细胞信号转导与信息传递论文

第五章　细胞的信号转导

生命体是一个完整的信息处理系统，使得生物体能够适应不同的内外部环境。单细胞生物通过反馈调节适应环境的变化;多细胞生物除了反馈调节，还有赖于细胞间的通讯和信号转导，以协调不同细胞的行为。比如短跑运动员在接到发令枪响这一信号后，可以做出迅速启动这样的快速反应，而人体对于性腺激素这样的信号，则可产生诸如性别特征的维持等速度慢、时程长的效应。事实上，在高等动物中，神经系统、内分泌系统和免疫系统的运行，在细胞水平就是细胞之间电信号、化学信号等的传递、识别及应答。众多实验表明，从低等的海绵到高等的人类，所有多细胞生物的体内都存在着细胞间的通讯，以协调身体各部分细胞的活动。生物体的细胞每时每刻都在接触来自细胞内或者细胞外的各种各样信号，而对于这些信号，细胞可表现出运动、代谢调节、增殖、分化以及死亡等各种快速和慢速的生理反应。那么细胞是如何在这些纷繁复杂的信号中找到自己需要的信号，并做出正确的应答呢?这是因为细胞有一套完整的信号转导系统，负责信号的接受、筛选、放大及响应。这种通过信号分子而实现对细胞的调节及其作用机制称为细胞的信号转导(signal transduction)。

细胞间的信号转导包括以下几个方面:①胞外信号分子，包括激素、神经递质、细胞因子、光子等，通常也称为信号转导途径中的第一信使(firstmessenger)。这些信号分子部分能够直接进入细胞与相应的胞内受体结合而发挥作用，而大多数信号分子本身并不进入细胞，需要通过细胞表面的受体及相关分子将信号传入。②细胞表面以及细胞内部能够接受胞外信号分子的受体，一般能够与相应的信号分子特异地结合从而实现对信号的定向转导。③受体将信号分子所携带的信号传递到细胞内，其中部分受体在进行细胞信号的跨膜传递过程中产生小分子的胞内信号分子，如cAMP、cGMP、Ca²⁺等，常被称为信号转导途径中的第二信使(second messenger)。④胞内的信号转导途径，胞内信号分子通过进一步传递或信号的级联放大，最终作用于胞内的效应分子或进入细胞核启动基因转录，导致细胞各种复杂的生物学效应。

近年来研究表明，细胞的信号传递系统是多通路、多层次和高度复杂的网络结构，细胞处在一个充满各种信号的环境中，这些信号分别或协同启动各种信号传递途径，使细胞作出合理的应答。为了系统地研究细胞内的信号转导，以诺贝尔奖得主Alfred G．Gilman为首，建立了国际性的细胞信号转导联盟(AfCS)。联盟的研究不再以某个生物分子为对象，而是以“G蛋白介导和与其相关的细胞信号转导系统”这一生物学现象为其对象。在这种“系统”里，其元素不仅包括所有涉及G蛋白的蛋白质，还有这些蛋白质间的所有相互作用关系和信号通路。最终将建立包括“定量测定信息流”、“数据模型的构建和网络分析”、“信号转导数据库”等在内的数据库，并为世界科学家所共享。