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細胞信號轉導
生物學術語之一
細胞信號轉導是指細胞通過胞膜或胞內(nèi)受體感受信息分子的刺激，經(jīng)細胞內(nèi)信號轉導系統(tǒng)轉換，從而影響細胞生物學功能的過程。水溶性信息分子及前列腺素類（脂溶性）必須首先與胞膜受體結合，啟動細胞內(nèi)信號轉導的級聯(lián)反應，將細胞外的信號跨膜轉導至胞內(nèi)；脂溶性信息分子可進入胞內(nèi)，與胞漿或核內(nèi)受體結合，通過改變靶基因的轉錄活性，誘發(fā)細胞特定的應答反應。
基本信息
| 中文名 | 細胞信號轉導 |
| 外文名 | Signal Transduction |
| 類別 | 生物反應 |
| 特點 | 高度親和力、高度特異性等 |
| 作用方式 | 生物信號 |
基本介紹
細胞信號轉導
高等生物所處的環(huán)境無時無刻不在變化，機體功能上的協(xié)調統(tǒng)一要求有一個完善的細胞間相互識別、相互反應和相互作用的機制，這一機制可以稱作細胞通訊(Cell Communication)。在這一系統(tǒng)中，細胞或者識別與之相接觸的細胞，或者識別周圍環(huán)境中存在的各種信號(來自于周圍或遠距離的細胞)，并將其轉變?yōu)榧毎麅?nèi)各種分子功能上的變化，從而改變細胞內(nèi)的某些代謝過程，影響細胞的生長速度，甚至誘導細胞的死亡。
這種針對外源性信號所發(fā)生的各種分子活性的變化，以及將這種變化依次傳遞至效應分子，以改變細胞功能的過程稱為信號轉導(Signal Transduction)，其最終目的是使機體在整體上對外界環(huán)境的變化發(fā)生最為適宜的反應。在物質代謝調節(jié)中往往涉及到神經(jīng)－內(nèi)分泌系統(tǒng)對代謝途徑在整體水平上的調節(jié)，其實質就是機體內(nèi)一部分細胞發(fā)出信號，另一部分細胞接收信號并將其轉變?yōu)榧毎δ苌系淖兓倪^程。所以，闡明細胞信號轉導的機理就意味著認清細胞在整個生命過程中的增殖、分化、代謝及死亡等諸方面的表現(xiàn)和調控方式，進而理解機體生長、發(fā)育和代謝的調控機理。
轉導受體
膜受體
2．蛇型受體
7個跨膜α-螺旋受體，有100多種，都是單條多肽鏈糖蛋白，如G蛋白偶聯(lián)型受體。
3．單跨膜α-螺旋受體
包括酪氨酸蛋白激酶型受體和非酪氨酸蛋白激酶型受體。
相互作用
傳遞途徑
細胞信號轉導
2．受體酪氨酸蛋白激酶(RTPK)信號轉導途徑受體酪氨酸蛋白激酶超家族的共同特征是受體本身具有酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性，配體主要為生長因子。RTPK途徑與細胞增殖肥大和腫瘤的發(fā)生關系密切。配體與受體胞外區(qū)結合后，受體發(fā)生二聚化后自身具備(TPK)活性并催化胞內(nèi)區(qū)酪氨酸殘基自身磷酸化。RTPK的下游信號轉導通過多種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的級聯(lián)激活：（1）激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK），（2）激活蛋白激酶C（PKC），（3）激活磷脂酰肌醇3激酶（PI3K），從而引發(fā)相應的生物學效應。
3．非受體酪氨酸蛋白激酶途徑此途徑的共同特征是受體本身不具有TPK活性，配體主要是激素和細胞因子。其調節(jié)機制差別很大。如配體與受體結合使受體二聚化后，可通過G蛋白介導激活PLC-β或與胞漿內(nèi)磷酸化的TPK結合激活PLC-γ，進而引發(fā)細胞信號轉導級聯(lián)反應。
4．受體鳥苷酸環(huán)化酶信號轉導途徑一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）可激活鳥苷酸環(huán)化酶（GC），增加cGMP生成，cGMP激活蛋白激酶G（PKG），磷酸化靶蛋白發(fā)揮生物學作用。
5．核受體信號轉導途徑細胞內(nèi)受體分布于胞漿或核內(nèi)，本質上都是配體調控的轉錄因子，均在核內(nèi)啟動信號轉導并影響基因轉錄，統(tǒng)稱核受體。核受體按其結構和功能分為類固醇激素受體家族和甲狀腺素受體家族。類固醇激素受體（雌激素受體除外）位于胞漿，與熱休克蛋白（HSP）結合存在，處于非活化狀態(tài)。配體與受體的結合使HSP與受體解離，暴露DNA結合區(qū)。激活的受體二聚化并移入核內(nèi)，與DNA上的激素反應元件（HRE）相結合或其他轉錄因子相互作用，增強或抑制基因的轉錄。甲狀腺素類受體位于核內(nèi)，不與HSP結合，配體與受體結合后，激活受體并以HRE調節(jié)基因轉錄。
