细胞信号转导2章

第二章胞间信号

单细胞生物之间的社会性联系对其形态、功能、代谢、增殖与分化、存活都有重要影响，这种社会性联系的基础是肥间通讯。多细胞生物体由亿万个细胞组成具有不同功能的组织与器官，细胞间更精密的分工就要求有更紧密的联系，以便协调整体生命活动，因此胞间通讯尤为重要。

1．胞间通讯的类型

胞间通讯可分为以下三种类型：第—，通过质膜结合分子的直接接触型；第二，通过问隙连接的直接联系型；第三，通过分泌化学信号分子的向接联系型(图2．1)。第三种是本章主要内容，第—、二种类型仅在此作一简单介绍。

图2．1 细胞间通讯的三种不同类型（据B.Alberts等)

1．1直接接触型：识别与粘合

此类细胞间通讯的特点是借助细胞质膜表面结合的分子直接进行胞间联系。但由于细胞质膜上结合分子与其它胞外分子没有明显的界限，而且要把质膜结合分子从膜上溶解下来纯化它在技术上很不容易，因此要区别细胞接触后到底是通过结合在细胞膜外侧分子传递信息，还是通过分泌化学物质在小范围内介导，就很困难。

细胞识别及粘合的工作与此有关。细胞识别指邻近细胞之间通过质膜表面特性而相互接受或排斥，相识的细胞可发生进一步的粘合。识别与粘合的细胞可以是同种同类(如低等生物细胞聚集、高等生物血小板聚集)，或同种异类(如动植物性细胞受粉、受精)，或异种同类(如输血与器官移植时)，或异种异类(如病源微生物对寄主细胞的侵染)。细胞的识别与粘合无论对单细胞生物的摄食、性行为等，还是对多细胞生物的精卵结合、胚胎分化发育、形态发生。器官组织形成及功能都有重要的意义。绪论中我们巳提到细胞增殖的接触抑制。它可能与细胞质膜表面糖被结构接触后识别有关。1973年Roseman提出的细胞表面糖基转移酶参与细胞识别假说认为：存在于一个细脑表面的糖基转移酶，可与存在于另一个

细胞表面的该酶特异性底物糖链专一结合，完成互相识别过程。也有人认为精卵互相识别及致病微生物与宿主细胞识别可能是由其中一种细胞表面的凝集素(lectin)与另一种细胞表面的相应凝集素受体特异结合所决定的。以上看法似乎支持细胞可通过质膜表团结合物质完成识别的看法，但是确凿的证据还不多，且有人认为细胞凝集素(如动物可溶性内源凝集素)是作为中介物与细胞表面受体结合而促进细胞相互凝集的。这种情况下，作为中介物的内源凝集素就可能是作为—种细胞分泌物游离于胞外。在细胞粘连机理研究方面，大家所熟悉的海绵细胞同种细胞聚合粘连的原因，乃是分泌一种直径为100nm、分子量为20000kD的聚集因子大颗粒，将海绵细胞钻合在一起。至今已了解到，在许多生物细胞中起特异粘连作用的细胞粘连分子(cell adhesion molecule,CAM)。如神经细胞粘连分子(N—CAM．分子量为200—250kd)、肝细胞粘连分子(L-CAM)等，是与细胞表面结合的糖蛋白。粘连的化学亲和性理论(chemoaffinity theory)强调特异的分子互补，认为与细胞粘合有关的多种基因产物（细胞表面糖蛋白)之间高度特异的配对性互补结合是粘合的分子基础。但是两种细胞表面物质是直接互补还是通过中介物间接互补目前仍无法确定。

总之，细胞识别与粘合的研究表明其机制十分复杂。细胞间以直接接触方式通讯往往需要脑内信号系统的配合才能完成，细胞表面认别分子的物理接触往往作为胞外信号激活胞内信号系统产生生理反应。

1．2支接联系型：间隙连接

在细胞多种连接（粘着连接、不透性连接、间隙连接)中，间隙连接( gap junction)分布最为普遍，而且具有细胞间通道作用，因此特别引起人们的注意。

证明细胞中存在间隙连接，最初是发现两个神经细胞之间有电偶联现象：如将微电极插入相邻细胞，发现其电阻值(＜100Ω)大大低于一般细胞内外电阻值(500-1000Ω)。这说明细胞间有通道可以允许无机离子自由通过，形成电偶联。用小分子荧光素注入一个细胞，可以发现它们能转移到相邻细胞，而在细胞外液中看不到，这进一步说明细胞间有直接联系通道。用不同分子量的染料证明，这种通道可以让小于1—1．5kD的分子通过，即提示通道孔径约为1.5nm。以后用超薄切片及冰冻断裂技术从形态上直接观察到间隙连接的存在。目前认为，间隙连接是由结合于质膜的蛋白质形成的“连接小体”(connexons)结构组成。相邻两个细胞质膜的连接小体对接形成通道；每个连接小体又由6个分子量力27kD蛋白质亚单位组成，其中间孔径为1．5nm左右(图2．2)；每一个间隙连接包含布上百个成簇的连接小体。间隙连接的亚组分可以在几分钟内装配形成。目前已有报道，可将大鼠肝细胞中提取的分子量为27kD间隙连接蛋白质亚单位组装到磷脂双层中去，并有类似于完整间隙连接的功能。

