1、細胞通訊（cell communication）
（1）定義
細胞通訊是指一個細胞發出的信息通過介質（又稱配體）傳遞到另一個靶細胞並與其相應的受體相互作用，然後通過細胞信號轉導產生靶細胞內一系列生理生化變化，最終表現為靶細胞整體的生物學效應的過程。
（2）方式
①分泌化學信號進行細胞間通訊
a．內分泌（endocrine）
由內分泌細胞分泌信號分子（如激素）到血液中，通過血液循環運送到體內各個部位，作用於靶細胞。
b．旁分泌（paracrine）
細胞通過分泌局部化學介質到細胞外液中，經過局部擴散作用於鄰近靶細胞。
c．通過化學突觸傳遞神經信號
在神經元細胞之間實現電信號-化學信號-電信號的快速轉導。
d．自分泌（autocrine）
細胞對自身分泌的信號分子產生反應，如腫瘤細胞合成並釋放生長因子刺激細胞自身，導致腫瘤細胞的增殖。
②細胞間接觸依賴性通訊
細胞間直接接觸而無需信號分子的釋放，通過細胞跨膜信號分子（配體）與相鄰靶細胞質膜上的受體相互作用來介導細胞間的通訊，包括細胞-細胞黏著、細胞-基質黏著等。
③間隙連接與胞間連絲
動物相鄰細胞間形成間隙連接、植物細胞間通過胞間連絲使細胞間相互溝通，通過交換小分子來實現代謝偶聯或電偶聯，從而實現功能調控。
（3）細胞通訊步驟
通過胞外信號所介導的細胞通訊通常涉及如下步驟：
①信號細胞合成並釋放信號分子；②轉運信號分子至靶細胞；③信號分子與靶細胞表面受體特異性結合並導致受體激活；④活化受體啟動靶細胞內一種或多種信號轉導途徑；⑤引發細胞代謝、功能或基因表達的改變；⑥信號的解除並導致細胞反應終止。
2、信號分子與受體
（1）信號分子
①定義
信號分子是指細胞的信息載體，包括化學信號如各類激素、局部介質和神經遞質等，以及物理信號如聲、光、電和溫度變化等。
②化學信號分子分類
a．氣體性信號分子
包括 NO、CO，可以自由擴散，進入細胞直接激活效應酶（鳥苷酸環化酶）產生第二信使 cGMP，參與體內眾多生理過程，影響細胞行為。
b．疏水性信號分子
主要是甾類激素和甲狀腺素，分子小、疏水性強，可穿過細胞質膜進入細胞，與細胞內核受體結合形成激素-受體復合物，調節基因表達。
c．親水性信號分子
包括神經遞質、局部介質和大多數蛋白類激素，它們不能透過靶細胞質膜，隻能通過與靶細胞表面受體結合，經信號轉換機制，在細胞內產生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶，引起細胞的應答反應。
（2）受體（receptor）
①定義
受體是指一類能夠識別和選擇性結合某種配體（信號分子）的大分子，主要是糖蛋白，少數是糖脂。
②分類
a．細胞內受體（intracellular receptor）
位於細胞質基質或核基質中，主要識別和結合小的脂溶性信號分子，如甾類激素、甲狀腺素、維生素D和視黃酸。
b．細胞表面受體（cell-surface receptor）
細胞表面受體主要識別和結合親水性信號分子，包括分泌型信號分子（如神經遞質、多肽類激素、生長因子等）或膜結合型信號分子（如細胞表面抗原、細胞表面黏著分子等）。
細胞表面受體三大傢族：
第一、離子通道偶聯受體：受體本身既有信號（配體）結合位點，又是離子通道，其跨膜信號轉導無需中間步驟。
第二、G 蛋白偶聯受體（GPCR）：細胞表面受體中最大傢族。
第三、酶聯受體：其中一種受體胞內結構域具有潛在酶活性；另一類受體本身不具酶活性，而是受體胞內段與酶相聯系。
③受體配體結合效應——改變細胞的行為
a．快反應：改變細胞內預存蛋白活性或功能，進而影響細胞代謝功能的短期反應。
b．慢反應：影響細胞內特殊蛋白的表達量，最常見的方式是通過轉錄因子的修飾激活或抑制基因表達的長期反應。
④靶細胞應對信號
受體與信號分子空間結構的互補性是二者特異性結合的主要因素，但並不意味受體與配體之間是簡單的一對一的關系。
不同細胞對同一種化學信號分子可能具有不同的受體，因此，不同的靶細胞以不同的方式應答於相同的化學信號。如同為乙酰膽堿，作用於骨骼肌細胞引起收縮，作用於心肌細胞卻降低收縮頻率，作用於唾腺細胞則引起分泌。
