生物化学与分子生物学/细胞信号转导概述

细胞信号转导的分子机制 - 细胞信号转导概述 - 细胞内信号转导分子 - 细胞受体介导的细胞内信号转导 - 细胞信号转导的基本规律 - 细胞信号转导异常与疾病
细胞信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应，将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子的过程。通过这一过程，细胞可接收细胞间的接触刺激信号、或所处微环境中的各种化学和物理信号，并将其转变为细胞内各种分子数量、分布或活性的变化，从而改变细胞内的某些代谢过程，或改变生长速度，或改变细胞迁移等生物学行为。在某些情况下，细胞可在外来信号的诱导下进入程序化死亡过程（凋亡）。

细胞外化学信号有可溶性和膜结合性两种形式

细胞可以感受物理信号，但体内细胞所感受的外源信号主要是化学信号。化学信号通讯的建立是生物为适应环境而不断变异、进化的结果。单细胞生物可直接从外界环境接收信息；而多细胞生物中的单个细胞则主要接收来自其他细胞的信号，或所处微环境的信息。最原始的通讯方式是细胞与细胞间通过孔道进行的直接物质交换，或者是通过细胞表面分子相互作用实现信息交流，这种调节方式至今仍然是高等动物细胞分化、个体发育及实现整体功能协调、适应的重要方式之一。但是，相距较远细胞之间的功能协调必须有可以远距离发挥作用的信号。

可溶性信号分子作为游离分子在细胞间传递

多细胞生物中，细胞可通过分泌化学物质（如蛋白质或小分子有机化合物）而发出信号，这些分子作用于靶细胞表面或细胞内的受体，调节靶细胞的功能，从而实现细胞之间的信息交流。可溶性信号分子可根据其溶解特性分为脂溶性化学信号和水溶性化学信号两大类；而根据其在体内的作用距离，则可分为内分泌信号、旁分泌信号和神经递质三大类。有些旁分泌信号还作用于发出信号的细胞自身，称为自分泌。

膜结合性信号分子需要细胞间接触才能传递信号

每个细胞的质膜外表面都有众多的蛋白质、糖蛋白、蛋白聚糖分子。相邻细胞可通过膜表面分子的特异性识别和相互作用而传递信号。当细胞通过膜表面分子发出信号时，相应的分子即为膜结合性信号分子，而在靶细胞表面存在与之特异性结合的分子，通过这种分子间的相互作用而接收信号，并将信号传入靶细胞内。这种细胞通讯方式称为膜表面分子接触通讯。属于这一类通讯的有相邻细胞间黏附因子的相互作用、T淋巴细胞与B淋巴细胞表面分子的相互作用等。

细胞经由特异性受体接收细胞外信号

细胞接收信号时，是通过受体(receptor) 将信号导入细胞内。受体通常是细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别糖脂也具有受体作用。能够与受体特异性结合的分子称为配体(ligand)。可溶性和膜结合性信号分子都是常见的配体。

受体有细胞内受体和膜受体两种类型

按照其在细胞内的位置，受体分为细胞内受体和细胞表面受体。细胞内受体包括位于细胞质或胞核内的受体，其相应配体是脂溶性信号分子，如类固醇激素、甲状腺激素、维甲酸等。水溶性信号分子和膜结合性信号分子（如生长因子、细胞因子、水溶性激素分子、黏附分子等）不能进入靶细胞，其受体位于靶细胞的细胞质膜表面。

受体结合配体并转换信号

受体识别并与配体结合，是细胞接收外源信号的第一步反应。受体有两个方面的作用：一是识别外源信号分子并与之结合；二是转换配体信号，使之成为细胞内分子可识别的信号，并传递至其他分子引起细胞应答。

细胞内受体能够直接传递信号或通过特定的途径传递信号 有许多细胞内受体是基因表达的调控蛋白，与进入细胞的信号分子结合后，可以直接传递信号，即直接调控基因表达。另有一些细胞内受体可以结合细胞内产生的信号分子（如细胞应激反应中产生的细胞内信号分子），直接激活效应分子或通过一定的信号转导途径激活效应分子。
膜受体识别细胞外信号分子并转换信号 膜受体识别并结合细胞外信号分子，将细胞外信号转换成为能够被细胞内分子识别的信号通过信号转导途径将信号传递至效应分子，引起细胞的应答。

受体与配体的相互作用具有共同的特点

受体在膜表面和细胞内的分布可以是区域性的，也可以是散在的，其作用都是识别和接收外源信号。受体与配体的相互作用有以下特点：

高度专一性 受体选择性地与特定配体结合，这种选择性是由分子的空间构象所决定的。受体与配体的特异性识别和结合保证了调控的准确性。
高度亲和力 体内化学信号的浓度非常低，受体与信号分子的高亲和力保证了很低浓度的信号分子也可充分起到调控作用。
可饱和性 细胞内受体和细胞表面受体的数目都是有限的。增加配体浓度，可使受体与配体的结合达到饱和。当受体全部被配体占据时，再提高配体浓度不会增强效应。
可逆性 受体与配体以非共价键结合，当生物效应发生后，配体即与受体解离。受体可恢复到原来的状态再次接收配体信息。
特定的作用模式 受体的分布和含量具有组织和细胞特异性，并呈现特定的作用模式，受体与配体结合后可引起某种特定的生理效应。

细胞内多条信号转导途径形成信号转导网络

细胞内多种信号转导分子，依次相互识别、相互作用，有序地转换和传递信号。由一组特定信号转导分子形成的有序化学变化并导致细胞行为发生改变的过程称为信号转导途径(signal transduction pathway)。一条途径中的信号转导分子可以与其他途径中的信号转导分子间相互作用，不同的信号转导途径之间具有广泛的交联互动 (cross-talking), 形成复杂的信号转导网络 (signal transduction network)。信号转导途径和网络的形成是动态过程，随着信号的种类和强度的变化而不断变化。
在高等动物体内，细胞外信号分子的作用都具有网络调节特点。如一种细胞因子或激素的作用会受到其他细胞因子或激素的影响，发出信号的细胞又受到其他细胞信号的调节。细胞外信号分子的产生及其调控在另一个层次上形成复杂的网络系统。网络调节使得机体内的细胞因子或激素的作用都具有一定程度的冗余和代偿性，单一缺陷不会导致对机体的严重损害。一些特殊的细胞内事件也可以在细胞内启动信号转导途径。如DNA损伤、活性氧(ROS)、低氧状态等，可通过激活特定的分子而启动信号转导。这些途径可以与细胞外信号分子共用部分转导途径、共用一些信号分子，也可以是一些特殊的途径（如凋亡信号转导途径）。