图2．2 间隙连接模型（据B.Alberts等)

间隙连接是一个动态结构，连接孔径受细胞膜电位，细胞内p H、ca2+的调节某些细胞内膜电位低港，PH下降或ca2+浓度升高都可使通道关闭。

相邻细胞可通过间隙连接．以化学浓度差并散形式交流物质、完成信息传播。这种胞间通讯途径在细胞功能调节上的重要作用，已成为细胞生物学家感兴趣的研究课题之一。间隙连接的功能，表现在以下几个方面：

第一，电偶联传导。神经细胞间的电突触(区别于以递质传递的化学突触)可以使动作电什直接出—个细胞迅速地传到另一个细胞，而不必通过较缓慢的化学突触，这对一些动物在速度及准确性要求很高的逃生行为中是很重要的。电偶联也位心肌细胞和负责小肠蠕动的平滑肌细胞保持同步收缩。

第二，代谢的协调。间隙连接使细胞间可以共享某些代谢产物。例如，在组织培养中．缺乏胸苷激酶的突变细胞系不能将放射性标记的胸苷参入DNA；但如将此类细胞与正常野生型细胞(含胸苷激酶)共培养，供给标记胸苷后．在放射自显影实验中，可发现前者己将标记胸苷参人DNA中。这说明含放射性标记胸昔的DNA的体小分子已从野生型透入与它们接触的突变系细胞。

第三，胚胎发育与分化。胚胎发育晚期，各种组织开始分化。在一些组织分化期间出现了不同组织细胞之间间隙连接特征消失现象，这种情况常与细胞分化的最后阶段相联系。如两栖类胚胎发育中的神经管细胞最初与覆盖其上的外胚层细胞间有偶联，待神经管闭合时偶联解除，似乎意味着分化的确定。有人提出，内胚胎细胞间隙连接建立起来的小分子物质浓度梯皮，可以向细胞提供一个位置信息来控制决定细胞在胚胎中的身份和分化方向。也已经发现两栖类神经板的发育中细胞是电偶联的，神经板不同位置的细胞有不同的膜电位。间隙连接与形态建成关系的研究，目前十分引人注目。

第四，细胞培殖的调控。近年来这方面有许多研究报道。正常细胞群体，由于存在间隙连接可以正常传播与增范有关的信号，细胞增殖保持同步，保持平衡，按一定基因程序进行；间隙连接的阻断，可能使细胞脱离周围正常细胞的控制，从而获得自立性，表现不受控制的增值。已有报道v-src癌基因转化的N1H—3T3细胞丧失接触抑制时，间团连接功能下降；许多促癌剂如TPA．可以抑制间隙连接的功能，因而间隙连接功能成为检测促癌剂的一个重要指标。至于间隙连接使增殖保持正常的机理，行人认为与传输和稀释了生长刺激信号有关，有人认为是传播了生长抑制信号，目前前者受到越来越多重验证据的支持。

植物的胞间连丝也是—种特殊的脑间联系通道，但与动物细胞间隙连接不同之处在于：在结构上胞间连丝是相邻细胞之间细胞质相连的通路，而不是质膜结构；其次胞间连丝有不同的开放态，它不仅仅让小分子通过，在某些情况下，它甚至可以让大分子、核物质、细胞质穿过，因而似乎成为细胞间大分子物质运输通道。尽管有人从胞间注丝的分布推测它与植物细胞分化有关，但总的来讲，对胞间连丝在植物细胞通讯上的意义还了解不多。

1．3间接联系型：分泌化学信号

此类胞间通讯的特点是相隔一定距离的细胞之间，靠分泌发放化学信号分子进行相互联系与通讯。本章以下将主要介绍这种胞间通讯类型。

2．细胞分泌化学信号的种类及特性

细胞分泌化学信号是细胞间通讯的最主要的途径。外界刺激、其它细胞产生的刺激及高等动物神经刺激都可以引起分泌细胞，神经细胞未稍等分泌化学信号到胞外，通过长短不同距离的传输，到达靶细胞。完成胞间通讯。化学信号可分为内分泌激素、神经递质、局部化学介导因子以及最近发现的气体信号分子四类(表2．1)。

