八大信号转导通路
信号转导通路在生物学中的作用及应用
信号转导通路在生物学中的作用及应用信号转导通路是生物学中一个非常重要的概念，它描述了细胞中信息的传递和调节，从而决定了细胞的功能和命运。
在本文中，我们将介绍信号转导通路的基本原理和主要作用，并探讨其在生物医学与生产中的应用。
一、信号转导通路的基本原理细胞内信号转导通路是一系列多步骤反应的网络，用于转导外部或内部刺激信号来引起一系列的生物学效应，例如增加或减弱蛋白质产生、改变细胞形态、活性和分裂等。
这种信号通路的本质是信号从外部刺激物、内部信号分子或细胞间信号分子，通过传递到细胞内部的受体，然后引起一系列的底物酶和细胞信使分子的活性变化，最终导致基因表达和蛋白质合成的变化。
通俗的说，信号转导通路就像是一条大街，信号开始于外部刺激和信号分子，通过信号细胞受体和信号转导蛋白，再经过一系列分支并接触到内在运作模块，最终再转导到细胞核或胞质内，完成特定的下游生物学效应。
二、信号转导通路在生物学中的作用信号转导通路在生物学中的作用非常广泛，涵盖了细胞形态、发育、分化、增殖、细胞死亡、保护、运动等生物学事件，这个过程可以翻译成一个价值观。
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信号通路的作用原理与这种情况类似，如果有某些物质与细胞的生存和健康息息相关，那么通路就会对这些物质进行反应。
1.细胞信号转导细胞信号转导是信号分子、细胞膜受体和参与细胞功能调节机制的细胞信使分子，通过广泛的分子交互相互作用，实现在细胞间的化学和物理信息传递，从而调节各种生物学事件。
例如，人体细胞中的多种细胞生长因子、激素、神经递质、肽类和小分子等物质在合适的时间和环境下可以通过多个级联信号转导通路，引导细胞活性改变。
2.程序性细胞死亡程序性细胞死亡（Apoptosis）是细胞活性由生命状态向死亡状态的转化方式。
这个过程被认为是机体内部保持细胞稳态平衡和应对各种病理性、生理性和环境胁迫的主要机制。
细胞凋亡调控相关的信号转导通路
细胞凋亡调控相关的信号转导通路细胞凋亡是一种重要的细胞死亡方式，通过严格的信号转导通路进行调控。
这些信号通路包括内部和外部因素的相互作用，保证了细胞在正常生理过程中的准确调控和维持。
本文将从多个角度探讨细胞凋亡调控相关的信号转导通路。
1.细胞凋亡的触发因子细胞凋亡的触发因子通常包括外部因素和内部因素。
外部因素如细胞外环境的压力、缺氧、药物等，会导致细胞内信号转导通路的改变，从而触发细胞凋亡。
内部因素如DNA损伤、细胞内蛋白异常等也能引发细胞凋亡的启动。
2.细胞凋亡的信号传导通路细胞凋亡的信号传导通路主要包括线粒体途径、死亡受体途径和内源性途径。
线粒体途径是最为经典的细胞凋亡信号通路，主要通过释放线粒体内的细胞色素C、激活半胱氨酸蛋白酶等来引发细胞凋亡。
死亡受体途径则是通过死亡受体家族成员的激活，启动半胱氨酸蛋白酶级联反应，最终导致细胞凋亡。
内源性途径则是一些内部因子如p53、Bcl-2家族蛋白等的参与，调控细胞凋亡的发生。
3.细胞凋亡的调控因子细胞凋亡的调控因子主要包括抑制因子和促进因子。
Bcl-2家族蛋白是细胞凋亡最为重要的抑制因子，其通过调控线粒体膜通透性来抑制细胞凋亡的进行。
而促进因子如Caspase蛋白家族则是细胞凋亡的主要执行者，其在细胞凋亡的各个阶段起着关键作用。
4.细胞凋亡在疾病中的作用细胞凋亡在多种疾病中起着重要作用，包括癌症、神经退行性疾病等。
在癌症中，细胞凋亡的抑制常常导致肿瘤细胞的无限增殖，而在神经退行性疾病中，细胞凋亡的过度可能导致神经细胞的大量死亡。
5.未来的研究方向细胞凋亡调控相关的信号转导通路是一个复杂而又精彩的领域，未来的研究方向包括寻找新的调控因子、探索细胞凋亡与其他细胞死亡方式的关系、开发新的治疗策略等。
这些研究将有助于我们更深入地理解细胞凋亡的机制，为相关疾病的治疗提供新的思路和方法。
细胞凋亡调控相关的信号转导通路是一个重要的研究领域，深入研究这些信号通路的调控机制将有助于我们更好地理解细胞凋亡的发生和发展过程，为相关疾病的预防和治疗提供理论基础和实践指导。
普遍存在的免疫细胞分子信号转导路径
普遍存在的免疫细胞分子信号转导路径免疫系统是机体最重要的防御系统之一，依赖于免疫细胞对外来微生物和病原体的识别和消灭。
