细胞信号转导异常与疾病
细胞信号转导异常与疾病
细胞信号转导异常与疾病【简介】细胞通过受体感受胞外信号分子的刺激，经复杂的细胞内信号转导系统的转换而影响其生物学功能，该过程称为细胞信号转导。
水溶性信号分子及某些脂溶性信号分子不能穿过细胞膜，通过与膜表面受体相结合而激活细胞内信号分子，经信号转导的级联反应将细胞外信号传递至胞浆或核内，调节靶细胞功能，该过程称为跨膜信号转导。
脂溶性信号分子能穿过细胞膜，与位于胞浆或核内的受体相结合并激活之，活化的受体作为转录因子，改变靶基因的转录活性而诱导细胞特定的应答反应。
在病理情况下，细胞信号转导途径中一个或多个环节异常，可导致细胞代谢及功能紊乱或生长发育异常。
近年来，人们已经认识到大多数疾病与细胞外或细胞内的信号转导异常有关。
信号转导治疗的概念进入了现代药物研究的最前沿。
【要求】掌握细胞信号转导的概念、跨膜信号转导的概念，掌握细胞信号转导的主要途径熟悉细胞信号转导障碍与疾病的关系了解细胞信号转导调控与疾病防治措施细胞信号转导系统具有调节细胞增殖、分化、代谢、适应、防御和凋亡等多方面的作用，它们的异常与疾病，如肿瘤、心血管病、糖尿病、某些神经精神性疾病以及多种遗传病的发生发展密切相关。
受体和细胞信号转导分子异常既可以作为疾病的直接原因，引起特定疾病的发生；亦可在疾病的过程中发挥作用，促进疾病的发展。
某些信号转导蛋白的基因突变或多态性虽然并不能导致疾病，但它们在决定疾病的严重程度以及疾病对药物的敏感性方面起重要作用。
细胞信号转导异常可以局限于单一成分（如特定受体）或某一环节，亦可同时或先后累及多个环节甚至多条信号转导途径，造成调节信号转导的网络失衡。
对信号转导系统与疾病关系的研究不仅有助于阐明疾病的发生发展机制，还能为新药设计和发展新的治疗方法提供思路和作用靶点。
第一节细胞信号转导系统概述生物的细胞每时每刻都在接触着来自细胞内或者细胞外的各种各样信号。
细胞通过位于胞膜或胞内的受体感受胞外信息分子的刺激，经复杂的细胞内信号转导系统的转换而影响其生物学功能，这一过程称为细胞信号转导（cell signal transduction）。
细胞内信号转导与疾病发生的关系
细胞内信号转导与疾病发生的关系在我们的身体中，细胞就像是一个个忙碌的小工厂，它们不断地接收和处理来自外界的各种信息，并根据这些信息来调整自身的活动和功能。
而细胞内信号转导就是细胞接收、处理和传递这些信息的重要过程。
当这个过程出现异常时，就可能会导致疾病的发生。
细胞内信号转导是一个极其复杂而又精细的过程。
简单来说，它就像是一个信息传递的链条，由一系列的分子和反应组成。
当细胞外的信号分子，比如激素、神经递质或者细胞因子等，与细胞表面的受体结合后，就会引发一系列的化学反应，这些反应就像多米诺骨牌一样，一个接一个地传递下去，最终将信号传递到细胞内部的各个部位，从而调节细胞的生长、分化、代谢、凋亡等重要的生命活动。
细胞内信号转导的途径有很多种，比如常见的有 G 蛋白偶联受体信号通路、受体酪氨酸激酶信号通路、细胞内受体信号通路等等。
每种信号通路都有其独特的组成和作用方式，但它们的最终目的都是为了将细胞外的信号准确无误地传递到细胞内，以实现对细胞功能的精确调控。
那么，细胞内信号转导与疾病发生到底有怎样的关系呢？其实，当细胞内信号转导出现问题时，就可能会导致细胞的功能失调，从而引发各种各样的疾病。
比如说，在肿瘤的发生发展过程中，细胞内信号转导的异常起着至关重要的作用。
以受体酪氨酸激酶信号通路为例，在正常情况下，当细胞外的生长因子与受体结合后，会激活一系列的下游信号分子，从而促进细胞的生长和分裂。
但是，当受体酪氨酸激酶发生突变或者过度表达时，就会导致这条信号通路过度激活，使得细胞不受控制地生长和分裂，最终形成肿瘤。
再比如，在糖尿病的发生中，胰岛素信号转导的异常是一个关键因素。
胰岛素是调节血糖水平的重要激素，它通过与细胞表面的胰岛素受体结合，激活一系列的信号分子，从而促进细胞对葡萄糖的摄取和利用。
但是，当胰岛素受体或者其下游的信号分子出现功能障碍时，就会导致胰岛素信号转导受阻，使得细胞对葡萄糖的摄取和利用减少，从而导致血糖升高，引发糖尿病。
细胞信号转导异常与疾病
2.自身免疫性受体病： 因体内产生抗受体的自身抗体而引 起的疾病。分为阻断性抗体（干扰配体 与受体结合，导致细胞对配体反应性降 低）；刺激性抗体（引起细胞对配体反 应性增强）。
⑴ 重症肌无力：
