多细胞生物生命活动的调节方式——细胞通讯，本文主要内容关键词为：细胞论文,生物论文,生命论文,通讯论文,方式论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在多年的教学中，学生普遍反映“动物生命活动的调节”这部分内容难理解，主要是对神经调节、激素调节和免疫调节的调节方式及调节过程中神经递质、激素、抗体等所发挥的作用模棱两可且极易混淆。教材对此讲述不是很清楚，那么出现混淆就在所难免。事实上，这3种调节方式本来就有很大的相似性或者说共性，即它们有相同或相似的通讯方式。对多细胞生物而言，细胞之间的相互识别、相互反应和相互作用称为细胞通讯。细胞间的通讯方式有直接通讯和间接通讯2种，其生物所涉及的调节多属间接通讯。
一、细胞间的直接通讯
1.细胞间隙连接
细胞间直接通讯的方式之一是细胞间隙连接。这种通讯方式要借助于2个相邻的细胞间存在的特殊结构——连接子[1]。连接子是由两端分别嵌入相邻的细胞而形成的亲水性蛋白质孔道。该孔道允许细胞间自由交换分子质量小于1500 Da的水溶性分子，这就使相邻细胞可共享小分子物质，提高了相邻细胞对外界信号协同反应的速率。
2.分子接触通讯
细胞间直接通讯的另一种方式是膜表面分子接触通讯。每个细胞都有许多化学本质是蛋白质或糖蛋白的表面分子作为细胞的触角分布于膜的外表面，该表面分子可与相邻细胞的膜表面分子特异性地识别、反应并达到功能上的相互协调，这种通讯方式即为膜表面分子接触通讯。如免疫过程中B淋巴细胞和T淋巴细胞间的作用。
二、细胞间的间接通讯
在细胞通讯中，细胞除了直接识别细胞外，也可间接地识别细胞，但这要依赖周围环境中存在的各种信号，并将该信号转变为细胞内某些分子的功能性变化，进而使机体对外界刺激做出相应的反应。细胞所接受的信号可分为物理信号、化学信号和生物学信号等三大类，这其中研究较多的是化学信号。
细胞间主要的间接通讯是化学通讯。该方式不信赖于细胞间的接触，是以化学信号为介质来介导细胞间的通讯，即某一细胞合成一些蛋白质或小分子有机化合物作为化学信号分泌至胞外去调节其他细胞的活动。高中生物学所涉及的调节如神经调节、激素调节和免疫调节都属于这种方式。流程图表示则为：某一细胞→信号分子（合成、分泌、运输）→靶细胞→信号识别→信号（跨膜）传递→产生效应→信号解除。前文所提及的3种调节就属于这种方式，以下就从信号分子、受体、信号传递途径及信号终止4个方面对间接通讯进行概述。
1.信号分子的类型
一般来说，机体内可产生信号分子的细胞多为内分泌细胞、神经细胞和浆细胞等；根据化学信号的作用对象不同，可将其分为细胞间和细胞内通讯信号分子。
（1）细胞间的信号分子
细胞间最主要的信号分子有激素、神经递质、细胞生长因子以及气体信号分子[2]等4类。此外，淋巴细胞受到抗原刺激后，分泌的抗体及淋巴因子经体液传送到靶细胞引起免疫反应。因此，也将抗体与淋巴因子视为细胞间信息传递的信号分子。
（2）细胞内的信号分子
该类信号分子也称为胞内信使，常见的胞内信使有环腺苷酸、环鸟苷酸、钙离子、肌醇三磷酸及甘油二脂等。
①激素
激素是机体内分泌细胞产生的对靶细胞的代谢过程或生理过程起调控作用的微量物质。激素的调节包括激素与靶细胞膜上特异性受体的结合和转换、激素的失活和排除以及各种激素之间的相互协调或拮抗作用等。该复杂而精致的激素系统可准确而有效地调控细胞生长、分化、繁殖及机体内各种生理过程的稳态和生理周期现象，甚至是某些情绪行为。当机体内某一激素分泌异常时，该激素的平衡就会受到破坏，扰乱了正常的代谢或生理过程并可能出现相应的病症，故医学上可将激素作为一类治疗药物。根据激素的化学结构和调控作用的不同，一般分为含氮激素、类固醇激素和脂肪酸衍生物激素等3类。
