七章信号转导异常与疾病分析
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。
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ßR 融入， 证实该途径 。
用异丙肾致cAMP增多，
用心得安可阻断该反应。
（二）、Gi途径
Ach-M2R\Adr- α 2R-Gi- AC (-) - cAMP -PKA (-)
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β-肾上腺素能受体、 胰高血糖素受体
α1-肾上腺素能受体 M2-胆碱能受体、血管紧张素Ⅱ受体
Gs蛋白
(＋) (－) 腺苷酸环化酶（CA）
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12
分类: 根据G α 功能可分 Gs： stimulationG ，分子量4 . 5万，能使 AC激活，都有CTx结合区。 Gi ： inhibitionG，分子量4万，能使AC抑 制，都有PTx结合区。 Gp-激活磷酯酶（phospholipiase）的G蛋白 Gq-激活PLCβ介导IP水解。 Gt-与视觉有关 Ggust-与味觉有关 其他功能不明者用x、o或数字表示 如：Go 或Gx
岛素在糖代谢中的作用。
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2. RTK介导的信号转导通路 （一）、 RTK-Ras-MAPK-ERK通路 （二）、 RTK-PLCr-DG-PKC- MAPK通路 （三）、 RTK-PI3K- MAPK通路 RTK的配体包括EGF，PDGF，Insuline, 多种应激原，促炎细胞因子也可激活MAPK 通路。
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GPCR：G蛋白偶联受体，有7个跨膜段，目前是受体 中最大的超家族（人类基因组中第三大家族），包
括肽类激素受体、 α、ß、M受体等 GPCR配体：
激素类：PTH、TRH、ADH、NA、Ach等 神经递质、神经肽、趋化因子、光、气 味 多种药物： ß阻滞剂（心得安），组胺拮抗
剂（酮替芬），抗胆硷药（阿托 品），阿片等。
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4、转录因子：AP-1、SRF、CREB、NFkB、 ERK、STAT等
信号转导通路与疾病发展的关联性
信号转导通路与疾病发展的关联性信号转导通路是细胞内外信息传递的重要途径，它在细胞生物学中起着至关重要的作用。
通过这些信号转导通路，细胞可以感知外界环境的变化并做出相应的反应，从而维持机体的稳态。
然而，当信号转导通路发生异常时，就会导致疾病的发展。
本文将探讨信号转导通路与疾病发展之间的关联性。
1. 信号转导通路的基本原理信号转导通路是细胞内外信息传递的重要途径，它包括多个分子组成的复杂网络。
在信号转导通路中，信号分子通过受体与细胞内的信号传导蛋白相互作用，从而引发一系列的反应。
这些反应可以是细胞内信号分子的激活、基因的表达调控、细胞的增殖和分化等。
信号转导通路的正常功能对于细胞的生存和发展至关重要。
2. 信号转导通路与疾病的关系信号转导通路的异常功能与多种疾病的发展密切相关。
例如，细胞增殖和凋亡的平衡是维持机体稳态的重要因素。
当细胞内的信号转导通路出现异常时，细胞的增殖可能会失控，导致肿瘤的发生。
癌症就是由于信号转导通路的异常导致细胞增殖失控而引发的疾病。
此外，许多其他疾病，如心血管疾病、神经系统疾病和免疫系统疾病等，也与信号转导通路的异常有关。
3. 信号转导通路在疾病治疗中的应用由于信号转导通路与疾病的关联性，研究人员开始利用信号转导通路来开发新的治疗方法。
例如，针对癌症的治疗，研究人员发现某些信号转导通路在肿瘤细胞中异常活跃，因此可以通过抑制这些信号转导通路来抑制肿瘤细胞的生长。
这种治疗方法被称为靶向治疗，已经在临床上取得了一定的成功。
4. 信号转导通路的研究进展随着对信号转导通路的研究不断深入，人们对其机制和调控方式的理解也在不断增加。
例如，研究人员发现信号转导通路中的一些关键分子可以通过修饰（如磷酸化、乙酰化等）来调控其活性。
这些修饰可以通过药物干预来改变信号转导通路的活性，从而治疗相关的疾病。
此外，还有一些新的信号转导通路被发现，并与疾病的发展相关，这为疾病的治疗提供了新的思路。
5. 信号转导通路的前景和挑战信号转导通路在疾病治疗中的应用前景广阔，但也面临着一些挑战。
1-6 细胞信号转导异常与疾病
