研信号转导与疾病医学医药课件

研信号转导与疾病医学医药课件第一页，共62页。病理生理学是研究疾病发生发展规律和机制的科学。第二页，共62页。本课程要回答的问题：何谓细胞信号转导系统

细胞信号转导系统的组成

细胞信号转导的功能

细胞信号转导异常与疾病的关系细胞信号转导研究思路，方法第三页，共62页。神经系统人体的调控系统内分泌系统神经递质神经肽激素、细胞因子、活性肽等有机体的生长、分化、代谢、适应第四页，共62页。

细胞信号

受体生物效应生长分化凋亡代谢功能

细胞信号转导系统模式图细胞信号转导通路第五页，共62页。

各类信号(signals);能接收信号的特定的受体（receptors)；受体后的信号转导通路(signaltransductionpathways)；作用的终端或效应器（effectors)。

细胞的信号转导系统组成：第六页，共62页。第七页，共62页。细胞内有不同受体介导的多种信号转导通路，它们之间具有相互的联系和作用，形成复杂的网络（network)。细胞对特定信号的反应性是细胞信号转导改变的综合结果。细胞信号系统的网络概念第八页，共62页。Theprincipalcomponentsofthisregulatorysystemincludesensorsforexternalsignal(suchasmembranereceptorsandnuclearreceptors),atransmissionandcommunicationmachinery,andintracellulareffectors.

细胞信号系统的组成第九页，共62页。信号发放信号接受和转导(放大－转换－整合－输出)信号的终止细胞信号转导的基本模式第十页，共62页。环境因素机制？细胞生长、分化、凋亡代谢或功能调控障碍肿瘤、心血管病、糖尿病等

遗传因素调控障碍是多种疾病发生的重要机制第十一页，共62页。认识生命过程，揭示细胞代谢、生长、发育、适应、防御、凋亡的调控机制;2.阐明重大疾病，如肿瘤、心血管病、糖尿病、老年性痴呆等的发生发展机制;3.为新药设计提供靶点－信号转导靶向的药物设计。细胞信号转导系统研究的任务和意义：第十二页，共62页。信号转导知识的特点：是生命科学领域中最热的领域之一，发展迅速，知识“爆炸”。多学科交叉综合，内容广泛。研究范围涉及生命科学的所有学科。自学比较困难。第十三页，共62页。第十四页，共62页。ResearchtopicofNobelprize

forphysiology&medicineofpast15years1991

FunctionofsingleionchannelsincellsReversibleproteinphosphorylationasabiologicalregulatorymechanism1993

SplitgenesG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells

1995

GeneticcontrolofearlyembryonicdevelopmentSpecificityofthecellmediatedimmunedefencePrions-anewbiologicalprincipleofinfection

第十五页，共62页。1998NitricoxideasasignallingmoleculeinthecardiovascularsystemProteinshaveintrinsicsignalsthatgoverntheirtransport&localization2000

Signaltransductioninthenervoussystem2001Cellcyclecontrol2002Geneticregulationoforgandevelopment&programmedcelldeathMagneticresonanceimagingOdorantreceptorsandtheorganizationoftheolfactorysystemThebacteriumHelicobacterpylorianditsroleingastritisandpepticulcerdisease第十六页，共62页。本教研室是国内最早进行受体和信号转导研究的单位之一。开设的研究生课程：上世纪80年代中期开始：医学受体学90年代中期开始受体信号转导系统与疾病第十七页，共62页。教学安排：理论课教学

受体、细胞信号转导概述卢建教授跨膜信号转导的病理生理（3次）细胞粘附分子的病理与生理核受体的病理生理小G蛋白的病理生理刁飞讲师细胞增殖分化凋亡调控异常与疾病（2）章卫平教授哺乳动物化学感官受体的分子机制庄寒异教授（上海交通大学医学院）