重症肌无力是一种神经肌肉间传递功能障碍的自 身免疫病，主要特征为受累横纹肌稍行活动后即迅速 疲乏无力，经休息后肌力有不同程度的恢复。正常时， 当N冲动抵达N末梢时，N末梢释放乙酰胆碱（Ach）， Ach 与骨骼肌的运动终板膜表面的烟碱型乙酰胆碱 （ n-Ach ）受体结合，使受体构型改变，离子通道开 放，Na+内流，形成动作电位，肌纤维收缩。
(二 )
受体异常：
因受体的数量、结构或调节功能的变
化，使之不能介导配体在靶细胞中应有的效
应， 所引起的疾病称为受体病或受体异常。
受体的异常可表现为靶细胞对配体刺激
的反应减弱；靶细胞对配体刺激的反应过度。
二者均可导致细胞信号转导障碍，进而影响
疾病发生发展。
1．遗传性受体病: 由于编码受体的基因突变，使受 体缺失、减少或结构异常而引起的 疾病。
⑵ β3肾上腺素受体与肥胖： β3肾上腺素受体(β3 -AR) 存在于脂肪细胞上，是 参与能量代谢及脂肪分解作用的重要受体。 β3 –AR 基因定位第八号染色体上,由480个氨基酸组成。 β3 –AR主要作用:氧化分解脂肪,去除体内过多的能量,调 节机体产热（当激动剂与β3 -AR 结合→Gs →AC ↑ → cAMP↑→PKA ↑,使甘油三脂分解为脂肪酸→进一步 氧化释放能量及热量）。 发现50％以上肥胖患者有编码β3 -AR第64位密码 子发生错义变异,使TGG(色氨酸)变为CGG(精氨酸), β3 肾上腺素受体功能↓，可使体内脂肪堆积，导致肥胖。 也与糖尿病、高血压有关。
细胞信号转导与疾病发生
细胞信号转导与疾病发生细胞信号转导是生命活动中重要的一部分，它是指细胞内或细胞间分子之间通过特定的信号分子进行信息传递的过程。
这个过程包括了多种分子信号和信号转导途径，常见的有细胞膜受体、细胞核受体、细胞膜内酶、细胞核内酶等。
在正常情况下，细胞信号转导过程是高度有序而有效的。
但是，一旦这个过程出现了改变，就会导致疾病的发生。
例如，部分人类肿瘤的病因就与细胞信号转导异常相关。
下面我们将从几个方面探讨细胞信号转导与疾病发生的关系：1. 癌症与细胞信号转导的异常癌症是由于基因突变或表达异常导致细胞异常增殖而形成的一类疾病。
近年来的研究发现，癌症的发生与细胞信号转导异常密切相关。
在许多癌症细胞中，细胞信号转导异常表现为多种受体激活异常、多条信号通路可逆性失调、关键信号分子的蛋白质合成过多或破坏过快等。
此外，在某些情况下，癌症的发生也与细胞周围环境的改变有关。
例如，肿瘤相关细胞会改变细胞外基质成份，导致癌细胞生长和转移。
2. 炎症与细胞信号转导的异常炎症是身体对各种刺激的一种常见的免疫反应，而在细胞信号转导过程中，也有类似的炎症反应。
细胞信号转导途径异常可能导致繁殖、分化、生存、细胞应激等多种领域的炎症反应。
例如，在心脏疾病和神经退行性疾病等情况下，炎症可导致细胞死亡和组织损伤，而与炎症相关的信号通路可能是治疗这些疾病的重要靶点。
3. 细胞信号转导异常与药物抗性药物抗性是现代医学所面临的一个重大问题。
许多疾病在初始治疗后，会发生药物抗性，使得治疗变得无效。
细胞信号转导异常往往是药物抗性的一个重要原因。
例如，在癌症治疗中，部分肿瘤细胞会发生信号转导通路点突变，并且这些突变通常会产生细胞的治疗性抗性。
因此，在治疗药物抗性的过程中，有效地干预细胞信号转导途径是非常重要的。
4. 糖尿病与细胞信号转导的异常糖尿病是由于胰岛素作用异常导致身体糖代谢紊乱的一种疾病。
胰岛素的主要作用是通过细胞膜受体，促进细胞糖的吸收。
在糖尿病中，胰岛素受体和相关信号通路功能发生了变化，从而导致细胞无法理解胰岛素的信号。
细胞信号转导异常与疾病(ppt)
细胞信号：
• 生物细胞所接受是的信号既可以物理信号（光、 热、电流），也可以是化学信号，但是在有机 体间和细胞间的通讯中最广泛的信号是化学信 号。
• 化学信号一般通过受体起作用，故又称为配体 （ligand），从产生和作用方式来看可分为内 分泌激素、神经递质、局部化学介导因子和气 体分子等。
• 一种配体常可以有两种以上的受体。
细胞信号转导异常 与疾病(ppt)
（优选）细胞信号转导异常与 疾病
Cell signal transduction
signal
cell
Biological change
Proliferation Differentiation
Metabolism Function Stress Apoptosis
GDP
G
GTP
G
◆ G蛋白激活：GTP与Gα相结合 ◆ G蛋白失活：GTP酶水解GTP
激活态和失活态可以相互转化。
G蛋白活性的调节
受体
GDP
GDP G
G
GTP
效应蛋白 G
效应蛋白
GTP G