②神经递质
神经递质是神经元分泌的可在神经元之间或神经元与效应器细胞之间传递信息的化学物质。信息在神经元与靶细胞间的传递需依靠两者之间形成的特定结构——突触。前一神经元产生的神经递质经突触前膜（即该神经元的细胞膜）释放并作用于突触后膜（即靶细胞的细胞膜）上的受体，引起靶细胞兴奋或抑制。神经递质种类有胆碱类、氨基酸类、单胺类等，但新近研究表明神经肽[2]也具神经递质的许多特征。
神经递质与激素传递信息的差异主要表现在激素要先分泌到血液中，经过长距离传递到靶细胞，然后与靶细胞上的受体结合进而调节其的代谢或生理活动；而神经递质则从突触前膜神经元释放，只作用于突触后膜靶细胞使其兴奋或抑制，即其只在突触间隙内传递信息。据此表明神经递质的释放速度、精确性和专一性在很大程度上取决于细胞间结构的紧密性。
③抗体或淋巴因子
淋巴细胞在受到抗原刺激后，分泌的抗体或淋巴因子经体液运输到靶细胞或特定部位引起特异性免疫反应，因此抗体与淋巴因子也被视为一类信号分子。
④多种因子及气体分子
细胞生长、分裂分化的调控是一个由一系列信号整合而成的复杂系统，参与这一系统的信号分子包括生长因子、细胞因子、生长抑制因子和CO、NO、
等[3]引气体信号分子。现有报道称机体代谢产生的
等废气也具有内源性气体信号分子的作用，这些废气是否属于气体信号分子家族的成员，尚需进一步研究。
2.受体
在细胞通讯中，将作用于细胞的外界物质如激素、神经递质、抗体等称为化学信号或配体；受体则是相对配体而言的，它是指可对配体特异识别并结合的生物活性分子，常见受体是质膜上的蛋白质，但也有非蛋白类的受体如糖脂。
机体内大部分受体都位于细胞膜上，称为膜受体或表面受体。其主要功能是识别外界环境中的活性物质或被相应的信号分子所识别并与之结合形成受体——配体复合物。该复合物也称转录促进因子，即受体与配体的结合就表明外部信号已转变为内部信号，而后内部信号作用于特定的基因调控序列，启动相关基因的转录和表达以产生特定的生物学效应。而少数受体则位于细胞核和细胞溶胶中，称为胞内受体或胞质受体，其主要功能是识别和结合能够穿过质膜的小的脂溶性信号分子并促使相关基因的表达。但位于细胞溶胶中的受体必须先与相应的信号分子结合后，才可进入细胞核中促进特定基因的表达。
3.信号传递的途径
化学信号分为脂溶性和水溶性两大类。水溶性信号分子不进入细胞内，其受体位于细胞膜表面；脂溶性信号分子可通过质膜进入细胞，其受体多位于细胞溶胶或细胞核内。依化学信号的受体位置不同，将信号传递的途径分为膜受体介导和细胞内受体介导两大类信号传递途径。
（1）膜受体介导的信号传递途径
水溶性信号分子如肽类激素、神经递质和细胞因子等均不能进入胞内，其与位于膜表面的受体结合，可以诱导细胞发生一系列化学变化，从而使细胞的代谢或生理功能等发生改变，以更好地适应内外环境的变化，该过程也称之为跨膜信号转导。
质膜表面的受体主要有3种类型：离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体和酶偶联受体。依质膜表面的受体的不同将跨膜信号转导分为3类。
①离子通道偶联受体及信号转导
离子通道偶联受体是指与某些离子的运输相关联的一类受体。一般来说，该受体不仅有配体结合位点，而且其本身就是离子通道的一部分，如Ach受体与Ach结合后可引起