细胞信号转导异常与疾病
一、信号转导异常可发生在两个层次 1、信号转导异常可发生在两个层次 2、信号转导分子的异常激活和失活
一、受体异常激活和失活
1、受体异常激活
EGF
EGF受体
MAPK途径
erbB
EGF变异型受体
编码基因过度表达，受体数量大大增加
2、受体异常失活
遗传性胰岛素受体异常
① 受体合成减少 ② 受体与配体亲和力降低 ③ PTK活性降低
二、信号转导分子的异常激活和失活 1、信号转导分子的异常激活
2、信号转导分子的异常失活
编码PI-3K的基因突变，PI-3K途径无法传递。
二、信号转导异常可导致疾病的发生
1.信号转导异常导致细胞获得异常功能或表型 1.细胞获得异常的增殖能力
EGF
erb-B癌基因
细胞周期加速 细胞增殖
RAS突变
MAPK途径激活
2. 细胞的分泌功能异常
GH释放激素 生长抑素
G蛋白
cAMP
垂体细胞 分泌GH
肢端肥大症 巨人症
3. 细胞膜通透性改变
细胞膜通道开放，水和电解质丢失。
2.信号转导异常导致细胞正常功能缺失
1. 失去正常的分泌功能 2. 失去正常的反应性 3. 失去正常的生理调节能力
。
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。
七章信号转导异常与疾病
如： （1）受环核苷酸调控的PKA Gs→激活AC→cAMP-PKA→多种蛋白磷酸化→ 调节其功能。 ①使 心肌细胞膜上L型Ca2+通道磷酸化→细胞 外Ca2+内流； 使 激活糖原磷酸化酶激酶→肝糖原分解。 心肌收缩力↑ 能量供应↑。
②PKA入核→磷酸化CREB→促进CREB与
靶基因中CRE结合→激活靶基因转录。 （2）磷酸化在信号转过程中也发挥重要作用 如MAPK家族的酶，就是由磷酸化级联反应激 活（幻灯26）。
第三节 信号转导异常 发生的环节和机制
发放 接受(受体) 信号 异常→细胞 代谢 障碍→
在细胞内转导通路 靶蛋白
功能
→疾病。
原因：理化因素、生物因素、遗传因素。 某些转导蛋白基因突变或多形性，导致疾病发生， 并决定疾病的严重性或对药物的敏感性。
一、细胞外信号发放异常 （一）神经和体液因子分泌异常
集具有组蛋白乙酰转移酶(HAT）活性的共激活因子→
组蛋白乙酰化→染色体结构打开DNA模板裸露→转录因 子与DNA结合→形成转录起始复合物→促进转录→出 现激素生物效应。（生理学P339,药理学P350）
负性HRE (GRβ) GR→
其他转录因子（AP-1 NF-кB） 交互抑制或拮抗.抑制靶基因表达
（一）蛋白激酶∕蛋白磷酸酶是信号开关分子 1、蛋白可逆性磷酸化修饰是快速调节效 应蛋白的活性最重要的信号通路开关。 提高其活性； （1）蛋白磷酸化可能
降低其活性。
（2）蛋白磷酸酶衰减蛋白酶信号。
跨膜受体家族一般是靠蛋白可逆性磷酸 化，修饰调节效应蛋白的活性
2、蛋白丝氨酸∕苏氨酸激酶和 蛋白酪氨酸激酶， 是最主要蛋白激酶。
生理学意义：对认识生命活动的本质有重要 意义。 医学意义：深入认识发病机制； 为新的诊断和新药设计及新的治 疗技术提供思路和作用靶位。
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4、离子通道途径：神经、心血管功能调节。
1、受体
2、α2受体 M受体
腺苷酸环化酶 信号转导通路
Gs
Gi
+
-
腺苷酸环化酶
cAMP
靶蛋白 磷酸化
PKA
磷酸化 CREB
靶基因 转录 CRE
G蛋白活性的调节
受体
GDP
GDP G
G
GTP
效应蛋白 G
GTP G
信号转导
Gq
G12
PTK受体家族
酶偶联 与PTK连接受体
单跨膜受体
PSTK型受体
死亡受体家族
细胞膜受体
膜外区 膜受体是糖蛋白、分为 跨膜区
膜内区
根据其结构的同源性和信号转导模式的
类似性将膜受体分为以下受体类型（家族）
（一）离子通道型膜受体 （化学门控性通道） 是具有受体和离子通道功能的蛋白分子。 本质：是化学信号与电信号转换器。 作用：将化学信号转变成电信号→影响 细胞功能。
细胞膜
1、分为
离子型通道
细胞内的质膜
细胞膜：常为神经递质；
2、配体
细胞内的质膜上：多为第二信使。
3、作用：配体→受体→离子通道开放→实 现信号转导。
（二）七跨膜受体—GPCR家族
1、主要过程：
活化
配体受体结合→受体→ G蛋白→ 或 →
抑制
下游效应分子→改变第二信使含量、分布→
代谢过程
相应靶分子构象改变→改变细胞
Gq→激活 PLCβ→PIP2 → DAG → 激活PKC
受体
IP3 血管平滑肌
Ca2+通道磷酸化
促进 基因转录
AngⅡ 平滑肌心肌 电压依存性Ca2+通道 细胞增殖
内质网受体
开放
肥大
胞浆[Ca2+]↑