細胞信號轉導
細胞凋亡
細胞凋亡是一個主動的信號依賴過程，可由許多因素誘導，如放射線照射、缺血缺氧、病毒感染、藥物及毒素等。這些因素大多可通過激活死亡受體而觸發(fā)細胞凋亡機制。死亡受體存在于細胞表面。屬于腫瘤壞死因子受體超家族，它們與相應的配體或抗體結合而活化后，其胞漿區(qū)即可與一些信號轉導蛋白結合，其中重要的是含有死亡結構域的胞漿蛋白。它們通過死亡結構域一方面與死亡受體相連，另一方面與下游的capase蛋白酶結合，使細胞膜表面的死亡信號傳遞到細胞內(nèi)。
capase蛋白酶家族作為細胞凋亡的執(zhí)行者，它們活化后進一步剪切底物，如多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）該酶與DNA修復及基因完整性監(jiān)護有關，PARP被剪切后，失去正常的功能，使受其抑制的核酸內(nèi)切酶活性增高，裂解核小體間的DNA，最終引起細胞凋亡。這個過程可概括為：死亡受體含有死亡結構域的胞漿蛋白—capase蛋白酶家族—底物PARP—染色體斷裂—細胞凋亡。不同種類的細胞在接受不同的細胞外刺激后引起凋亡的形態(tài)學改變是高度保守的，但是它們并不是遵循同一種固定的或有規(guī)律的模式進行，而是通過各自的信號轉導途徑來傳遞胞膜上的死亡。
研究進展
細胞信號通路出現(xiàn)故障導致癌癥
有2項新的研究對助長正常細胞轉變?yōu)?種最致命癌癥的基因組的變異進行了描述，它們是多形性膠質母細胞瘤（這是最常見類型的腦癌）和胰腺癌。盡管每種癌癥類型的特異性基因組變異每個腫瘤都有所不同，但這2項研究披露了一個核心組的細胞信號通路和調節(jié)過程出現(xiàn)了偏差，從而導致了疾病的發(fā)生。在第一項研究中，D.Williams Parsons及其同事對來自22個人類膠質母細胞瘤樣本的2萬多個編碼蛋白質的基因序列進行了分析，以期發(fā)現(xiàn)可能的變異。另外，他們還觀察那些有著腫瘤特異性變化的基因表達譜以及被拷貝基因的數(shù)量。他們發(fā)現(xiàn)了多種的影響基因的變異，而這些變異從前并沒有與這些腫瘤掛上鉤。有一種叫做IDH1的基因容易在所謂的“繼發(fā)性膠質母細胞瘤”中發(fā)生變異，這種繼發(fā)性膠質母細胞瘤起源于低度惡性的腫瘤，同時也出現(xiàn)于較年輕的病人中。在這一小型的研究中，病人的腫瘤如果有IDH1變異的話會有較長的生存時間，這表明IDH1基因是一種可用于篩選和治療的有用的臨床標記，盡管這些結果還需要在一個更大的實驗分析中得到證實。在第2項研究中，同一批的科學家對胰腺癌的基因組成進行了調查。胰腺癌是一種常常在發(fā)現(xiàn)的時候已經(jīng)處于晚期的癌癥，而且對這種癌癥的治療方法十分匱乏。
SianJones及其同事對24例人類胰腺腫瘤的樣本應用了相同的基因組策略，他們報道說，有一核心組的12種細胞信號通路或調節(jié)過程在70-100%的這些腫瘤中都逐一出現(xiàn)了基因變異，表明這些通路的中斷是胰腺腫瘤發(fā)展的重大特征的形成原因。文章的作者得出結論：“治療研發(fā)的最大希望可能是發(fā)現(xiàn)以變異通路和過程的生理效應作為標靶的藥物，而不是針對它們的個別基因組分的藥物。”
美國科學家研制出了一套充滿科幻色彩的技術－－可以將大腦神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電脈沖轉換為聲音信號。研究人員借助植入大腦中的電極已經(jīng)能夠將人意識中出現(xiàn)的單個元音字母轉換為聲音。他們認為，今后，這項技術將可以使那些全身癱瘓的人與其他人進行正常交流。
參與試驗的志愿者是一位28歲的英國人，名叫埃里克·拉姆齊。由于受到嚴重的外傷，他已完全癱瘓長達9年的時間。他只能通過眼神與醫(yī)生和親人進行交流。2004年，這位年輕人的大腦中被植入了一個電極。通過分析神經(jīng)細胞的活動模式，科學家們學會了如何區(qū)分患者意識中想到的單個聲音。在現(xiàn)階段的試驗中，對單個元音字母的識別準確率已可以達到80%。今后，研究人員還將嘗試識別單個的字母，之后是完整的句子。據(jù)悉，整個“朗讀意識”的過程可在實時狀態(tài)下進行，這將使得患者的想法更容易被設備所識別。
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