• G蛋白与激活态G蛋白的相互转换，在信号转 导的级联反应中起着分子开关的作用。当 GPCR被配体激活后， G 上的GDP被GTP所 取代，这是G蛋白激活的关键步骤。
oror lossdisease
第一节 细胞信号转导的概述
细胞信号转导的概念：（concept）
细胞通过位于胞膜或胞内的受体感受胞外信号分子的刺激， 经细胞内信号转导系统转换而影响其生物学功能的过程。
signal
cell
Biological change
Proliferation Differentiation
细胞信号转导和人类疾病的关系
细胞信号转导和人类疾病的关系细胞信号转导是指细胞内外信息的传递过程，它是一种复杂的生物学过程，涉及到多个分子和反应路径，包括激活的受体、下游的蛋白激酶、转录因子等。
这些分子之间的相互作用构成了一条信号转导通路，最终改变了细胞的生理状态、代谢活动、基因表达等功能。
正常的信号转导通路对于生物体的发育、生长、功能维持等方面具有重要作用。
然而，一些异常的信号转导通路与疾病的产生和发展密切相关。
本文将探讨信号转导和一些常见人类疾病之间的关系。
1. 癌症癌症是一种由于复杂的环境和遗传因素引起的疾病，大多数癌症患者都有一种或多种基因突变。
这些基因突变可以影响信号传递通路中的一个或多个分子，从而导致细胞增殖、生长和存活的超过正常范围的方式。
例如，一些癌症患者中存在肿瘤抑制因子p53的突变，这导致了细胞的DNA损伤修复机制和凋亡机制的失效。
其他一些癌症患者在EGFR激酶受体和突变的Ras蛋白激酶通路中存在结构性的突变，这导致了高强度、不受外部控制的细胞生长。
因此，对于肿瘤信号通路的详细了解和一些靶向治疗的开发可以有效缓解癌症发展的影响。
2. 炎症炎症是人类疾病中最常见的一种，它不但影响了治疗，而且对个体的寿命也有一定的负面影响。
炎症通常由外部刺激，如细菌、病毒、物理创伤或化学刺激引起。
这种刺激可以引起信号转导通路中的一系列事件，包括炎性细胞的激活、炎性因子的释放、细胞因子的诱导等。
这些事件以一个正反馈的方式发展，导致了持续的炎症和组织损伤。
一些信号通路，如核因子kappa B(NF-κB)和别的转录因子的激活，可以激发炎症细胞的反应。
其他类似的通路，例如MAPK和JAK/STAT通路，也可以与炎症发生作用。
因此，对于炎症信号通路的进一步了解，了解其详细的结构及如何控制信号通路可以提供新的治疗选择，以用于控制治疗和患者恢复。
3. 糖尿病糖尿病是人类疾病中一种常见的常慢性病，大多数情况下由于胰岛素抵抗或胰岛素不足引起。
细胞信号转导异常与疾病
2、受体（receptor）
概念：一种能够识别和选择性结合某种配体 （信号分子）并产生特定生物学效应的大 分子物质。
特点：
1）多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，与 配体结合的区域和产生效应的区域;
2）当受体与配体结合后，构象改变而产生活性， 启动一系列过程，最终表现为生物学效应;
3）受体与配体间的作用具有三个主要特征：①特 异性；②饱和性；③高亲和力。
化学通讯可分为4类：
二、信号转导（signal transduction）：
指受体或能接受信号的其他成分（离子通道 和细胞粘附分子）与信号作用，影响细胞内信 使的变化，进而引起细胞应答反应的一系列过 程。
❖ 不同信号转导通路之间存在交互通话(cross talk)
细胞间的通讯与信号转导的作用：
血管紧张素受体、缓激肽受体、血管加压素受 体
❖光子受体：第二信使cGMP
G蛋白转导素
核受体
1）这类受体在细胞内与配基结合后移入细 胞核，配基受体复合物在核内直接影响基 因表达。
2）包括糖皮质激素受体、维生素D受体、 视黄酸受体、甲状腺素受体等。
3、细胞反应
1）基因表达 2）DNA合成激活 3）蛋白质合成改变 4）细胞骨架重排 5）离子通透性变化 6）细胞代谢酶变化
(immediate early gene)，如c-fos，c-jun的表达。
二是某些信号如甾体激素可直接进入细胞与细胞内或核 内作为转录因子的核受体结合，后者激活后通过调节靶基 因的表达产生生物效应。
4、细胞信号的功能：
1）细胞生长 2）细胞分裂 3）细胞分化 4）细胞凋亡 5）细胞应激适应 6）细胞功能协同
细胞信号转导异常与疾病
Cell Signal Transduction and Disease
细胞信号转导和疾病的关系
细胞信号转导和疾病的关系细胞信号转导是细胞内发生的非常重要的过程。
细胞内的生化反应和调控，都是通过细胞信号转导来实现的。
然而，当细胞信号转导出现异常时，会对细胞的正常生理功能造成严重的损害，引起各种疾病的发生和发展。