内分泌激素、神经递质、局部化学介字因子、气体信号四类胞间信号的作用特点如图2．3所示。

大多数激素属于内分泌激素，它由体内各种特殊内分泌细胞分泌．释放进血液，随血流运输到生物体各部分。在血液中混合的各种激素．到达靶细胞后，被其表面专一受体识别并从血液“拖拽”山来，其作用距离很长。神经递质为神经元末梢在受到神经功作电位刺激时的分泌物，在神经细胞之间或神经细肋与靶细胞之间形成化学突触连接。局部化学介寻出于在被细胞分泌后．很快被吸收或破坏，因此只能对邻近细胞起作用，体内许多细胞都能分泌一种或多种局部化学介导因子。当然以上分类不是绝对的，同一种化学物质有时起着两种或更多种类的做用。例如去甲肾上腺素作为一种激素，由肾上腺分泌．起刺激心脏、臂腿肌收缩和肺支气管扩张的作用；但它又是一种神经递质，在交感神经中使血管收缩，从而升高血压。一氧化氮则以气体形式从血管内皮细胞扩散到其周围细胞并穿过质膜作用于靶细胞内部。

胞间化学信号分子有如下共同待点和区别：

第一，特异性。胞间信号分子只对能识别它的靶细胞、耙器官起作用，如垂体促甲状腺激素只作用于甲状腺细胞。但这并不意味着一种信号分子只产生一种生理效应，许多激素可对全身多种细胞起作用，并产生多种效应，如甲状腺素及胰岛素等。胞问信号的特异性主要是指其与受体的特异结合。胞间信号（即配体）本身并不直接介导细胞活性，它既不具备酶活性、也不直接参与细胞的物质与能量代谢过程，只有在与靶细胞受体蛋白结合后改变受体蛋白的构想，转换为细胞内信号后才能调节细胞功能。

第二，胞间信号的复杂性。生物体大部分细由已分化成熟，执行某种特定功能。同一化学信号可对不同的特化细脑产生不同的效应。一种情况是，不同靶细胞的受体蛋白术同、结果受体诱导的反应也不同。例如乙酰胆碱具有刺激骨铭肌细胞收缩的作用，但都降低心肌细胞的收缩速率和力量。目前已经了解这种反应差别是乙酰胆碱受体蛋白的不同，乙酰服碱在骨韶肌终板内受体为N型(烟碱型)，而在平滑肌、心肌和外分泌细肋上的受仲为M型(毒摊型)。但有时受体蛋白相同，同一化学信号分子仍产生不同的反应，例如乙酞胆碱在心肌、平滑肌里引起肌肉收缩的变化，而在分泌细胞中引起分泌，其受体蛋白是相同的，只是不同细胞受体接受化学信号后，由于细胞内其它受影响的蛋白质组成不同，因而各自按独有的程序和方式作出不同反应。此外．不同的信号分子在相同的细胞里可以产生相同的反应，如胰高血糖素与肾上腺素在肝细胞中与各自受体结合后都使糖原分解并释放入血液。

第三，不同化学信号的时间效应各异。动物体内神经递质介导的反应最快，例如神经—肌肉连接处，神经终端释放乙酰胆碱于几毫秒内就引起骨胳肌细胞的收缩和随后的再松弛，这对动物运动是十分重要的。多数分泌激素协调细胞代谢时，反应也比较快，例如血糖水平增加会刺激胰腺内分泌细胞向血液中分泌胰岛素，胰岛素浓度的增加又反过来刺激肝脏和肌肉利用更多的血液内的葡糖，使血糖水平下降，最后胰岛素的分泌速率和肝脏、肌肉利用葡糖的速率都恢复到原有水平，血糖浓度因之保持相对恒定。在动物发育过程中．起到影响其细胞、组织器官分化的些分泌化学信号．常常效应时间持久。例如青春期大量雌性出体激素雌二醇白卵巢中的分泌细胞产生后。传输到身体的各个不同部分，引起各种变化如乳房增大。这种效应持久，常以年计。

第四，水溶性及脂溶性的胞间信号分子。大多数内分泌激素、生长因子、神经递质、局部化学地质是亲水性的，只能与细胞表面面受体结合，通过信号转换在细胞内起作用。它们分泌后往往在几秒、其至儿毫秒内被清除掉，或者进入血液中经几分钟后被清除掉。这类水溶性化学信号分子介导较为短暂的反应。甾类及甲状腺素等亲脂激素不溶于水。在血液中靠与特殊载体结合运转，在血液中常可停留铰长时间(以小时计)；而且从血液中释放后，很容易穿过靶细胞质膜进入细胞，与胞内受体结合为复合体，受体复合体与DNA结合。改变基因表达模式。影响生长分化与发育，表现为持续较长的效应。

图2．3 几种不同种类细胞外信号的通讯特点(据B.Alberts等)

下面将分别介绍几类分泌化学信号分子及其作用方式。

3．内分泌激素

高等动物的内分泌激素虽然在血液成淋巴液中含量甚微，但在个体发育过程中起着重要的作用。众多的内分泌激素靠着各自分泌数员的变化，在运输过程中载体的消长、激素的结合与释放，激素与靶细胞特异受体的结合和转换，激素的失活和排除以及各种激素之间的相互协调作用、拮抗作用、调节和反馈效应等构成十分复杂而精致的激素信号系统，从而对细胞组织生长、分化、发育、繁殖。

