第十二章细胞通讯与细胞识别 厦门大学

细胞内有五种最重要的第二信使: cAMP、 cGMP、 1,2-二酰基甘油(DAG)、 1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)、 Ca2+
（一）cAMP信使体系
环磷酸腺苷（cAMP）是细胞内最重要的信使分子。
在细胞内， cAMP由细胞膜上的腺苷酸环化酶（AC） 催化合成，并可被磷酸二酯酶水解。
在cAMP信号途径中，细胞外信号与相应受体结合， 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。
第十二章 细胞通信
CELL COMMUNICATION
学习目的与要求
1. 掌握信号转导的概念，第一、第二信使的概 念及其分类，几种重要的第二信使。
2. 掌握受体的概念、类型、结构和作用特点。 3. 掌握G蛋白的类型、结构特征和作用机制。 4. 熟悉信号转导的特点，蛋白激酶的主要类型
及其与第二信使的关系。 5. 了解几条重要的信号转导通路 6. 了解信号转导异常引起的一些疾病。
第一节 细胞通讯与细胞识别
●细胞通讯（cell communication） ●细胞识别（cell recognition）
细胞通讯（cell communication）
一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞间的通 讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、 分裂、分化和凋亡是必须的。
不同信号可产生相同效应：如肾上腺素、胰高血糖素，都能促进 肝糖原降解而升高血糖。
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：
①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)。
②暂时将受体移到细胞内部，即受体隐蔽 （receptor sequestration）
或5个跨膜域，可供离子通过。
作用特点： ➢ 既可与细胞外信号分子结合，同时又是离子通道，
因此具有受体与离子通道藕联的特点。 ➢ 介导的信号转导反应是一种快速的反应，为神经
系统和其他电激发细胞，如肌细胞所特有。
特点：
受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白 跨膜信号转导无需中间步骤 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性
根据与受体结合后细胞所产生的效应不同分类： 激动剂：使细胞产生效应的物质 拮抗剂：不产生效应，但可阻碍激动剂作用的物质
细胞外信号
第一信使：由细胞分泌的，能够调节机制 功能的一大类生物活性物质，他们是细胞 间通讯的信号。
➢ 从化学性质来看：短肽、蛋白质、气体分 子（NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂类 和胆固醇衍生物等等
特点：①特异性；②饱和性；③高度的亲 和力。
类别：细胞内受体和细胞表面受体。
受体： 指一类存在于细胞膜或胞内的特殊蛋白质，能够特异 性的同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结 合并能引起细胞功能变化的生物大分子。
配体：被受体结合的生物活性物质都称为配体。
细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活
GPLR的效应器：
AC、PLC、PLA2、
GRK（ GPLR 激酶）、 PDE、PI3K、离子通道等
每一种细胞都有其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其受体的特异性，而且与细胞的固有 特征有关。
相同信号可产生不同效应：如Ach可引起骨骼肌收缩、心肌收缩 频率降低，唾腺细胞分泌。
类型：①多种神经递质、肽类激素和趋化因子受 体，②味觉、视觉和嗅觉感受器。
相关信号途径：cAMP途径、磷脂酰肌醇途径。
G-protein linked receptor
(1) G蛋白耦联型受体
G蛋白耦联型受体为7次跨膜糖蛋白： ➢ N端胞外结构域带有多个糖基化位
点，识别胞外信号分子与之结合； ➢ 胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G
递质、局部化学介导因子和气体分子等四类。从溶解性 来看又可分为脂溶性、水溶性信号分子。
信号分子的分类
➢ 脂溶性信号分子 （如甾类激素和甲状腺素）可直接穿膜进入靶细胞，与胞内 受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。
➢ 水溶性信号分子 （如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换 机制实现信号传递。
作用：通过磷酸化调节蛋白质的活性。
Protein kinases
五、胞间通信的主要类型
（一）细胞间隙连接 连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道，允
许小分子如Ca2+、cAMP通过。 作用：协同相邻细胞对外界信号的反应，
如可兴奋细胞的电耦联现象(电紧张突触)。