因此，研究细胞信号转导和疾病的关系，对于探究疾病的发病机制和寻找治疗方法具有重要的意义。
下面从两个方面来探讨细胞信号转导和疾病的关系。
一、细胞信号转导和肿瘤的关系肿瘤是危害人类健康的一种严重疾病，其发生和发展与多种因素密切相关，包括遗传因素、环境因素、免疫功能异常等。
其中，细胞信号转导异常是导致肿瘤发生和发展的重要原因之一。
细胞信号转导主要分为三个阶段：信号传递、转导和反应。
其中，细胞内的信号分子主要分为激活和抑制两种。
当激活分子与细胞膜上的受体结合时，会引起一系列的生化反应，从而改变细胞内的信号传递和转导，促进特定的细胞反应。
然而，在肿瘤细胞中，这些信号分子往往会出现异常的表达和活性，导致细胞信号转导通路的失控，使肿瘤细胞无限制地增殖、扩散和侵袭。
例如，一种被称为“淋巴瘤激酶”的信号分子在慢性淋巴细胞白血病的患者中表达异常，并参与了细胞增殖和恶变的过程。
以此为靶点的抗肿瘤药物如“伊马替尼”等已经在临床上得到了广泛应用。
此外，研究显示，一些细胞内的信号调节蛋白，如“p53”、“Ras”等，在肿瘤细胞中也出现了异常的表达和活性，进一步揭示了细胞信号转导与肿瘤发生和发展的关系。
二、细胞信号转导和心血管疾病的关系心血管疾病是世界范围内最为常见的疾病之一，其发生和发展与多种因素有关。
近年来，研究人员逐渐发现，细胞信号转导异常也是导致心血管疾病发生和发展的重要原因之一。
细胞信号转导异常和心血管疾病的关系主要表现在两个方面：一是心肌细胞的异常信号转导和突触传递，在心血管疾病的发生和发展中起到重要作用；二是血管内皮细胞的信号转导异常，也会导致血管内膜损伤和血管收缩等生理功能紊乱。
例如，在心力衰竭的患者中，常伴随着钠-钾泵的异常表达和活性，引起细胞内钠离子的堆积和钠钙交换的失控，从而导致心肌细胞异常收缩和功能的下降。
十八章细胞信号转导异常与疾病
Gs
心脏
AC， L型钙通道
升高 cAMP/PKA
Gs/Gi
心脏 血管 肺肾
同前
同前 及MAPK
β3 Gs/Gi 心脏 脂肪
AC
同前
内源性激动 剂
肾上腺素
去甲肾上腺 素
同前
同前
α1AB/ET/AT Gq/G 11
心脏 血管平滑肌
PLCβ
升高DAG/IP3 及PKC/MAPK
同前 血管紧张素 内皮素
在30%的人肿瘤组织已发现有不同性质的ras基因突变，其 中突变率较高的是Gly12、Gly13或Gln61。
例如，人膀胱癌细胞ras基因编码序列第35位G突变为C，相 应的Ras蛋白Gly12突变为缬氨酸，使其处于持续激活状态。
三、G蛋白偶联受体与遗传性疾病
疾病
信号终止缺陷 垂体和甲状腺瘤 肾上腺和卵巢肿瘤 McCune-Albright综合症 Gα缺乏或无活性
②细胞内转运障碍: 受体前体滞留在高尔基体，不能转变为 成熟的受体以及向细胞膜转运受阻，受体在内质网内被降解；
③受体与配体结合力降低 由于编码配体结合区的碱基缺失或突变，细胞膜表面的
LDLR不能与LDL结合或结合力降低； ④受体内吞缺陷
因编码受体胞浆区基因突变，与LDL结合的受体不能聚 集成簇，或不能携带LDL进入细胞；
主导的信号转变为以Gβγ的刺激作用为主导的信号。 由于吗啡受体偶联的Gas蛋白过度活化，导致AC活化所引起cAMP升高使
磷酸化状态持续,会导致蛋白激酶系统的级联活化(PKA、PKC、和GRKs等)。
吗啡受体信号系统在长期暴露于信号后有极大的可塑性。
第三节 单次跨膜受体异常与疾病
癌基因产物是该类受体介导的信号传导途径中 的重要分子。
生物化学第五节 细胞信号转导异常与疾病
第五节细胞信号转导异常与疾病2015-07-15 70969 0阐明细胞信号转导机制对于认识生命活动的本质具有重要的理论意义，同时也为医学的发展带来了新的机遇和挑战。
信号转导机制研究在医学发展中的意义主要体现在两个方面，一是对发病机制的深入认识，二是为新的诊断和治疗技术提供靶位。
目前，人们对信号转导机制及信号转导异常与疾病关系的认识还相对有限，该领域研究的不断深入将为新的诊断和治疗技术提供更多的依据。
一、信号转导异常及其与疾病的关系具有多样性细胞信号转导异常主要表现在两个方面，一是信号不能正常传递，二是信号通路异常地处于持续激活或高度激活的状态，从而导致细胞功能的异常。
引起细胞信号转导异常的原因是多种多样的，基因突变、细菌毒素、自身抗体和应激等均可导致细胞信号转导的异常。
细胞信号转导异常可以局限于单一通路，亦可同时或先后累及多条信号转导通路，造成信号转导网络失衡。
