应酶是鸟苷酸环化酶。

3.NO导致血管平滑肌舒张的作用机制 ①血管神经末梢释放乙酰胆碱作用于血管内皮细胞G蛋白耦联受体并激活磷脂酶C，通过第二信使导致细胞质Ca2+浓度增加； ② Ca2+结合钙调蛋白刺激一氧化氮合成酶，以精氨酸为底物在内皮细胞中合成NO; ③ NO扩散进入临近的平滑肌细胞，在那里结合并激活鸟苷酸环化酶，该酶使GTP转变成cGMP； • cGMP活化蛋白激酶G，从而抑制肌动-肌球蛋白复合物信号通路，导致血管平滑肌细胞松弛，血管舒张。

4.NO与药物 • 硝酸甘油治疗心绞痛：其作用机理是在硝酸甘油代谢生成NO，后者刺激心脏血管平滑肌细胞舒张，从而增加心脏供血。 • 败血症休克病：该病是在某些革兰氏阳性菌感染细胞时，诱发巨噬细胞在全身释放NO,再由NO触发大范围的血管舒张。已显示一氧化氮合酶的抑制物有望成为一种治疗败血症休克的有效药物。

第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导

A: G蛋白偶联的受体 • 概念： • G蛋白偶联的受体是指配体-受体复合物与靶蛋白（酶或离子通道）的作用通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内，影响细胞的行为。

2.结构： • 受体为7次跨膜蛋白； • 受体的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；

B:G蛋白 1.G蛋白的发现过程： • 破损细胞中外源GTP对于激素刺激或抑制腺苷酸环化酶活性是必须的，跨膜信号转导需要GTP存在； • 缺失G蛋白的突变细胞不能使腺苷酸环化酶激活； • 将突变细胞的质膜制剂与正常细胞中制备的G蛋白混合，可重新激活该体系； • 用纯化的肾上腺素、刺激性G蛋白、腺苷酸环化酶和人工磷脂囊泡，成功重建了腺苷酸环化酶系统。 • 这些实验阐明了胞外信号如何转换为胞内信号的机制

1994年美国科学家A.G. Gilman和M. Rodbell因发现G-蛋白及其在细胞信号传导中的作用而获得诺贝尔医学和生理学奖

2.G蛋白的结构 • 全称：三聚体GTP结合调节蛋白； • 由α、β、γ三个亚基组成，βγ二聚体及α亚基共价结合脂分子锚定于膜上； • Gα亚基具有GTP酶活性，是分子开关蛋白，与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启状态。

胞外信号结合所诱导的G蛋白的活化 3.G蛋白的活化过程

G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路 • cAMP的信号通路 • 磷脂酰肌醇介导的信号通路 • G蛋白耦联受体介导的离子通道及其调控

一、cAMP信号通路 • 概念：细胞外信号与相应受体结合，激活G蛋白耦联系统，激活效应酶腺苷酸环化酶（AC），导致细胞内第二信使cAMP的水平变化而激活蛋白激酶A（PKA），最终引起细胞应答。

反应链： 信号分子→ G-蛋白偶联受体→ G-蛋白→ 腺苷酸环化酶→ cAMP→ cAMP依赖的蛋白激酶A→ 细胞产生不同的应答反应

腺苷酸环化酶 • 跨膜12次的膜蛋白，胞质侧有2个催化结构域； • 结合GTP的Ga亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化； • 在Mg2+、Mn2+存在条件下能将ATP转变成cAMP.

2.cAMP浓度的调节 腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP 环腺苷磷酸二酯酶降解cAMP为5’AMP cAMP浓度的调节是细胞快速应答胞外信号的重要分子基础

3.激活型和抑制型cAMP信号通路 • 不同的信号分子与相应的受体（Rs、Ri）结合，耦联相应的三聚体G蛋白(GSa Gia) 从而激活或抑制腺苷酸环化酶的活性，提高或降低cAMP的水平。

脂肪细胞激素诱导的腺苷酸环化酶的激活与抑制脂肪细胞激素诱导的腺苷酸环化酶的激活与抑制

4.蛋白激酶A(PKA)： • 结构：由两催化亚基和两调节亚基组成； • 功能：PKA的活化导致细胞产生不同的应答反应。调节亚基激活亚基

PKA的细胞质功能---激活靶酶影响细胞代谢（快速应答胞外信号）PKA的细胞质功能---激活靶酶影响细胞代谢（快速应答胞外信号） • PKA的细胞核功能---开启基因表达合成特异性蛋白（缓慢应答胞外信号）

cAMP信号通路 对基因转录的激活信号分子与受体结合通过G蛋白活化腺苷酸环化酶，导致细胞内cAMP浓度增高激活蛋白激酶A，被活化的蛋白激酶A（催化亚基）转位进入细胞核，使基因调控蛋白（cAMP应答结合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的基因调控蛋白与靶基因调控序列结合，增强靶基因的表达。

5.作用于G蛋白的毒素 • 霍乱毒素:引起患者严重腹泻。霍乱毒素催化Gs的α亚基ADP-核糖基化，从而使腺苷酸环化酶被“锁定”在活化状态，致使小肠上皮细胞中cAMP增加100倍以上，导致膜蛋白使大量Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。类似：便秘---麻仁润肠丸

百日咳:是由百日咳杆菌所引起。 该菌产生的百日咳毒素同样使Gi蛋白a亚基进行ADP-核糖基化，阻止了Gi蛋白a亚基上的GDP被GTP取代，使其失去对AC的抑制作用，结果导致气管上皮细胞内cAMP水平增加。由于百日咳经呼吸道感染，引起呼吸系统细胞中cAMP浓度提高，促使大量的体液分泌进入肺，引起严重的咳嗽。

小结：详述 cAPM信号通路

二、磷脂酰肌醇信号通路 • 概念：胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联受体结合，激活质膜上的磷脂酶C(PLC)，使质膜上的磷脂酰肌醇（PI)最终水解为三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG）两个第二信使，使胞外信号转换为胞内信号，两个第二信使分别以不同的方式引起细胞的应答反应。

磷脂酰肌醇 信号通路图解 • 反应链：胞外信号分子 G蛋白偶联的受体 G蛋白磷脂酶C(PLC) →IP3→胞质Ca2+浓度升高→Ca2+-CaM复合体→靶蛋白磷酸化→细胞应答 →DAG→激活PKC→靶蛋白或基因调控蛋白的磷酸化 →细胞应答

一、细胞通讯（ cell communication ）