而这种认知、响应机制都需要免疫细胞内部复杂的分子信号转导通路的相互配合与串联。
以下将介绍几类免疫细胞特定信号转导通路及其在疾病发生中的作用。
T细胞信号转导通路T细胞是人体中一类至关重要的细胞，它们通过识别和消灭外来抗原帮助人体免疫系统有效应对外来侵袭。
而T细胞的识别过程则完全依赖于其表面受体上的信号转导通路。
此外，T细胞的分化、增殖、生死等过程都需要依赖特定的信号传递通路。
T细胞中最重要的信号传递通路如下：1）T细胞受体信号转导通路。
T细胞表面的受体是一种跨膜蛋白，当这种受体与一种抗原结合时，会激活该细胞内部的 T细胞受体信号转导通路。
在这个过程中，受体上的多种酶和附属蛋白会依次激活，引发钙离子浓度升高、蛋白酪氨酸磷酸化、活性氧产生等一系列细胞生化反应，从而使T细胞能够分化、增殖并杀死目标细胞。
T细胞信号转导的紊乱或错误会导致多种自身免疫疾病（例如风湿、狼疮等）的发生。
2）CD28-B7信号转导通路。
T细胞受体激活后，还有一个CD28-B7信号转导通路需要被激活。
这个通路是互相促进的，CD28激活能够使T细胞更有效地分化、增殖并产生细胞因子。
但在某些疾病（如移植排异）中，需要逆转这种通路以避免病情进一步恶化。
3）多种信号转导通路的串联。
除了T细胞受体和CD28-B7两个常见通路外，T细胞功能发挥还涉及其他多个信号传递通路，如NF-κB、MAPK、PI3K等等，在疾病治疗中对各种通路的阻断和激活是一项重要的研究领域。
巨噬细胞信号转导通路巨噬细胞是体内主要的吞噬细胞之一。
当巨噬细胞受到刺激时，会激活一系列信号转导通路，驱动许多生物学过程。
以下是其中最常见的几种：1）Toll样受体-IRF7信号转导通路。
Toll样受体（TLR）是一类识别外来抗原的膜受体，当它们受到激活后就能引导巨噬细胞启动一系列的信号传递通路。
专题二 常见的细胞信号转导通路
结构域是“假”激酶区、
JH6和JH7是受体结合区域
JAK-STAT信号通路
转录因子STAT
• 信号转导子和转录激活子（signal transducer and
activator of transcription）。 • 自第一1991年个STAT蛋白Stat1被纯化出来以后，目 前已发现STAT家族的七个成员，即STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b, STAT6，含有734 851个氨基酸不等，分子量约为84-113KD。 • 所有STAT蛋白分子由7个不同的功能结构域组成：N端保守序列、螺旋结构域、DNA结合区、连接区域、 SH3结构域、SH2结构域、C-端的转录激活区。
IKK复合物的激酶
• TAK1（TGFβ激活性激酶1）、 • NIK（NF-κB诱导激酶）
NF-κB信号通路
TRAFs：TNF受体相关因子
• TRAFs家族成员是一大类胞内接头蛋白，能直接或间接
与多种TNFR和IL-1/TLR受体家族成员结合，连接到多种 下游信号通路的信号因子，包括NF-κB的信号通路，从 而影响细胞的生存、增殖、分化等，并参与多个生物学 过程的调控。 • 在几乎所有NF-κB的信号通路中，都是关键的信号中间 物。 • TRAF蛋白家族 • TRAF蛋白家族一共有7个成员，分别是TRAF1、TRAF2 、TRAF3、TRAF4、TRAF5、TRAF6、TRAF7。
JAK-STAT信号通路
• 受体的二聚化可以是同源的也可以是异源的。在发生 同源受体二聚化时，只有JAK2被激活；相反，由不同 亚基组成的异源受体二聚化，却可以激活多种JAK。 一旦被激活，JAK便磷酸化受体的亚基以及其他底物 。
常见信号通路
JNK生理功能
参与细胞凋亡的调控 细胞存活 肿瘤的形成 机体的发育与分化
（三）p38信号转导通路
p38α：白细胞、肝、脾、骨髓中等高表达
p38β：脑和心脏中高泌器官中高表达
注： p38 α和 p38 β 具有不同的剪接体
重要的几种信号通路介绍
• • • • • • MAPK信号通路 JAK-STAT信号通路 Wnt信号通路 TGF- 信号通路 NF- B信号通路 PI3K-AKT信号通路
MAPK信号通路 丝裂原活化蛋白激酶
MAPK信号级联反应
Stimulus
Growth factors, Mitogen, GPCR Raf, Mos, Tpl2