Ca2+通道开放→释Ca2+入胞 CaM
CaM-底物
（钙调蛋白依赖性蛋白பைடு நூலகம்酶） CaM-K 收缩
GPCR R
与
基因表达
功能。
（三）单跨膜酶偶联受体 1、特点：
（1）仅有一个跨膜段，多为糖蛋白； （2）第一步反应直接依赖酶的催化作用。
自身具有酶的活性；
酶偶联受体
或
与酶分子结合存在。
单跨膜酶偶联受体主要有：
PTK家族： 酪氨酸蛋白激酶型受体或 受体酪氨酸激酶（RTK）家族。 与
PTK连接的受体：
PSTK型受体家族：丝/苏氨酸蛋白激酶型受 体家族 如TGFβR；
为此，各种细胞间就形成复杂的信号转导 系统，它包括：
信号（配体）→受体→受体后信号转导通 路→靶蛋白。
影响靶细胞代谢、功能、分化、生长、 形态结构、生存状态。
生理学意义：对认识生命活动的本质有重要 意义。
医学意义：深入认识发病机制； 为新的诊断和新药设计及新的治 疗技术提供思路和作用靶位。
第一节 信号转导系统概述
(2)作用：细胞生长、分化、代谢； 机体的生长发育起重要作用。
(3)转导过程： 依表皮生长因子（EGF）为例
EGF→EGFR→EGFR磷酸化并形成二聚体→ 衔接因子Grb2结合到受体上→ Grb2募集 SOS →SOS结合到Grb2后被活化→活化Ras →激活
Raf-MEK-ERK →激活的ERK转位细胞核→
死亡受体家族: 如TNFR,Fas等；
第二节 膜受体介导 的跨膜信号转导通路
一、举例
（一） GPCR家族 1、 Ga有四个亚家族
刺激型G蛋白（Gs）
抑制型G蛋白（Gi）: 抑制AC活性。 IP3
Gq: 激活PLCβ→PIP2 → DG
G12
2、G蛋白—其他磷脂酶途径 GPCR激活PLA2、PLD等。
Gq
CA, AngⅡ等
R
PLC PI2
G
Ca2+ 离子通道
DAG IP3
细胞内 Ca2+库
Ca2+↑
PKC
基因表达增加，心肌 和血管平滑肌增生
Biologic responses
胞膜
（二）酪氨酸蛋白激酶型受体（PTK单跨膜） （又称受体酪氨酸激酶RTK ）
(1)受体 ：胰岛素受体、 多种生长因子受体、 与其有同源性的癌基因产物 等20多种。
第七章 信号转导异常与疾病
本章要求 掌握：细胞信号转导的概念，细胞信号转
导主要途径和调节。 熟悉：细胞信号转导异常的原因与发生环
节，信号转导异常与继发性胰岛素 抵抗的关系。 了解：与信号转导异常有关的疾病（胰岛 素抵抗性糖尿病、 肿瘤、心肌肥厚 与 心衰）。
机体的每一个细胞都在一定部位执行专 门功能，而机体为适应环境变化所完成任 何生命活动都需许多细胞相互协调、相互 配合地工作。
即
→
下游基因。
转录调节因子 关闭 本质：是配体调控的转录因子，在核内通
过核受体经HRE调节基因转录。
GC入胞→激素-受体复合物→核受体与HSP脱离→核
受体域内核转位信号暴露→激素-受体复合物入核→以
二聚体形式结合于靶基因上激素反应元件（HRE）→ 募
集具有组蛋白乙酰转移酶(HAT）活性的共激活因子→
细胞内
分类
受体
细胞膜
依受体种类的信号转系统的分类
一、细胞内受体—核受体介导的信
号转导通路
（一）配体
类固醇激素 甲状腺激素 维甲酸 维生素D等。
（二）过程
激素入胞→ 受体构象改变→ 与HSP解聚 →受体核内转移部位、DNA结合部暴露→ 激素受体复合物转入核→结合HRE → 改变 细胞基因表达。
启动转录因子 开放
组蛋白乙酰化→染色体结构打开DNA模板裸露→转录 因
子与DNA结合→形成转录起始复合物→促进转录→出
负性HRE (GRβ) GR→
其他转录因子（AP-1 NF-кB） 交互抑制或拮抗.抑制靶基因表达
→抑制免疫和抗炎。
HRE 激素反应元件
细胞膜受体
离子通道型受体
细胞内质膜受体
Gs
Gi
二、膜受体介导 七次 跨膜 受体
效应蛋白
配体
配体-受体 受体
G蛋白
激活型G蛋白 G蛋白效应器
激活的G蛋白 效应器
Ca2+或K+ 通道
AC
PLC →
PDE
第二信使
cAMP IP3、Ca2+
DG cGMP
浓度↑ 或 ↓
依赖第二信使 的酶或通道
激活或抑制。
G G蛋白偶联受体跨膜信号转导的主要信号蛋白
Gq蛋白 (生化书P384) 激活PLCβ-IP3/DAG-PKC通路介导信号转导
信号转导：信息分子通过作用于受体致信号 转导分子相互识别、相互作用将 信号进行转换和传递，而影响细 胞生物学功能的过程称为信号转导。
信号转导过程： 细胞 受体 对信号的接收→
细胞内信号转导通路激活与传递→ 靶蛋白的激活。
受体：接受化学信号的细胞膜或细胞内的蛋 白质。 识别、结合； 作用 转换配体成为细胞内分子可识别的 信号。
影响靶基因表达水平
→ERK底物磷酸化
调节细胞生长分化