第十八页，共62页。细胞应激的信号转导李忆东讲师肝癌信号转导的研究王红阳院士信号系统的研究思路、策略与方法卢建教授转基因动物在医学中的应用章卫平教授实验课教学：炎症和应激过程中信号分子的改变与检测1.LPS诱导小鼠体内促炎细胞因子TNF表达的检测。2.转录因子NF-B在细胞内的分布和核转位的检测3.转录因子NF-B转录活性的检测（报告基因检测）第十九页，共62页。第一章

受体和细胞信号转导系统概述一、细胞信号(signals)二、细胞的受体(receptors)(一)细胞膜受体和膜内的信号转导成分/信号转导通路(二)细胞核受体三、信号通路对靶蛋白的调节第二十页，共62页。化学信号的作用通过受体1.可溶性/可扩散性的配体（1）体液因子如激素、神经递质和神经肽、细胞生长因子和细胞因子以及局部化学介质；（2）细胞的代谢产物，如ATP、活性氧等；（3）进入体内的药物、毒物，如细菌毒素等;一、信号(signals)(一)化学信号或配体(ligands)第二十一页，共62页。化学通讯可分为4类：第二十二页，共62页。化学信号的作用方式:(1)内分泌(endocrine)如激素，被细胞分泌后进入血液，通过血液循环送到身体的各个部位起作用。(2)旁分泌(paracrine)被细胞分泌的化学信号分子，如细胞因子，神经递质等能对邻近或周围的靶细胞起作用；

第二十三页，共62页。(3)自分泌(autocrine)

细胞分泌的化学信号分子作用于自身细胞。(4)内在分泌(intracrine)细胞内的化学信号分子通过细胞内受体起作用。

第二十四页，共62页。2.非可溶性的配体/细胞膜或细胞基质中的大分子

(1)细胞外基质成分,如胶原、纤连蛋白等;(2)细胞膜上的生物大分子如细胞粘附分子也以配体和受体的方式起作用。第二十五页，共62页。细胞间隙连接膜表面分子接触通讯化学通讯第二十六页，共62页。Cell-CellTransmembranelinkersorCAMs(celladhesionmolecules)1)Ca2+-dependentCAMscadherins,selectins,integrins2)Ca2+-independentCAMsCellsboth

bindtoandrespondtoCAMsonothercells.第二十七页，共62页。DC,M,BcellMHCAgCD80CD86CD28CD152TCRTcellSignal1Signal2第二十八页，共62页。1.光信号;2.电信号;3.机械信号如磨擦力、压力、牵张力以及血液在血管中流动所产生的切应力等；此外射线、热刺激、细胞容积和渗透压改变等也都能启动细胞内的信号转导。(二)物理刺激或信号第二十九页，共62页。活性氧UV电离辐射缺氧渗透压变化炎症因子冷热机械作用毒物激活细胞的信号转导通路Stress激活的细胞内信号转导通路基因表达改变适应反应（存活）或发生细胞凋亡第三十页，共62页。按信号引起的细胞生物效应分：与细胞增殖有关的信号，如细胞生长因子,某些激素；细胞分化信号，诱导分化的激素等；细胞凋亡信号，如TNFα、FasL；细胞代谢的信号如胰岛素，甲状腺素;细胞功能和应激的信号。第三十一页，共62页。受体(receptor)是能识别(recognition)和特异结合特定的配体，并引起生物效应的蛋白质。多数受体具有信号转导作用。二、受体(一)受体和配体的概念第三十二页，共62页。

配体(ligand)是在结构上与受体具有互补性,能与受体特异结合的物质。（1）激动剂(agonist)：与受体结合后能引起特定生物效应；（2）拮抗剂(antagonist)与受体结合后能阻断特定激动剂的作用。分为竞争性和非竞争性。

第三十三页，共62页。1.按受体的定位分：膜受体和细胞内受体(如核受体）；2.按配体分：激素受体、细胞因子受体3.按结构和作用模式分：

离子通道型受体,

G蛋白偶联受体，PTK型受体，运货受体等。(二)受体的分类第三十四页，共62页。配体不同，编码的基因不同，但结构、信号转导模式相类似的一类受体。如细胞因子受体超家族，核受体超家族等。常用的受体术语：受体超家族(receptorsuperfamily)受体家族(family)和亚族(subfamily)第三十五页，共62页。