细胞信号转导异常在疾病中的作用亦表现为多样性，既可以作为疾病的直接原因，引起特定疾病的发生；亦可参与疾病的某个环节，导致特异性症状或体征的产生。
疾病时的细胞信号转导异常可涉及受体、胞内信号转导分子等多个环节。
在某些疾病，可因细胞信号转导系统的某个环节原发性损伤引起疾病的发生；而细胞信号转导系统的改变也可继发于某种疾病的病理过程，其功能紊乱又促进了疾病的进一步发展。
二、信号转导异常可发生在两个层次细胞信号转导异常的原因和机制虽然很复杂，但基本上可从两个层次来认识，即受体功能异常和细胞内信号转导分子的功能异常。
（一）受体异常激活和失能1．受体异常激活在正常情况下，受体只有在结合外源信号分子后才能激活，并向细胞内传递信号。
但基因突变可导致异常受体的产生，不依赖外源信号的存在而激活细胞内的信号通路。
如EGF受体只有在结合EGF后才能激活MAPK通路，但ERB-B癌基因表达的变异型EGF 受体则不同，该受体缺乏与配体结合的胞外区，而其胞内区则处于活性状态，因而可持续激活MAPK通路。
细胞信号转导异常与疾病-PPT文档
一、细胞信号转导的过程 （二）细胞信号的接受和转导
2.细胞信号转导的基本过程
受体 信号转导 生物效应
信息分子 信号分子
细胞内信号转导
细胞膜
膜受体介导的跨膜信号转导 核受体介导的信号转导
跨膜信号转导
Transmembrane signal transduction
（一）遗传性受体病
(Genetic disorders of receptor)
3、非受体酪氨酸蛋白激酶介导的信号转导途径
G H
GH receptor
JAK
JAK
STAT
P STAT
STAT
P STAT
Target gene
Growth hormone receptor signaling through the JAK/STAT pathway
4、丝/苏氨酸蛋白激酶型受体
一、细胞信号转导的过程 （二）细胞信号的接受和转导
1.细胞受体 受体是指细胞或细胞内一些能与细胞 外信号分子相互作用的分子（蛋白质， 糖脂等）。 （1）膜受体：一般是跨膜糖蛋白，具有 膜外区、跨膜区和细胞内区。 如G蛋白偶联受体家族等 （2）核受体
核受体(Nuclear receptor)
位于胞浆或核内的受体，激活后作 为转录因子，在核内调节靶基因的转录 活性，从而诱发细胞特定的应答反应。
一、细胞外信号发放异常
（一）体内神经和体液因子分泌异常增多或减少
如嗜铬细胞瘤分泌儿茶酚胺
（二）病理性或损伤性刺激 1、病原体及其产物的刺激 Toll样受体
2、导致细胞损伤的理化刺激如多环芳烃使小鼠k-Ras突变，GTP酶突变
二、受体异常
细胞信号传导的异常与疾病
细胞信号传导的异常与疾病细胞信号传导是细胞间信息交流的基本过程，它对维持生物体内环境稳定、调节发育和维护生命功能至关重要。
然而，当细胞信号传导发生异常时，可以导致多种疾病的发生和发展。
本文将介绍细胞信号传导异常与疾病之间的关系。
一、细胞信号传导异常的原因1. 基因突变：细胞信号传导通路中的关键基因突变可导致信号传导失调。
例如，突变后的激酶可能会过度活跃或完全失去活性，影响细胞内外信号的传递和接收。
2. 药物干扰：某些药物可与细胞信号传导通路的组成部分相互作用，干扰信号传导的正常进行。
这可能导致信号的异常过度激活或完全失去响应。
3. 长期暴露于有害环境：环境因素，例如辐射、化学物质或病原体感染，可能对细胞信号传导产生负面影响，导致异常发生。
二、细胞信号传导异常与疾病1. 癌症：细胞信号传导异常在癌症的发生和进展中起着重要作用。
癌细胞常常出现异常的信号传导通路，使其能够发展为无限增殖和抵抗凋亡的状态。
2. 免疫系统疾病：自身免疫性疾病是由细胞信号传导异常引起的。
免疫细胞的过度活跃或不足，以及异常的信号传导通路可能导致免疫系统攻击正常组织或无法有效对抗感染。
3. 神经系统疾病：神经细胞间的信号传导异常可能导致神经系统疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病等。
这些疾病通常与神经细胞信号传导过程中的蛋白质异常或突变有关。
4. 心血管疾病：细胞信号传导异常在心血管疾病中也起着重要作用。
心肌细胞的异常信号传导可导致心律失常、心肌梗塞等疾病的发生。
三、诊断与治疗1. 诊断方法：细胞信号传导异常通常可以通过基因测序、蛋白质检测和细胞信号传导通路的功能分析来确定。
这些诊断方法可以帮助医生了解疾病的发生机制，并指导后续治疗措施的制定。
2. 治疗策略：细胞信号传导异常的治疗主要包括药物干预和基因治疗。
药物可以被设计用来激活或抑制细胞信号传导通路中的特定分子，以恢复信号的正常传导。