以及生物体各种生理过程的“恒稳态”和生理周期现象，其至情绪行为都起着准确行效的调控作用。

按内分泌激素的化学组成可分为含氮激素与甾类激素两种（见表2．1)，含氮激素(肽激素)包括氛基酸衍生物及胺类(如肾上腺素、甲状腺素)，小肽类(几种促激素的释放因子，即调节肽）。蛋白质类(胰岛素、表皮牛长因子等)，糖蛋白(脑垂体促激素等)。甾类激素又称类固醇激素，包括几种性甾体(如雌二醇、睾酮)，调节蛋白质、糖、脂类代谢的糖皮质甾体，及凋节休内处平衡的处皮质甾体，它们都足类固醉衍生物。有着17个碳原子结合成4个互相连接环的基本结构。3．1 信号的分级传递与控制

人与高等动物的内分泌激素信号受控于大脑的特异区——下丘脑，下丘脑分三级调控各种内分泌信号的释放。首先，在下丘脑受到更高一级的中枢神经刺激时，其神经分泌细胞分泌下丘脑释放因于(一般为小肽)，称为一级激素；释放因子经血管传送到脑垂体，刺激或抑制垂体分泌各种垂体促激素，称为二级激素；“促激素”经血液传送到全身，使外周靶腺分泌外周分泌激素，称为三级激素。这种三级调控一方面可枝信号放大，另外也使调节作用更有效。

雌性激素信号为这种严密的通讯过程提供了很好的例证(图2．4)。每次月经开始时，下丘脑神经分泌细胞在起计时器作用的区域影响下分泌促性腺释放因于，经血流传至脑垂体细胞；与其表面受体结合后，垂体细胞释放促卵泡激素，刺激卵巢的卵泡生长。并合成与分泌雌二醇；再经血液传到子宫，位子宫壁加厚；几天后垂体又释放促黄体激素，改变卵泡结构形成黄体，黄体生成较多的黄体酮，较少的雌二醇，使流向子宫的血液增加，子宫收缩减慢。因此，雌二醇及黄体酮共同作用使子宫准备接受受精卵。排卵后，如未受孕．垂体立即减少促黄体激素使黄体停止合成黄体酮：然后子宫内壁细胞脱落，经期出血开始。经期激素水平的严密控制是通过反馈机制完成的，它包括：卵巢释放的雌二醇可经回流血液作用于垂体细胞分泌细胞，使其减少促卵泡激素及促黄体生成素释放因子的排出．反馈控制雌二醇及黄体酮的分泌；此外卵巢分泌雌二醇的同时还分泌抑素，抑素直接作用于垂体及下丘脑，分别限制促卵泡激素及促性腺释放因子的产生。这样体内性激素就可以保持高度平衡状态。内分泌激素的这种分级传递是人与高等动物中脑间通讯的很好例证。

3．2 信号分子的释放

激素信号分子是由各种分泌细胞合成和释放的。目前对多肽激素的合成与分泌过程研究得比较清楚。多肽激素合成与一般非分泌蛋白合成机制相同，但后者在游离核糖体内合成，前者在组画内质网上结合的核糖体中合成。肽激素合成后即进入内质网内，这时为无活性的前激素，进一步在粗面内项网的光滑团包装成转运小泡，运到高尔基体，经浓缩、修饰，最后在一端形成分泌颗粒脱落下来；成熟的分泌颗粒靠微丝、微管收缩引导至质膜，主要以胞吐方式，即分泌颗粒与质膜融合，在融合点形成开口而将激素释放出去。分泌颗粒可以贮存在分泌细胞内，当细胞接受外界信号时将多肋激素释放出去。

关于肋激素等分泌蛋白如何为内质网识别并通过内质网膜的问题．信号肽学说认为：当内质网结合核糖体仍处于游离状态时即已开始翻译多肽链，并在分泌蛋白N端形成一个长15—30个氨基酸的信号肤(signal peptide)，这个信号肽被识别后将游离核糖体引导到内质网膜。这个过程包括：核糖体上的一种信号识别蛋白(signal brecognition protein，SRP)。一方面识别分泌蛋白的信号肽，另外一方面又与内质网上的受体结合，从而使游离核糖体固着于内质网；分泌蛋白进而靠

信号肽(疏水氨基酸为主)穿过内质网膜并继续合成，延长肽链；合成终止后，分泌蛋白进入内质网腔内，其信号肽同时被信号肽酶切除生成前激素。

3．3 信号分子的血液传输

内分泌细胞与周围毛细血管之间紧密的组织联系，使分泌的激素可以立即进入血液。血液中激素的运输有两种方式：一种是以游离分子形式运输，如垂体促性腺激素，胰高血糖素；肾上腺隶及去甲肾上腺素等；另一种主要是与血浆中激素载体蛋白相结合，一起运输。

