細胞生物學/細胞間信息傳遞的方式和途徑

細胞間信息傳遞 - 細胞間信息傳遞的方式和途徑 - 細胞的信號轉導及其關鍵分子 - 細胞的主要信號轉導通路 - 細胞信號轉導通路的整合與調控 - 細胞間信息傳遞障礙與疾病
多細胞生物個體是一個複雜而有序的細胞社會，這種社會性的維持不僅依賴於細胞的物質代謝和能量代謝，還有賴於細胞間的信息傳遞，使各個細胞能以不同的方式協調和整合自身的行為（諸如細胞生長、分裂、死亡及分化等各項生理功能），從而服從於多細胞生物體的整體利益。
細胞間信息傳遞即細胞通訊(cell communication)，是指一個細胞發出信息，通過介質傳遞至另一個細胞產生特定反應的過程。細胞間的信息傳遞對於多細胞生物個體的生長發育、組織器官的形成及維持，以及各種生理活動之間的協調至關重要。

細胞間信息傳遞的方式

細胞間信息傳遞的方式主要有細胞間隙連接(gap junction)、細胞膜表面分子接觸通訊(contact signaling by plasma membrane bound molecules)和不直接接觸細胞間的化學通訊(chemical signaling)三大類。
1、細胞間隙連接是細胞間直接進行信息傳遞的一種方式 兩個相鄰的細胞間存在著由蛋白質構成的特殊結構——連接子(connexon)，其兩端分別嵌入兩個相鄰的細胞，形成一個親水性孔道。這種孔道允許兩個細胞間自由交換分子質量小於1500Da的無機離子和水溶性分子（如cAMP和Ca²⁺，而不是蛋白質和核酸等大分子物質）。因此，縫隙連接可以使相鄰的兩個細胞之間直接進行雙向信息交流，而不必通過細胞膜這道屏障，是細胞間所有信息傳遞方式中最親密的信息傳遞方式。這種直接進行信息傳遞方式的生物學意義在於相鄰細胞可共享一些具有特殊功能的小分子物質，因此可以快速、可逆地促進相鄰細胞對外界信號做出協同反應。
2、細胞膜表面分子接觸通訊是細胞間直接進行信息傳遞的另一種方式 每個細胞都有許多蛋白質或糖蛋白分子分布於細胞膜的外表面，這些分子皆可作為細胞的觸角，與相鄰細胞膜表面的分子相互識別並相互作用，以達到功能上的相互協調，這種細胞間信息傳遞的方式稱為膜表面分子接觸通訊或接觸依賴性信息傳遞(contact-dependent signaling)，也稱近分泌相互作用(juxtacrine interaction)。這種信息傳遞方式需要細胞膜與細胞膜的直接接觸。例如細胞黏附分子之間的相互作用就是通過膜表面分子接觸通訊來完成的，細胞表面的整合蛋白、鈣黏蛋白和免疫球蛋白超家族等分子通過其蛋白質或糖鏈部分與另一細胞的同類或不同類分子相互識別並結合，使得兩個細胞黏附在一起。這種接觸依賴性的信息傳遞在多細胞生物個體的發育和免疫反應中尤其重要。
3、化學通訊是細胞間間接進行信息傳遞的方式 在細胞之間進行信息傳遞的過程中細胞除了可識別相鄰細胞外，還可識別周圍環境中存在的各種信號，主要為物理信號、化學信號和生物學信號三大類。在這些信號中，研究較多的是化學信號。通過化學信號為介質來介導的信息傳遞稱為化學通訊。化學通訊不需要細胞之間的直接接觸，屬於間接的細胞通訊方式，這是多細胞生物最普遍、最重要的細胞通訊方式。主要的化學通訊包括：①旁分泌(paracrine factor)，旁分泌因子作為細胞外（液）的局部介質通過局部擴散到達靶細胞。②內分泌(endocrine), 是由激素介導的細胞間進行長距離信息傳遞的方式，激素須經過遠距離的血液運輸後才能到達靶細胞。此外，神經元之間或神經元與靶細胞之間的化學突觸(chemical synapse)和自分泌(autocrine, 細胞分泌的信號分子作用於細胞本身）也是化學通訊的常見方式。自分泌信號常見於病理條件下，例如，腫瘤細胞經常使用自分泌途徑促進自身的存活與增殖。
4、外泌體(exosome)是一種介導細胞間信息傳遞的新載體 外泌體是直徑在30～lOOnm的膜性小泡，由肥大細胞、樹突細胞、B淋巴細胞、神經元、脂肪細胞、內皮細胞及上皮細胞等多種類型細胞分泌，廣泛存在於血液、羊水、尿液、癌性積液、腦脊液、乳汁、唾液、淋巴液及膽汁等多種體液中。外泌體中含有蛋白質、脂類和核酸（例如功能性的mRNAs和microRNAs), 作為介導細胞間信息傳遞的新載體，越來越受到重視。外泌體介導細胞間信息傳遞的方式主要有3種：①外泌體通過膜表面信號分子的直接作用激活靶細胞內的信號通路；②外泌體通過生物活性成分的胞外釋放完成細胞間信息交流；③外泌體通過膜融合完成基因水平的細胞間信息交流。外泌體膜可以與靶細胞膜直接融合，非選擇性的釋放其所含的蛋白質、mRNA及microRNA，進而靶向調節靶細胞的基因表達。外泌體的這種信息傳遞方式使人們首次認識到基於基因水平的細胞間信息交流，是細胞通訊領域的重大發現。外泌體的發現使得細胞間的信息傳遞更加精細和全面，它的發現揭示了存在於機體自身的RNA 細胞間的轉移途徑。

細胞間信息傳遞的途徑

由間隙連接介導的細胞通訊的傳遞途徑比較簡單，信息分子通過雙向擴散即可完成傳遞過程。而其他信息傳遞方式包括細胞膜表面分子接觸通訊、細胞間化學通訊和外泌體等介導的信息傳遞過程或信息傳遞的路線圖則較複雜。執行細胞間信息傳遞的信號分子，如旁分泌因子、激素和神經遞質等均須與細胞表面或細胞內部的受體結合，並引起下游胞內信號分子的級聯反應，才能實現對細胞的調節，該過程即信號轉導，其中整個信息傳遞過程的路徑謂之信號轉導通路(signaling pathway)。信號轉導是細胞間信息傳遞的主要途徑。