基因治疗可以通过修复或替换受损基因来恢复细胞信号传导通路的正常功能。
细胞信号转导异常与疾病【最新版】
细胞信号转导异常与疾病一、概述细胞信号转导系统由受体或能接受信号的其他成分以及细胞内的信号转导通路组成。
(一)细胞信号转导的基本过程和机制1、信号的接受和转导典型的信号转导过程是由受体接受信号，并启动细胞内信号转导通路的过程。
细胞受体分为膜受体和核受体。
大多数为膜受体-包括G蛋白耦联受体(GPCR)家族、酪氨酸蛋白激酶型受体或受体酪氨酸激酶(RTK)家族、细胞因子受体超家族、丝/苏氨酸蛋白激酶(PSTK)型受体、死亡受体家族(TNFR、Fas等)、离子通道型受体以及粘附分子(整合素等)。
细胞信号转导过程是由细胞内一系列信号转导蛋白的构象、活性或功能变化来实现的，通常具有活性和非活性两种形式。
控制信号转导蛋白活性的方式:①通过配体调节:例如，第二信使IP3能激活平滑肌和心肌内质网/肌浆网上作为Ca2+通道的IP3受体，使Ca2+通道开放。
cAMP和DAG 能分别激活PKA和PKC。
②通过G蛋白调节:G蛋白指的是能结合GTP或GDP，并具有内在GTPase活性的蛋白。
GTP结合是它们的活性形式，与GDP结合则关闭通路。
③通过可逆磷酸化调节:MAPK家族的激活机制都通过磷酸化的三级酶促级联反应。
2、信号对靶蛋白的调节:信号转导通路对靶蛋白调节的最重要的方式是可逆性的磷酸化调节。
3、膜受体介导的信号转导通路举例:G蛋白耦联受体家族:G蛋白可激活多条信号转导通路(1)刺激型G蛋白(Gs)，激活腺苷酸环化酶(AC)，引发cAMP-PKA 通路，PKA使多种蛋白质磷酸化。
(2)抑制型G蛋白(Gi)，抑制AC活性，导致cAMP水平降低，导致与Gs相反的效应。
(3)通过Gq蛋白，激活磷脂酶C(PLCβ)，产生双信使DAG和IP3。
DAG激活PKC;IP3可激活Ca2+通道。
④G蛋白-其他磷脂酶途径:GPCR还能激活磷脂酶A2，促进花生四烯酸、前列腺素、白三烯等的生成，以及磷脂酶D，产生磷脂酸和胆碱。
⑤激活MAPK家族成员的信号通路:激活MAPK，转入核内，调节转录因子活性。
7细胞信号转导异常与疾病
Gs
AC
Gq
PLC
cAMP DAG和IP3 3
甲状腺素分泌 甲状腺细胞增殖
2.自身免疫性受体病 阻断型抗体/刺激型抗体 自身免疫性甲状腺病 刺激型抗体：可模拟信号分子或配体的作用，激 活特定的信号转导通路，使靶细胞功能亢进。 如Graves病 阻断型抗体：该抗体与受体结合后，可阻断受体 与配体的结合，从而阻断受体介导的信号转导通 路的效应，导致靶细胞功能低下。 如桥本病
腺苷酸环化酶
腺苷酸环化 酶信号转导 通路
靶蛋白 磷酸化
cAMP
PKA
靶基因 转录
Adenylyl cyclase signal transduction pathway
PLC信号转导通路 Gq
α1受体 AngII受体
PIP2
PLCβ
IP3
Ca2＋
DAG
PKC 靶蛋白 磷酸化 靶基因 转录
Phospholipase C signal transduction pathway
男性， 6岁时因自幼皮肤黄色瘤就诊。 患儿出生时臀部即有一绿豆粒大小之 疹状黄色瘤，此后，黄色瘤渐扩展为 条纹状及片状，且颈后、肘部和膑骨 等肌腱附着处及眼内眦部先后出现斑 块状、条纹状黄色瘤。5岁后双手 指、足趾伸肌腱及跟腱先后出现大小 不等的结节状黄色瘤。
体检：
心脏听诊主动脉瓣区可闻Ⅲ级收缩期杂音
z
酪氨酸蛋白激酶受体 （胰岛素、生长因子）
生长因子
受体TPK
GDP
Ras Sos Grb2 P GTP Raf (extracellular signal regulated kinase，ERK)
MEK ERK
靶蛋白 磷酸化
靶基因 转录
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→膜磷脂水解→LTs和PGFs； （3）激活MAPK→磷酸化并激活一系列转录因子→对LPS反应
（2）激活PLA2
的细胞因子表达。 2.导致细胞损伤的理化因素
二、受体或受体后信号转导异常
受体异常是最早发现的信号转导蛋白异常。 （一）受体异常
1.遗传性受体病 （1）受体缺陷导致的疾病 1）家族性高胆固醇血症（FH） LDL受体缺陷→细胞对外源性胆固醇摄取↓→FH （20世纪70年代初发现，1985年获诺贝尔医学奖） 2）家族性肾性尿崩症 肾小管上皮细胞膜2型ADH受体（V2R）↓或功能缺陷→对 ADH反应↓→肾小管对水重吸收↓。
甲状腺素分泌 甲状腺细胞增殖