激素载体并无激素作用，这种激素-载体复合物运输可能有如下优点：第一，防止激素分子在运输中被酶解、过滤、排泄而起保护作用；第二，使血液中游离激素保持低水平。因为靶细胞受体对激素十分敏感，微量激素分子即可对靶细胞起作用，过多的游离激素沾附于非靶组织上会造成浪费或其它不利影响；第三，维持血液中激素的恒定状态。激素的结合态与游离态处于动态平衡之中，激素分泌的暂时过多或停止，或被受体结合后降解，都可通过激素-载体复合物的生成和解离加以调节。

现在已知道甲状腺素有3种载体蛋白质，其中甲状腺结合蛋白(TBG)是一种有289个氨基酸的糖蛋白，甲状腺素结合前蛋白(TBPA)是有504个氨基酸酌蛋白质，它们是甲状腺素特异结合蛋白，每一个分子有一个甲状腺素结合位点。另外甲状腺素也可与广谱的裁体——血浆蛋白结合。性激素雌二醇的载体是血浆性激素结合蛋白(5HBG)．也有一部分可与血浆蛋白结合。黄体酮则与皮质激素结合蛋白(CBG)结台而被运输。肝脏是许多激素载体的合成场所，如TBG、cRt；与sHBG，妊娠时雌激素增加会刺激肝脏合成更多的上述载体。有些载体来自分泌激素的同一细胞，即这种细胞具有同时合成激素及其载体的双重能力，如曲精管的足细胞同时分泌串酮及其载体。

3．4 信号分子的接收与灭活

在血液传送过程中，激素信号被靶细胞受体接受而引起细胞反应，这将在下一章里详述。继而，激素还须在靶细脑膜上或在靶细胞内起作用后被灭活而将信号消除。这是信号准确传递的基本要求之一．不适当的、持续不断的释放信号便形成“噪音”，会使靶细胞形成“适应”．不再对信号作出反应。内分泌激素还可以在肝脏、血液中被降解，通过氧化还原、脱氛基、脱羧基方式被清除。也可以甲基化方式被灭活。

4．神经递质

神经通讯和激素通汛同为高等动物两个最主要的胞间通讯系统，激素通讯相对缓慢而弥散，但后效深远，影响面广；神经通讯迅速淮确集中，两者协调配合是完成高等动物胞问通讯最重要的保证。

神经递质是神经系统胞间通讯的化学信号分子。神经细胞靠动作电位在一个细胞范围内传递信息，但在神经元之间、神经元与靶细胞之间有突触间隙，主要通过突触前膜分泌递质完成细胞间通讯。递质的种类有胆碱类的乙酰胆碱，氨基酸类的γ-氨基丁酸、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸，单胺类的去甲肾上腺素、多巴胺、5-烃色胺(表2．1)。近年来发现众多的神经肽(类啡肽)也具有神经递质的许多待征，这在后回还要专门提到。

神经递质胞间通讯与激素胞间通讯有相同点，也有明显的区别。各种内分泌激素都分泌到血液中，经过长距离传递到靶细胞，每种激素靠专一地与受体结合。来调节靶细胞的活动。而神经递质信号发放的速度、精确性和专一性，很大程度上决定了细胞间结构上的紧密联系、即神经递质从突触前细胞释放只影响突触后

细胞的兴奋和抑制，突触间隙只有200-500 ?的距离．神经递质只在这个距离内传递信息。

4．1 信号分子的释放

按照传统的神经递质以囊泡为单位的量子释放假说，当神经细胞动作电位传播到末梢时，膜上ca2+通道开放，胞外ca2+大量进入脑内，因而引起贮藏包装递质分子的囊泡移向突触前膜，囊泡与前膜融合，以胞吐方式将递质释放到突触间隙(图2．6A)。囊泡假说的证据主要来自对乙酰胆碱(Ach)等递质释放的研究。例如电镜观察到神经末梢有在许多不同类型的囊泡，并证明其中存在乙酰胆碱。在递质释放后囊泡减少；特别是一些电生理实验证明：在静止的没有产生神经冲动的神经-肌连接处，肌细胞电位也都发生些电生理实验证明：在静止的没有产生神经冲动的神经—肌连接处，肌细胞电位也都发生大约0.5mV的变化，称为微终板电位，当改变外界条件时(如增加Mg2+、减少Ca2+微终板电位变化幅度也是一致的，为量子化的。因此人们认为，静息时，一个囊泡与突触膜随机碰撞，融合释放的递质引起一个微终板电传；当神经冲动时，许多囊泡同时释放递质，使终板电位达到40mV左右的阈值，即在突触后细胞产生一个可传播的动作电位。至于Ca2+在褒泡释放递质中的作用，以往认为可能有两个：其一，降低轴浆粘度，有利于小泡运输；其二，Ca2+消除囊泡农匝与尖触前膜内侧负电荷、有利于两者融合。