•
•
3个基因转录产物的选择性剪接产生10个JNK 亚型 (46kDa, 55kDa)；
同一基因编码的46kDa和55kDa亚型无明显的 功能差异 。
JNK信号通路MKK和MKKK
MKK (MAP2Ks) • MKK4 ( SEK1/MEK4/JNKK1/SKK1 )
• 主要激活JNK，但对p38也有活化作用
（二）JNK信号转导通路
• 是已知的应答最多样刺激的细胞信号转 导途径之一 • JNK通过Thr-Pro-Tyr模体的磷酸化被激 活
JNK:
• • • 人的JNK由3个基因 ( jnk1, jnk 2和 jnk3)编码； JNK1和JNK2广泛地在多种组织表达，而 JNK3 主要在脑、心脏与睾丸组织中表达 JNK家族成员间的同源性超过80%；
激活p38途径的物理、化学应激：
• 氧化应激 (巨噬细胞 )
• 低渗压 (HEK293细胞 ) • 紫外线辐射 (PC12细胞 ) • 低氧 (牛肺动脉成纤维细胞 ) • 循环扩张 (肾小球膜细胞 )
细胞生物学总结(复习重点)——8.细胞信号转导
4、细胞通讯：一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。
对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。
包括分泌化学信号（内、旁、自、化学突触）、细胞间接触、和相邻细胞间间隙连接。
5、细胞识别：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。
20、信号分子：生物体内的某些化学分子，如激素、神经递质、生长因子、气体分子等，在细胞间和细胞内传递信息，特称为信号分子。
21、信号通路：细胞接受外界信号，通过一整套的特定机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称为细胞信号通路。
22、受体：一种能够识别和选择性地结合某种配体（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信号转导为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现偶联型受体和酶偶联的受体。
23、第一信使：一般将胞外信号分子称为第一信使。
24、第二信使：细胞表面受体接受胞外信号后最早在胞内产生的信号分子。
细胞内重要的第二信使有：cAMP、cGMP、DAG、IP3等。
第二信使在细胞信号转导中起重要作用，能够激活级联系统中酶的活性以及非酶蛋白的活性，也控制着细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。
10、IP3IP2IP4。
DG通过两种途径终止其信使作用：一是被水解成单脂酰甘油。
13、分子开关：在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必须有正、负两种相辅相成的反馈机制精确调控，也即对每一步反应既要求有激活机制，又必然要求有相应的失活机制，使细胞内一系列信号传递的级联反应能在正、负反馈两个方面得到精确控制的蛋白质分子称为分子开关。
25、G—蛋白：由GTP控制活性的蛋白，当与GTP结合时具有活性，当与GDP结合时没有活性。
既有单体形式（ras蛋白），也有三聚体形式（Gs活Gi抑）。
肿瘤细胞信号转导通路
肿瘤细胞的信号转导通路信号传导通路是将胞外刺激由细胞表面传入细胞内，启动了胞浆中的信号转导通路，通过多种途径将信号传递到胞核内，促进或抑制特定靶基因的表达。
一、MAPK信号通路MAPK信号通路介导细胞外信号到细胞内反应。
丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)主要位于细胞浆，很多生长因子所激活，活化后既可以磷酸化胞浆内的靶蛋白，也能进入细胞核作用于对应的转录因子，调节靶基因的表达。
调节着细胞的生长、分化、分裂、死亡各个阶段的生理活动以及细胞间功能同步化过程，并在细胞恶变和肿瘤侵袭转移过程中起重要作用，阻断MAPK途径是肿瘤侵袭转移的治疗新方向。