不同的細胞具有相同的受體當與同一種信號分子結合時，不同細胞對同一信號產生不同的反應，或同一細胞不同的受體應答於不同的胞外信號產生相同的效應。
總結：靶細胞一是通過受體對信號結合的特異性，二是通過細胞本身固有的特征對外界信號產生反應。
（3）第二信使與分子開關
①第二信使學說（second messenger theory）
胞外化學信號（第一信使）不能進入細胞，它作用於細胞表面受體，導致產生胞內信號（第二信使），從而引發靶細胞內一系列生化反應，最後產生一定的生理效應，第二信使的降解使其信號作用終止。
②第二信使
第二信使是指在胞內產生的非蛋白類小分子，通過其濃度變化（增加或減少）應答胞外信號與細胞表面受體的結合，調節細胞內酶和非酶蛋白的活性，從而在細胞信號轉導途徑中行使攜帶和放大信號的功能，包括 cAMP、cGMP、Ca2＋、二酰甘油（DAG）、肌醇-1，4，5-三磷酸（IP3）和 3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）等。
③分子開關（molecular switch）
a．GTPase 分子開關調控蛋白構成的細胞內 GTPase 超傢族，包括三聚體 GTP 結合蛋白和單體 GTP 結合蛋白如 Ras 和類 Ras 蛋白，這類鳥苷酸結合蛋白當結合GTP時呈活化的“開啟”狀態，當結合GDP時呈失活的“關閉”狀態。；
b．蛋白激酶和蛋白磷酸酶介導，通過蛋白激酶使靶蛋白磷酸化，通過蛋白磷酸水解酶使靶蛋白去磷酸化，從而調節靶蛋白的活性，蛋白質磷酸化和去磷酸化可以改變蛋白質的電荷並改變蛋白質構象，從而導致該蛋白質活性的增強或降低，是細胞內普遍存在的一種調節機制。
c. 此外，對於Ca2+作為胞內第二信使，鈣調蛋白（calmodulin，CaM）可通過與Ca2+的結合或解離而分別處於活化或失活的“開啟”或“關閉”狀態。
3、信號轉導系統及其特性
（1）信號轉導系統的基本組成及信號蛋白的相互作用
①信號通路的步驟組成
a．受體激活：細胞表面受體特異性識別並結合配體，形成受體-配體復合物，導致受體激活。
b．第二信使的產生：由於激活受體構象改變，導致信號初級跨膜轉導，靶細胞內產生第二信使或活化的信號蛋白。
c．級聯反應：通過胞內第二信使或細胞內信號蛋白復合物的裝配，起始胞內信號放大。
d．細胞應答反應：細胞產生相應應答。
e．受體脫敏或受體下調：細胞反應終止或反應降低。
②具有SH2結構域的蛋白傢族主要成員
a．酶，如蛋白激酶或蛋白磷酸水解酶結構域、磷脂酶C等。
b．癌蛋白，如人慢性粒細胞白血病 Bcr-Ab1 癌蛋白。
c．錨定蛋白，如胰島素受體底物（IRS）等。
d．接頭蛋白，含單個SH2和多個SH3結構域，如生長素受體結合蛋白 2（Grb2）等。
e．調節蛋白，如 STAT 介導的細胞因子信號通路。
f．轉錄因子。
細胞內信號蛋白的相互作用是靠蛋白質模式結合域（modular binding domain）所特異性介導的，多種模式結合域經多重相互作用極大地拓展瞭細胞內信號網絡的多樣性。
（2）細胞內信號蛋白復合物的裝配
①細胞表面受體和某些細胞內信號蛋白通過與大的支架蛋白結合預先形成細胞內信號復合物，當受體結合胞外信號被激活後，再依次激活細胞內信號蛋白並向下遊傳遞；
②表面受體結合胞外信號被激活後，受體胞內段多個氨基酸殘基位點發生自磷酸化，從而為細胞內不同的信號蛋白提供錨定位點，形成短暫的信號轉導復合物分別介導可能不同的下遊事件；
③受體結合胞外信號被激活後，在鄰近質膜上形成修飾的肌醇磷脂分子，從而募集具有 PH 結構域的信號蛋白，裝配形成信號復合物。
（3）信號轉導系統的主要特性
①特異性：細胞受體與胞外配體通過結構互補機制以非共價鍵結合，形成受體一配體復合物，簡稱具有“結合”特異性，此外，受體與配體的結合具有飽和性和可逆性的特征；
②放大效應：最常見的級聯放大作用是通過蛋白質磷酸化實現的；
③網絡化與反饋調節機制；
④整合作用。