近年来，对这些传统观点，提出了一些不同的看法。首先是70年代中期用更高分辨率的电位记录手段测得相当于微终板电位单位1/10的超微终板电位，引起了是否存在比囊泡更小的亚单位递质释放的疑问。Dunant与Israel等人多年研究认为乙酰胆碱释放源头并非突触小泡，而是脑浆内的递质，证据土要是从对电鳃的研究中获得的：第一，刺激产生时，脑浆的Ach首先用完，小泡数目和里面的Ach最初并未减少；第二，电镜观察到、释放Ach时并未发现小泡勺突触前膜融合，而是释放Ach后不久才发生了这种融合；第三，在Ach释放时、突触体膜上可观察到5-11nm小板子减少，较大的8-20nm粒子增多，说明可能膜上某些蛋白质构型变化．形成Acl通道，释放厂Ach;第四，人工组装的做脂粒内天灾触小泡，但只要物内有Ach，在诱导Ca2+进入微脂粒后，即可释放入Ach。由此Dunant与Israel提出如下Ach胞浆释放假说(如图2．6E)：Ach并存于脑浆初小泡中；当神经冲功将Ca2+导入脑浆时，使突触前膜Ach通道蛋白质变构，从而通道开放．脑浆内Ach释放人间隙；如刺激延长，小泡吸收Ca2+，释放Ach，以补充脑浆内Ac重新纳入小泡。目前关于钙的作用．也不像降低轴浆帖度或中和电荷那么简单．它邮自足通过与神经细胞中大量存在的钙调素（CaM）结合，形成Ca2+。CaM复合体后激活蛋白激酶，冉将一种存在于多数神经细胞突触膜及囊泡膜上的叫突触素I(synapsin I，分子量83kD)的蛋白质磷酸化，进而促进释放递质。另外，蜘’也可能在囊泡移向突触前膜的过程中，与产生动力的微丝调控作用有关。

4．2 信号分子的接收与灭活

递质信号被突触后膜上的受体接收后，或引起突触后膜Na+、K+、Cl-通道启闭，形成突触后膜动作电位，或在靶细胞经转换成为脑内信使，引一系列细胞反应；递质随后经历一个重吸收或失活过程，既保证不断准确有效地传递信息，又使递质经济利用。有的递质，如肾上腺素与多巴胺等，大部分重新被突触前膜吸收，摄入胞浆成灾触小泡再利用，小部分被突触后膜摄取，或在突触间隙被儿茶酚胺甲基移位酶或单胺氧化酶破坏；另一类如乙酰服碱，大部分在突触后膜或间

隙处被乙酰胆碱脂酶水解为乙酰和胆碱．后再被重吸收入神经末梢，在脑浆内由胆碱乙酰转移酶催化合成乙酰胆碱，供再利用。递质可被突触后膜迅速结合，结合后又迅速降解。如乙酰胆碱在受体上被酶解只经历几毫秒时间，因此突触或神经肌兴奋传递频率达到每秒几百次之多。

图2.6 乙酰胆碱释放的小泡似说(A)，及胞浆假说(B)(据Y．Dunant等)

5.神经肽

从上述介绍可知，内分泌激素多数为多肽和蛋白质类，而经典的神经递质多数则为分子量较小的氨基酸及其衍生物。但这两大类信号分子并无截然的界限，例如，氨基酸衍生物类，属于儿茶酚胺类的肾上腺素和去甲肾上腺素，早已知道它们既是神经递质．又是肾上腺髓质内腺细胞释放的内分泌激素。神经肽的研究更说明了这一点，神经肽是神经系统内具有活性的，由氨基波组成的短肽链。它们有时在神经细胞之间传递信号，有时也作为内分泌激素在体内起作用。在70年代中期发现类啡呔以后，这方面的研究进展很快，至今在中枢神经系统己发现50多种神经肤，因此成为神经细胞分泌中数日最多的一类。它在飞速发展的分子神经生物学研究中占有重要的地位。

前述以氨基园及其衍生物为主的神经递质总共不过十种。在经典的神经递质作用模型中，似乎这也足以完成生理功能，因为递质作为一个化学开关，或使靶神经元产生冲动，或使其抑制，似乎只须要有两种递质：即兴奋性递质和抑制性递质就够了。这种观点因无法解释为何会存在上百种神经肽和其它递质而已被否定。因为不同的神经递质在突触后膜引起各种不同的Na+、K+、Cl-、Ca2+通道的启闭，传递多种不同的信息。神经递质现代观念上另一重要变化是否定了过去一

个神经元只释放一种神经递质的观点(Dale法则)。1977年，Hokfolt发现，许多神经末梢含有2-3种递质，其中总有一种是肽。这种“共递质”作用方式理论，不仅解释了为何存在多种递质，而且对神经肽研究起了推动作用，尽管至今没有稿清其作用的机制。

5．1 神经肽的种类

广义的神经肤按Kriegcr的意见可分为六大类，其中包括下丘脑促激素释放出子和垂体促激素(见表2．1)。狭义的神经肽按Bloom的看法主要有两类小肽：第一类为9肽的后叶加压素和催产素类；第二类为类啡呔，指由大分子前体酶解产生的神经肽，如脑啡呔和内啡呔。