Effect site of anti-TSH antibody on TSH receptor
表现 (manifestations)
弥漫性甲状腺肿 (Graves’disease) 刺激性抗体模拟TSH 的作用 促进甲状腺素分泌和甲状腺腺体生长 女性>男性 甲亢、甲状腺弥漫性肿大、突眼
（二）病理性或损伤性刺激 应激原→细胞应激反应→细胞损伤
1.病原体及其产物刺激 病原体及其产物入体内→与宿主细胞表面相应受体结 合或激活相关膜表面分子→激活细胞内信号转导通路： （1）激活转录因子NF-κB→ NF-κB入核内调节多种基因（IL2,6,8、TNF-a、IFN-β、GM-CSF 、趋化因子、黏附分子、 NOS） →参与炎性反应；
这些通路可使甲状腺分泌↑和促甲状腺增殖。 TSHR蛋白过度表达 TSHR获得性突变（组成型激活，受体为异常不受控制激 活状态） TSHR抑制性成分缺陷 这些都可使细胞内特定信号转导通路过度激活，若是功 能获得性突变→甲状腺功能亢进（对TSH反应↑）；若 是失活性突变→甲状腺功能减退（对TSH不敏感或TSH抵 抗）。
桥本病 (Hashimoto’s thyroditis)
阻断性抗体与TSH受体结合 减弱或消除了TSH的作用 抑制甲状腺素分泌 甲状腺功能减退、黏液性水肿
据上，可以认为蛋白的可逆磷酸化构成 了不同胞外信号所启动的信号转导过程的共 同通路，是细胞代谢、生长、发育、凋亡、 癌变的调控中心。
（二）通过调控基因表达产生较为缓慢的生物效应
1.核受体本身就为配体依赖性转录调节因子，与配体结合后能 直接进入核内调节靶基因表达。 2.信号转导通路还能在翻译水平促进基因表达。表达产物使细 胞发生分裂、分化、结构和功能变化及应激反应。 由上可知： （1）特定的信号转导通路由特定的受体和信号转导蛋白组 成。这是构成信号转导通路特异性的基础。 （2）不同信号通路间不是相互独立的，而是存在相互联系 和作用的交互通话（cross-talk），形成高度有序的复杂信 号网络。 （3）一种刺激往往可同时激活细胞内数条信号转导通路， 他们相互调节、相互协同或制约。 （4）某些膜受体介导的通路和核受体信号通路之间也存在 交互通话。
第七章 细胞信号转导异常与疾病
cell signal transduction and disease
细胞信号转导概念与组成： 受体（接受信号） 受体后信号转导通路（通路激活和传递） 靶蛋白（靶蛋白的基因表达或可逆性磷酸化的活 性/功能调节） 细胞信号转导系统作用： 调节细胞增殖、分化、代谢、适应、防御和凋亡。 受体和细胞信号转导分子异常： 直接引起特定疾病发生或继发促进疾病发展。
（2）通过Gq蛋白，激活PLCβ
PLCβ
PIP2
IP3
Ca2＋释放
DAG 靶基因转录
细胞增殖
PKC
靶蛋白 磷酸化
（3）G蛋白-其他磷脂酶途径 Gq→PLA2(+)→膜磷脂水解为AA→LTs和PGs。 Gq→PLD(+) →磷脂酸。 （4）PI-3K-PKB通路 Gq→PI-3K（磷脂酰肌醇-3激酶）激活 →PDK(+)→PKB(+)→促细胞存活和抗凋亡、调 节细胞变形和运动功能。 （5）离子通道途径 多种G蛋白偶联受体与配体结合后，直接 或间接调节离子通道活性，参与对神经和心血 管组织的功能调节。
（一）膜受体介导的跨膜信号转导通路 1.G-蛋白偶联受体 （G-protein coupled receptor,GPCR) （1）构成、分类和变构
Gs 激活AC Gi 抑制AC Gq 激活PLCβ G12 激活小G
（2）所结合配体与作用：①多种激素；②神 经递质；③神经肽；④趋化因子；⑤PGs； ⑥光；⑦气味；⑧多种药物的阻断剂、拮抗 剂（ -受体阻断剂、组胺阻断剂、抗胆碱能 药物、阿片制剂等）。 此受体通路在细胞代谢和组织器官功能调 控中发挥重要作用。
㈣免疫学因素
受体抗体
受体抗体产生的原因和机制
自身免疫性疾病：体内产生抗受体的自身抗体而引起的疾病。 ◇重症肌无力 ◇自身免疫性甲状腺病
抗受体抗体的产生机制尚不清楚
重症肌无力
发病机制
抗 n-Ach受体抗体
Ach受体
Ach
肌纤维收缩
运动神经末梢
Na+内流
表现(manifestations)
受累横纹 肌稍行活动后 即疲乏无力， 休息后恢复。
G蛋白活性的GTP G
G
效应蛋白 G 效应蛋白
受体
α2受体 M受体
Gs
+
Gi
-
腺苷酸环化酶 （1）腺苷酸 环化酶信号转 导通路
cAMP
PKA
靶基因 转录 磷酸化 CREB CRE
靶蛋白 磷酸化
α1受体 Ang II受体 Gq