MAPK信号转导通路是需要经过多级激酶的级联反应，其中包括3个关键的激酶，即MAPK激酶激酶（MKKK）→MAPK激酶（MKK）→MAPK。
（一）MKKK：包括Raf、Mos、Tpl、SPAK、MUK、MLK和MEKK等，其中Raf又分为A-Raf、B-Raf、Raf-1等亚型；MKKK是一个Ser/Thr蛋白激酶，被MAPKKKK、小G蛋白家族成员Ras、Rho激活后可Ser/Thr磷酸化激活下游激酶MKK。
MKK识别下游MAPK分子中的TXY序列（“Thr-X-Tyr”模序，为MAPK第Ⅷ区存在的三肽序列Thr-Glu-Tyr、Thr-Pro-Tyr或Thr-Gly-Tyr），将该序列中的Thr和Tyr分别磷酸化后激活MAPK。
注：TXY序列是MKK活化JNK的双磷酸化位点，MKK4和MKK7通过磷酸化TXY 序列的第183位苏氨酸残基(Thr183)和第185位酪氨酸残基(Tyr185)激活JNK1。
（二）MKK：包括MEK1-MEK7，主要是MEK1/2；（三）MAPK：MAPK是一类丝氨酸/苏氨酸激酶，是MAPK途径的核心，它至少由4种同功酶组成，包括：细胞外信号调节激酶(Extracellular signal Regulated Kinases，ERK1/2）、C-Jun 氨基末端激酶（JNK）/应激激活蛋白激酶（Stress-activated protein kinase，SAPK）、p38（p38MAPK）、ERK5/BMK1(big MAP kinase1)等MAPK亚族，并根据此将MAPK 信号传导通路分为4条途径。
八大类细胞信号通路
八大类细胞信号通路八大类细胞信号通路是指细胞内外因子通过特定的信号传递机制，调控细胞内各种生物学过程的一种细胞信号通路。
这八大类细胞信号通路包括：细胞外基质信号通路、离子通道信号通路、G蛋白偶联受体信号通路、酪氨酸激酶受体信号通路、细胞内钙信号通路、细胞周期调控通路、细胞凋亡信号通路和细胞核转录因子信号通路。
一、细胞外基质信号通路细胞外基质信号通路是指细胞外基质分子通过与细胞表面受体结合，激活细胞内信号传导分子，最终调控细胞增殖、迁移和分化等生物学过程的通路。
其中，整合素受体信号通路是最重要的一类细胞外基质信号通路，它通过整合素受体激活下游信号分子，参与细胞间相互作用和细胞与基质之间的相互作用。
二、离子通道信号通路离子通道信号通路是指离子通道蛋白介导的离子流动通过调节细胞膜电位和细胞内离子浓度，从而影响细胞的生理功能的通路。
钠通道信号通路、钾通道信号通路和钙离子通道信号通路是离子通道信号通路的三个主要类型。
其中，钠通道信号通路参与了神经传导、心肌收缩等生理过程，钾通道信号通路参与了细胞膜电位的调节，钙离子通道信号通路参与了细胞内钙离子浓度的调节。
三、G蛋白偶联受体信号通路G蛋白偶联受体信号通路是指G蛋白偶联受体激活下游信号分子，最终调控细胞内多种生物学过程的通路。
G蛋白偶联受体通常包括G蛋白偶联受体本身、G蛋白和效应器等组成。
这一信号通路参与了多种细胞功能的调节，如细胞分化、细胞增殖和细胞凋亡等。
四、酪氨酸激酶受体信号通路酪氨酸激酶受体信号通路是指酪氨酸激酶受体激活下游信号分子，最终调控细胞内多种生物学过程的通路。
酪氨酸激酶受体包括单个膜通道的酪氨酸激酶受体和多个膜通道的酪氨酸激酶受体两类。
这一信号通路参与了细胞的增殖、分化和凋亡等生物学过程。
五、细胞内钙信号通路细胞内钙信号通路是指细胞内钙离子浓度的变化通过调控钙结合蛋白和钙离子通道等组分，最终调控细胞内多种生物学过程的通路。
细胞内钙信号通路参与了细胞的分化、增殖、凋亡和细胞骨架的重组等生物学过程。
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八大信号转导通路图示及相关靶点经典抑制剂
信号转导通路仍然是肿瘤研究、心脑血管疾病研究和免疫系统疾病研究的主要方向之一。
该文章描绘了八个经常研究到的信号转导通路，并标出相关靶点的经典抑制剂，以便研究人员能更容易地判断自己所需的抑制剂。
第一细胞凋亡信号转导通路
第二DNA损伤信号转导通路
第三JAK-STAT信号转导通路第四MAPK信号转导通路
第五PI3K信号转导通路
第六受体酪氨酸激酶信号转导通路
第七TGF-beta/SMAD信号转导通路
第八其他信号转导通路和因子对Wnt通路的影响。