加压素与催产素是神经末梢分泌到血液中去的内分泌激素。加压素引起部分动脉收缩使血压升高，又具有抗利尿素作用；催产素促进了子宫收缩，加速分娩。但它们都由神经细胞合成分泌。受突触联系的控制，可以直接作用于其它神经元，因此又具有神经递质的特点。其肽链结构如图2．7，它们都是9肽，各种催产索与加压素之间仅有1—2个氨基酸的差别，说明是通过复制过程中单个基因突变产生的；但其功能非常不同，说明靶细胞受体识别可准确到一个氨基酸残其的芳别。

图2．8 脑啡呔由前体酶切形成图解(据S．H．Snydef) 内啡肽(endorphin)与脑啡肽(enkephalin)又称吗啡样神经肽。它们具有镇痛、安眠等作用；而在肠内起激素作用，通过改变蠕动收缩节律控制食物在消化道的运动、是神经系统内固有的一类中小分子肽。此类神经肽种类很多，但主要是由三类大型多肽前体产生；内啡肽由鸦片黑色素皮质激素原(proopiomelanocortin，FOMC)裂解产生，此前体还可产生促肾上腺皮质激素、促黑激素、促脂激素等；脑啡肤则由前体A、B（preproenkephalin A与B）产生。

我们以两种脑啡肽——蛋脑啡肽和亮脑啡肽为例说明此类神经肽由前体产生的过程(图2．8)。两种脑啡肤都是5肽。仅第5个氨基酸不向，一个是蛋氨酸(甲硫氢酸），另一个是亮氨酸；都在神经细胞里起麻醉作用。它们分别由上述前体A利B产生。A前体含有5份蛋脑啡肽拷贝和一份亮肮啡肽拷贝；B前体只有3份允份脑啡肽拷贝；每个脑啡肽两侧在前体分子中部有两切氨基酸信号：2个Lys，2个Arg或1个Lys，加1个Arg。前体产生脑啡肽时经两次酶切：第一

次从每个信号笺基酪右边切K产午一个朋啡肤的分子，右边还多带一个信号氨

基酸：第：水将信号氨基酸切除产生脑啡肋。产生的脑啡肋含量出前体基因转录速率反抗体两切效率所决定。每种脑啡队部行专一转变酶脑啡队转变酶完成由前体产牛神经肽的过程，设计筛选出一些专一性抑制此类酶的药物就可能控制神经肽的生成，从而影响忠者的神经，准确调节感觉和思维。

5．2 神经肽的作用特点

第一，神经肋与经典神经递质组成共递质，一起完成突触化学传递。神经细胞同时释放经典的递质和神经肋，如乙酰胆碱和血管活性肠肽、Y氨基丁酸与p —内啡肽以及儿茶酚胺类递质与脑啡肽和后来发现的神经肽y通过作用于各自受体后的复杂作用。更精确、更有效地完成神经细胞间信息传递功能。也有人称神经肽为神经调质，与递质共同作用，但功能又有差别。

第二，失能(disenabling)作用。兴奋性神经递质作用倾向于减少电压梯度，使膜电位”去极化”；抑制性神经递质作用倾向于增加电压梯度，使膜“超极化“。神经肽一般自身不引起跨膜电位的显著变化。而只是阻比“去极化”或“超极化”作用，Bloom称此为失能。

第三，作用持久而间断。神经肽不像简单氨基酸与单胺类递质那样，形成过程比较简单、作用快速而短暂、而旦且可以在神经末梢重复利用，肽类必须在远离末梢的胞体核糖核蛋白体内合成前体、再经剪接成活性分子，输送到神经未梢‘一次性”择放，其释放量少，作用时间持久，呈间断性。

6．局部化学介导因子

某些化学信号物质分泌到细胞外液后很快地被细胞吸收或被破坏，进入血液中的数量极少，因此只作用于邻近的细胞；但又不像神经递质那样由专一突触结构释放，这类物质既不同于激素，又不同与递质，而称为“局部化学介导因子”。

结缔组织中普遍行在肥大细胞，可以分泌两种局部化学介导因子——组胺和嗜伊红趋化因子。组氨存贮在肥大细胞的大分泌小泡内；在受损伤、局部感染和某些免疫反应时，组胺很快被释放，引起血管扩张和渗漏，导致—些血清蛋白(如抗体和补体系统的组分)和具有吞噬能力的白细胞抵达损伤部位。肥大细胞同时又释放两种嗜伊红趋化因子，它们是4肽，可以诱引嗜伊红的白纫胞趋向四肽释放处。嗜伊红白细胞具有多种酶，有助于组胺及其它化学介导因子的失活。