内流，使靶细胞质膜由极化状态变为反极化状态。该类受体多见于可兴奋细胞间的突触传递。而G蛋白偶联受体和酶偶联受体与离子通道偶联受体不同[1，4]，这2类受体将胞外信号跨膜转换为胞内信号后，需要借助于第二信使才可调节靶细胞。
②G蛋白偶联受体及信号转导
G蛋白偶联受体是指GTP结合蛋白与质膜上的某些受体结合而成一种受体类型。其信号转导方式大致为：配体与受体结合激活G蛋白偶联系统并产生第二信使；第二信使又激活了相应的靶蛋白，从而调节细胞活性。常见的第二信使有环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）、钙离子、肌醇三磷酸（
）及二酰甘油（DAG）等。
PKA系统是以cAMP作为第二信使激活蛋白激酶A（PKA）并对信号进行放大，常见类型包括激活型和抑制型。在激活型中，G蛋白偶联受体与信号分子结合后，G蛋白被激活，具活性的G蛋白α亚基与其他2个亚基分离并激活腺苷酸环化酶（AC），产生第二信使cAMP，cAMP则进一步激活PKA，PKA再作用于相应的靶蛋白使细胞产生应答。在抑制型中，G蛋白通过抑制AC使第二信使的产生受阻，进而抑制PKA进行细胞应答的启动（图1）。PKA系统的信号解除则只需cAMP的降解即可。
③酶偶联受体及信号转导
某些细胞表面受体在转换胞外信号时不产生特殊的胞内信号分子，而其本身就具有酶一样的催化活性，即借助于一种兼有受体和酶功能的蛋白质完成了胞外—胞内信号转换，故这类受体称为酶偶联受体。
酶偶联受体信号转导研究最多的是受体酪氨酸蛋白激酶（TPK/Ras）途径。受体酪氨酸激酶位于胞外的部分具受体功能，接受外界信号后发生二聚化，引起胞内酪氨酸激酶区发生自磷酸化而被活化，活化的TPK使胞内蛋白如
和SOS的酪氨酸残基磷酸化，进而激活Ras蛋白，激活的Ras通过诱导靶蛋白Raf的质膜定位，通过其自身磷酸化或激酶催化而激活，然后启动MAP激酶级联反应调节其他蛋白活性（图3）。胰岛素和表皮生长因子的信号转导是典型的受体酪氨酸蛋白激酶途径。除了TPK/Ras途径外，酶偶联受体信号转导还有以cGMP作为第二信使激活蛋白激酶G的转导系统[4，5]。
此外，整联蛋白介导的黏着斑的装配及其信号转导也是一种重要的膜受体介导的信号传递途径。
（2）胞内受体介导的信号传递途径
与水溶性信号分子只能通过膜受体介导的信号传递才能影响细胞质或细胞核的代谢或生理活性不同，大多为亲脂性的甾体类激素则可进入细胞，并和相应的受体形成激素——受体复合物，而后其受体直接进入核内调节相关基因表达，进而使机体对内外界刺激作出相应的反应，此种信号传递则为典型的胞内受体介导的信号传递途径。
4.信号终止
如果细胞持续地接收某种信号刺激就会导致细胞的代谢或生理异常，如代谢的紊乱、连续分裂、细胞癌变等，因此，在接收信号之后细胞必须迅速解除或终止该信号。信号的解除方式一般有以下4种方式：
①信号分子的水解。如cAMP、cGMP、和DAG等信号分子的解除。
②受体钝化。如成纤维细胞的PGE受体、肾上腺素受体等通过磷酸化介导相关反应使其钝化。
③受体含量调节。通过内吞作用，受体缓慢释放到细胞膜上，形成受体再循环。如一些生长激素就是通过这种方式解除信号作用的。
④磷酸酶的作用。蛋白质的磷酸化和去磷酸化是一种可逆的化学反应，蛋白类信号分子通过蛋白激酶使其磷酸化而发挥信号作用，同样底物上的磷酸基团也可通过蛋白磷酸酶去磷酸化而失去信号作用。