细胞因子受体超家族

IL-3R亚族细胞因I类细胞因子受体家族

IL-6R亚族子受体IL-2R亚族超家族GHR亚族

II类细胞因子受体家族IFN受体，IL-10R等

第三十六页，共62页。由不同基因编码，多用于G蛋白偶联受体和离子通道型受体。

1(1A、1B、1D)肾上腺素受体2(2A、

2B、

2C)(AR)(1、2、3)

2.受体的型(type)或亚型(subtype)第三十七页，共62页。同一受体基因产物产生多种isoform(1)转录后不同的剪切(alternativesplicing)；(2)不同的翻译起始点(alternativetranslationinitiationmechanism)受体的isoform还可经不同的翻译后修饰(modification),如磷酸化，乙酰化、泛素化等，从而产生功能有差异的受体。3.受体的同型(isoform)第三十八页，共62页。可逆性(reversibility)非共价键结合；可饱和性(saturability)受体数量有限(一般103-105位点/细胞)；3.高亲和力(highaffinity)解离常数(Kd值)：10-8–10-11mol/L4.特异性(specificity)

(三)受体与配体结合的特征第三十九页，共62页。SaturationplotofwtARandARmutants01234024681012Free3H-R1881(nmol/L)Bound(fmol/10X6cell)wtARTFM7TFM10第四十页，共62页。第二章跨膜信号转导的病理生理第四十一页，共62页。

膜受体(membranereceptors,orcellsurfacereceptors)占受体的绝大多数。基本结构：细胞外区(extracellulardomain)

配体结合区(ligandbindingdomain)

跨膜区(tansmembranedomain)

细胞内区(intracellulardomain)

具有信号转导作用第四十二页，共62页。生物效应

信号转导通路膜受体受体配体第四十三页，共62页。可溶性受体(solublereceptor)

膜受体的胞外区脱落以溶解或循环形式存在于血清和其他体液中，被称为可溶性膜受体。可溶性受体能与膜受体竞争结合配体，从而阻断配体通过膜受体介导的信号转导及作用。膜信号转导配体可溶性受体第四十四页，共62页。信号转导生物效应

某些膜受体通过糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定在膜上，这种受体能结合配体,但单独无信号转导功能。因此被称为诱饵受体(decoyreceptor)。属于这类的如Ⅱ型IL-1受体。GPI膜第四十五页，共62页。一、G蛋白偶联受体超家族(GPCR)激素神经递质趋化因子小分子物质药物毒物主要参与细胞功能代谢的调节GPCR的Ligands:SuperfamilyofGproteincoupledreceptor

第四十六页，共62页。GLEffectorG蛋白偶联受体的基本结构

Signal受体(单亚基，7次跨膜)配体G蛋白第四十七页，共62页。目前已确定GPCR达近100种。在目前世界的药物市场中，有1/3的药物是GPCR的激动剂或者拮抗剂，以其为靶点的药物在医药产业中占据显著地位。

第四十八页，共62页。第四十九页，共62页。（三）G蛋白(guaninenucleotidebindingprotein)组成：由、、三种亚基组成G的作用：能与GTP或GDP结合，具有内在的GTPase活性G的种类：近20种，分为Gs家族、Gi家族、Gq家族、G12家族（二）受体结构:单亚基，7次跨膜第五十页，共62页。GG第五十一页，共62页。GTPγS第五十二页，共62页。G蛋白偶联受体(GPCR)作用模式图

效应分子生物效应GDP

GTP第五十三页，共62页。激活G蛋白GPCR＋配体下游酶G蛋白偶联受体介导的作用方式效应分子第二信使激活蛋白激酶第五十四页，共62页。（四）下游酶和效应器（effectors)：1.腺苷酸环化酶(adeny