信号转导与受体

信号转导是细胞检测外部信号并将其转化为细胞内响应的一系列过程。信号分子与受体结合——在细胞表面或细胞内部——从而启动一系列分子事件，这些事件在细胞响应之前传递、放大和整合信息。受体是这种转化的入口，赋予细胞对特定信号作出反应的特异性。

Definition

信号转导是将由特定受体检测到的细胞外或细胞内刺激，转化为一系列产生细胞响应的细胞内生化事件的过程。

Scope

本条目涵盖主要的受体类别（G蛋白偶联受体、受体酪氨酸激酶和细胞内受体）、传播信号的接力组分（G蛋白、蛋白激酶和磷酸酶以及小GTP酶），以及放大、整合和终止的原理。它将信号转导作为细胞生物学中的一个参考主题，并非临床指导。

Core questions

• 受体如何从分子背景中区分其信号？
• 表面结合事件如何传递到细胞质和细胞核中？
• 信号如何被放大但又保持特异性？
• 信号级联如何被关闭和重置？

Key concepts

• 配体-受体结合与特异性
• G蛋白偶联受体
• 受体酪氨酸激酶
• 细胞内（核）受体
• 蛋白激酶级联
• MAP激酶信号转导
• 信号放大、整合与终止

Key theories

可逆蛋白质磷酸化作为信号开关

蛋白激酶添加磷酸基团，磷酸酶去除磷酸基团，它们作为相反的开关，开启和关闭信号蛋白；这种可逆的共价修饰是传播和调节信号的核心机制。

GTP酶分子开关

异源三聚体和小G蛋白在活性GTP结合状态和非活性GDP结合状态之间循环，其调节因子促进激活或加速GTP水解，从而提供下游信号转导的定时开/关控制。

Mechanisms

信号分子以高特异性结合受体。细胞表面受体分为主要类别：G蛋白偶联受体激活异源三聚体G蛋白，后者充当分子开关；受体酪氨酸激酶二聚化并自磷酸化以招募下游效应器；亲脂性信号穿过细胞膜到达细胞内受体，后者作用于基因表达。在下游，信号主要通过可逆的蛋白质磷酸化传播，其中激酶和磷酸酶开启和关闭靶蛋白，以及通过在GTP和GDP结合状态之间循环的小GTP酶传播。多层级联，如MAP激酶通路，放大和路由信号，同时相同的架构允许整合多个输入。通过内吞作用进行的受体内化将信号转导与运输联系起来，并有助于终止或重定向响应。通过磷酸酶活性、GTP水解和受体下调进行的终止，使系统为下一个信号做好准备。

Clinical relevance

信号转导控制细胞如何响应激素、生长因子和神经递质，信号转导的改变是理解许多疾病过程的核心，这也是受体和信号转导酶被广泛研究作为药物靶点的原因。本条目描述信号转导机制以供参考，并非诊断或治疗的依据。

History

受体概念以及二十世纪中期环磷酸腺苷作为第二信使的发现，确立了表面信号在细胞内部传递的原理。随后的几十年阐明了主要的受体家族、G蛋白和GTP酶开关的作用，以及可逆蛋白质磷酸化的核心地位，其中激酶级联（如MAP激酶通路）成为组织框架。最近的研究将信号转导与膜运输整合，表明内吞作用塑造了信号的持续时间和位置。

Key figures

• Tony Hunter
• Elliott M. Ross
• Mark von Zastrow

Seminal works

• hunter-1995
• ross-wilkie-2000

Frequently asked questions

细胞信号转导中的受体是什么？

受体是一种特异性结合信号分子并在结合后启动细胞内响应的蛋白质；受体可能位于质膜中或细胞内部，具体取决于信号是否能穿过细胞膜。

信号如何在细胞内部放大？

每个被激活的受体可以触发许多下游分子，多层激酶级联和第二信使会倍增效应，因此少量结合事件可以产生大的细胞响应。