前列腺素也属于局部化学介导因子这一类。但与组氨不同，不是由某些专一化细胞分泌，其来源较广泛；它分泌后也被专一酶在分泌部位附近破坏。前列腺素是20碳的脂肪酸的衍生物，由膜磷脂被磷肥两降解产生18碳的脂肪酸为其前体(图2．9)。前列腺素合成后，与其它大多数化学信号分子不同的是它不贮存在细胞内部，而是连续地释放到外面，细胞用闹环境变化时，主要使其合成速率增加。前列腺素能引起平滑肌收缩、血小板聚集和炎症反应。如分娩时产生大量某些前列腺素，是刺激子宫平滑肌收缩的重要因素。目前这些前列腺素已成为引产药物。阿斯匹林和有关抗炎症药物的机理也与抑制前列腺素合成有关。

图2.9 前列腺素（PGE2）的合成过程（据B.Alberts等) 神经生长因子(nerve growth factor,NGF)是局部化学介导因子的另一个例子。Cohen与1eri-Montalcini由于发现神经与表皮生长因子获得1986年诺贝尔生理牛理医学奖。他们用一种小鼠瘤（肉瘤180）移植方法促进了鸡胚骨髓神经节交感神经纤维的生长，使交感神经节更肥人；随后发现肉瘤180分泌的扩散性因子也有同样的作用。后来在蛇毒和雄小鼠领下腺提纯了这种蛋白质神经生长因子，并制备了抗体。现查明神经生长因子为两条各有118个氨基酸的相同多肋链组成的二聚体蛋白质，它由神经细胞的靶细胞所分泌。下列三方面实验结果表明。交感神经细胞存活依赖于它所支配的靶细胞分泌NGF：第—，抗NGF抗体注入新牛小鼠体内时，会有选择地使交感神经死亡(图2．10)，第二，在单一交感神经细胞培养条件下，培养液加入NGF会使未发育的交感神经细胞持久生存下去．而无NGF时则几天内就死亡；第三，正常情况下，那些没有与靶细胞发生突触联系的发育中的神经元会死亡；而加入NGF后则可存活下去。

图2.10 发育中的交感神经元的生存依赖于神经生长因子（据B.Alberts等)

此外，NGF不仅对交感神经细胞的存活，而且对引导其生长到靶细胞的过程也有作用。如果将NGF注入新生小鼠脑中．发现它可引导交感神经纤维异常地延伸到中枢神经

系统内。这种现象在体外实验中亦可看到。

近年来发现，NGF不仅对外周神经系统的交感神经元存活有作用，而且对中枢神经

系统的神经细胞的存话，维持其递质合成水平也有作用。

7．气体信号分子

对胞间化学信号分子的研究历来集中于上述几类化学物质。80年代后期发现，许多化学物质，如乙酰胆碱引起血管扩张时，血管内皮细胞合成一种自由基气体一氧化氮。开始对其生理功能不清楚，更怀疑其作为信号分子的可能性：主要是对其生产和作用方式不了解，而且气体分子作为信号分子也没有先例。近来研究表明，NO的代谢特点及其作用方式符合信号分子的基本条件，当然也具有其特殊性。

NO作为信号分子所调节的生理过程在内皮细胞依赖的血管舒张现象中研究地比较清楚(见第五章图5．16)。血管内皮细胞受化学物质如乙酰胆碱的刺激导致膜上ca2+通道开放，使胞内ca2’浓度升高，通过钙调素激活NO合成酶(NOS)产生NO。NO作为气体分子迅速通过细胞膜在胞间传递并进入平滑肌细胞，通过cGMP引起平滑肌细胞松弛而使血管舒张。大家熟悉的硝酸甘油，是一种常用的缓解心绞痛的药物，虽然它的应用已有上百年历史，但其作用机制直到最近才弄清楚：它在体内转化成NO，从而令心肌舒张，血液在血管中恢复畅通。NO 的作用目前已知不仅限于血管功能的调节，它在许多类型的细胞，如脑细胞、神经细胞中都存在，其信号分子的作用是相当广泛的。

NO的产生及其作用方式都符合其它信号分子的特点：

其一，具有迅速产生和灭活的特点；NO由精氦酸氧化产生，催化试反应的酶称为NO合成酶(NO synthase，NOS)．其活性受Ca2+／CaM调节(详见第五章)。其灭活可通过以下几种方式：

①在功脉血管中NO与氧合血红蛋白(O2Hb)结合转化成NO3-

NO +O2H b→NO3-+ H b

○2在静脉血管中NO可与去氧血红蛋白(Hb)结合而被除去：

NO+Hb→NOHb

○3在血管壁上，NO可被超氧化物〔O2-)氧化：

NO+ NO 2-→NO 3-

○4在没有血红蛋白和O 2的情况下，NO可被O 2氧化：

2NO+ O 2→N2O4→NO 2-+ NO 3-

实验证明，在以上情况下，NO的半衰期只有10-30s，而在此很短的时间内NO分

子可在组织内移动200—600μm。

其二，有相应的靶分子接受其携带的信号。在平滑肌中NO的靶酶是鸟苷酸环化酶

(见第五章)。

与其它信号分子相比，NO作为气体小分子，在胞间、胞内可以更迅速的传播扩散，它无需跨膜转导机制，而直接作用于胞内靶酶。