connexon
（二）膜表面分子接触通讯
●细胞通讯方式：
分泌化学信号进行通讯 内分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine） 化学突触（chemical synapse）
接触性依赖的通讯 细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白
间隙连接实现代谢偶联或电偶联
一、细胞识别（cell recognition）
（3）G蛋白作用过程
GTP-binding regulatory protein
（4）信号转导中G蛋白的生物学特性
（5）细菌毒素对G蛋白的修饰作用
霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上，致使α亚基丧失 GTP酶的活性，结果GTP永久结合在Gs的α亚基上，使α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。
➢ 分类：
激动型G蛋白（Gs）：激活腺苷酸环化酶；
抑制型G蛋白（Gi）：抑制腺苷酸环化酶； 磷脂酶C型G蛋白（Gp）：激活磷脂酶C；
三聚体GTP结合蛋白，即，G蛋白： 组成：αβγ亚基。 作用：分子开关。α亚基结合GDP失活，结
合GTP活化。 α也是GTP酶，催化结合的 ATP水解，恢复无活性状态，其GTP酶活性 可被GAP增强。
作用过程：
神经递质与受体的结合→改变通道蛋白的构象→离子 通道的开启或关闭→化学信号转换为电信号→改变突触 后细胞的兴奋性。如：乙酰胆碱受体。
Chemical synapse
Acetylcholine receptor
Three conformation of the acetylcholine receptor
（6）其他类型的G耦联型受体
视觉感受器中的G蛋白：
光信号→Rh激活→G蛋白活化→cGMP磷酸二酯酶激活→胞内cGMP减少 →Na+离子通道关闭→膜超极化→神经递质释放减少→视觉反应。
三、细胞内信使
细胞内信使：细胞外信号分子(第一信使)与受体作用后在胞 内最早产生的信号分子，称为第二信使。
第二信使都是小的分子或离子。
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
受体的功能： 介导物质跨膜运输(受体介导的内吞作用) 信号转导：受体的激活（activation） （级联反应）；
受体失敏（desensitization） 关闭反应、 减量调节（down-regulation） 降低反应。
GPLR：种类繁多，真核 细胞普遍表达（7次跨膜）
信号分子包括：感觉信号 （光、嗅、声等；激素、 神经递质等）
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
乙酰胆碱N受体（260KD） 外周型：5个亚基组成（2） 调节主要为亚基变化 通道开启：Na+ 内流，K+外流， 膜去极化。
二、G蛋白耦联型受体
7次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号分子，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。
③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）
分子开关（molecular switches）
四、蛋白激酶
是一类磷酸转移酶，将 ATP 的 γ 磷酸基转 移到底物特定氨基酸残基上，使蛋白磷酸 化。分为5类，其中了解较多的是蛋白酪氨 酸激酶、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。
蛋白耦联，调节相关酶活性，在细 胞内产生第二信使，从而将胞外信 号跨膜传递到胞内。
由G蛋白耦联受体所介导的细胞信 号通路主要包括： cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通 路。
（2）G蛋白
➢ G蛋白又称三聚体GTP结合调节蛋白，位于质膜胞质侧， 在信 号转导过程中起着分子开关的作用。由α、β、γ三个亚基 组成，当α亚基与GDP结合时ห้องสมุดไป่ตู้于关闭状态，与GTP结合时处 于开启状态。
• 旁分泌：信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。 包括：①各类细胞因子；②气体信号分子。
• 突触信号发放：神经递质经突触作用于靶细胞。 • 自分泌：信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细
胞，常见于癌变细胞。
第二节 膜表面受体介导的信号转导
①离子通道型受体； ②G蛋白耦联型受体； ③酶耦联的受体。 第一类存在于可兴奋细胞，后两类存在于
激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活
细胞表面受体分属三大家族： 离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor） G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）
通过调节胞内cAMP的浓度，将细胞外信 号转变为细胞内信号。