细胞内钙和第二信使

第二信使是细胞内的小分子和离子，它们中继并放大细胞表面接收到的信号。钙离子是其中用途最广的：细胞将胞质钙维持在非常低的水平，并通过受控的爆发式释放来触发从肌肉收缩到分泌等一系列反应。除了钙之外，环磷酸腺苷（cAMP）和三磷酸肌醇等信使将活化受体的信号传递到细胞内部。

Definition

第二信使是细胞内的小分子或离子，其浓度随受体激活而变化，并将信号传递给下游效应物；细胞内钙是一个核心例子，它在静息时保持在较低的胞质水平，并被动员以触发细胞反应。

Scope

本条目涵盖了第二信使的概念、细胞内钙的来源和处理（通过质膜进入和从内部储存释放）、产生三磷酸肌醇和二酰甘油的肌醇磷脂途径，以及环核苷酸等其他信使。它将第二信使信号传导作为细胞生物学中的参考主题，并非临床指南。

Core questions

• 为什么细胞在静息时将胞质钙维持在如此低的水平？
• 信号钙从何而来，又是如何释放的？
• 三磷酸肌醇如何将表面受体与钙释放联系起来？
• 钙和其他第二信使信号如何在空间和时间上形成？

Key concepts

• 第二信使概念
• 低静息胞质钙
• 钙通过质膜进入
• 钙从内部储存释放
• 三磷酸肌醇和二酰甘油
• 环核苷酸（cAMP，cGMP）
• 钙信号的时空模式

Key theories

三磷酸肌醇（IP3）信号通路

受体激活磷脂酶C将膜磷脂裂解为IP3和二酰甘油；IP3扩散到内质网并打开钙释放通道，将表面信号与胞质钙升高联系起来。

Mechanisms

细胞通过泵和交换器将胞质钙维持在远低于细胞外和储存水平的浓度，从而形成一个陡峭的梯度，可用于信号传导。当刺激到来时，钙通过质膜通道进入或从内部储存（主要是内质网，在肌肉中是肌浆网）释放。一个主要的释放途径始于受体激活磷脂酶C，该酶将膜磷脂裂解为三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油；IP3打开内质网钙释放通道，而二酰甘油激活蛋白激酶C。由此产生的钙升高与效应蛋白结合以触发反应，并形成瞬时尖峰、波或振荡，其时间和位置编码信息。其他第二信使，特别是不同受体下游产生的环磷酸腺苷和环磷酸鸟苷，并行传递信号。信号通过将钙泵回储存或泵出细胞以及降解环核苷酸来终止，从而重置系统。

Clinical relevance

钙和第二信使信号传导是肌肉收缩、神经递质和激素分泌以及基因表达反应等基本生理过程的基础，因此理解它们对于解释健康和疾病中的许多细胞过程至关重要。本条目描述信号传导机制以供参考，并非诊断或治疗的依据。

History

第二信使概念源于20世纪中期环磷酸腺苷作为激素作用的细胞内中继的发现。随后，钙被认为是近乎普遍的细胞内信号，1980年代和1990年代阐明了肌醇磷脂途径，确定IP3是释放内部储存钙的信使。后来的研究强调了钙信号的时空模式——尖峰、波和振荡——作为编码不同反应的手段。

Key figures

• Michael J. Berridge
• Robin F. Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-irvine-1993

Frequently asked questions

什么是第二信使？

第二信使是细胞内的小分子或离子，例如钙、环磷酸腺苷或三磷酸肌醇，其水平在受体激活后发生变化，并将信号进一步传递给细胞内的效应物。

为什么细胞将胞质钙维持在如此低的水平？

将静息胞质钙维持在非常低的水平，会在细胞外空间和内部储存之间形成一个陡峭的梯度，这样打开钙通道就能产生快速、急剧的升高，从而作为精确的信号。