糖皮质激素与核受体结合→与负性HRE结合， 或通过其它转录因子(AP-1或NF-κB)交互抑制或拮 抗作用→抑制靶基因表达→免疫抑制和抗炎作用。
二、细胞信号转导通路调节靶蛋白活性主要方式
（一）通过可逆性磷酸化快速调节效应蛋白质的活性 多种信号转录通路→激活蛋白激酶(PKA、PKB、 PKC、MAPK)和磷酸酶→效应蛋白（酶、离子通道、离 子泵、运输蛋白、骨架蛋白、转录因子）→可逆磷酸 化修饰引起： 1.快速调节其活性和功能（神经兴奋和抑制、肌 肉收缩、腺体分泌、离子转运、代谢等生物效应）。 2.胞浆内转录因子（STAT、NF-κB)活化，调节基 因表达。 3.在细胞信号转导过程也发挥重要作用，如MAPK 家族酶通过磷酸化级联反应被激活。
TLR (Toll-like Receptor)
果蝇中与胚胎发育有关的编码蛋白 TLR4(1998)，哺乳动物与宿主免疫有关的同源蛋白 跨膜受体 胞外部分：富含亮氨酸重复序列 胞内部分：与IL-1受体相似
生物因素干扰细胞内信号转导通路举例
肠 腔
H2O ClNa+
霍乱 (Cholera)
CT
cAMP ↑ ↑ ↑
3.与PTK连接的受体
细胞因子受体超家族、淋巴细胞抗原受体、部 分细胞黏附分子受体→与配体结合→异源或同源寡 聚化→胞内非受体型PTK（+）（此类受体胞内区无 PTK活性）→JAK(属细胞质基质PTK）→STAT(是JAK 的底物分子，激活后为活性转录因子）(+)→进入 核内调节基因表达→参与造血、免疫和炎症反应。
6.离子通道型受体
（1）突触后膜和运动终板受体与相应神经递质结合 →离子通道开放。 （2）质膜或内质网膜受体与配体（多为第二信使） 结合→离子通道开放。
（二）核受体介导的信号转导通路
核受体本质上为一类配体依赖性的转录调节因子。 配体为脂溶性分子。 甾体激素、甲状腺激素、维甲酸、1,25(OH)2D3→与相应 核受体结合→受体以同源或异源二聚体形式与靶基因中HREs （激素反应元件）结合→募集共激活因子（具组蛋白乙酰转 移酶活性）→组蛋白乙酰化→染色质结构打开及DNA模板裸 露→转录因子与DNA结合为转录起始复合物→促进转录。
第一节 细胞信号转导系统概述
► 细胞通讯（cell communication）：指一个细胞发
出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应 的过程。
► 细胞通讯主要有三种方式：
细胞间隙连接 膜表面分子接触通讯 化学通讯
膜表面分子接触通讯
细胞间隙连接
化学通讯
一、受体介导的细胞信号转导通路
细胞信号： 物理信号：射线、紫外线、光、热、电流、机械。 化学信号（配体）：①可溶性化学分子（激素、递质或肽、 生长因子、细胞因子、局部化学物质、细胞代谢产物、病原 体产物、药物、毒物等）；②气味分子; ③细胞外基质成分 和与质膜结合的分子。 受体：能接受化学信号的细胞膜或细胞内蛋白。 膜受体：占大多数，为跨膜糖蛋白，包括膜外区、跨 膜区、细胞内区。 胞内受体：核受体（主要）和胞浆受体。
2.酪氨酸蛋白激酶型受体（受体酪 氨酸激酶，receptor tyrosine kinase,RTK）
胰岛素、多种生长因子、同源性癌基因 产物与相应受体结合→受体二聚化、受体内 PTK(+)→结合下游结构域衔接信号转导蛋白 （含SH2区、 SH3区、PTB区，即磷酸化酪氨 酸结合区）→激活多种信号转导通路 （PLCγ-DAG-PKC与IP3-Ca2+通路、PI-3K-PKB 通路）以及激活小G蛋白Ras家族→Raf（蛋白 丝氨酸/苏氨酸激酶）-MEK（双特异性蛋白激 酶）-ERK（细胞外信号调节的蛋白激酶） (+)→细胞生长分化。
刺激型抗体：可模拟信号分子或配体的作用，激活特 定的信号转导通路，使靶细胞功能亢进。 如Graves病
阻断型抗体：该抗体与受体结合后，可阻断受体与配 体的结合，从而阻断受体介导的信号转导通路的效应， 导致靶细胞功能低下。 如桥本病
自身免疫性甲状腺病
TSH
TSH受体
Gs
AC cAMP
Gq
PLC
DAG和IP3
1.配体产生↓或配体拮抗因素↑ （1）胰岛素↓或抗胰岛素抗体产生→糖尿病 （2）生长激素↓ →侏儒症 2.配体产生↑使受体和信号通路过度激活 （1）甲状腺激素↑ →甲亢 （2）脑内兴奋性神经递质谷氨酸/天冬氨酸↑ →神经兴奋性毒 性作用（脑缺血性损伤、癫痫形成、神经退行性变） 脑缺血缺氧或创伤→脑内谷氨酸释放↑，重摄取↓ → 谷氨酸在脑内大量聚集→NMDA（谷氨酸/天冬氨酸）受体过 度激活→使Ca2+大量内流入细胞内→激活脂酶和蛋白酶→细 胞死亡。