細胞生物學/細胞信號轉導通路的整合與調控

細胞間信息傳遞 - 細胞間信息傳遞的方式和途徑 - 細胞的信號轉導及其關鍵分子 - 細胞的主要信號轉導通路 - 細胞信號轉導通路的整合與調控 - 細胞間信息傳遞障礙與疾病
細胞內信號轉導過程是由前後相連的生物化學反應組成的，前一個反應的產物可作為下一個反應的底物或者發動者，通過一系列蛋白質與蛋白質的相互作用，信息可從胞內一個信號分子傳遞到另一個信號分子，每一個信號分子都能夠激起下一個信號分子的產生，直至產生代謝酶被激活、基因表達被啟動和細胞骨架產生變化等細胞生理效應。細胞的信號轉導是多通路、多環節、多層次和高度複雜的可控過程。生理情況下，細胞對所接受信號做出適當的應答取決於細胞對所接收的多種信號的整合及對信號有效性的調控。

不同信號通路的整合

細胞內各種不同的信號通路提供了信號途徑本身的線性特徵，然而這些不同的信號通路之間決不可能是彼此孤立的，細胞需要對多種信號途徑進行整合和精確調控，形成複雜的信號網絡系統，最後做出正確的應答。人們將各個信號通路之間的交互關係稱為「交叉對話」(cross-talk)。不同上游信號共用下游同一底物的行為稱為「收斂」(convergence), 而同一上游信號作用於不同的下游底物則被稱為「發散」(divergence)。交叉對話、收斂和發散等現象的存在保證了細胞具有一定的自我修復和補償能力。
細胞信號系統的網絡化相互作用是細胞生命活動的重大特徵，也是細胞生命活動的基本保障之一。以蛋白激酶為例，通過蛋白激酶的網絡整合信息調控複雜的細胞行為是不同信號通路之間實現「交叉對話」的一種重要方式。事實上，細胞信號網絡的複雜性遠比我們了解的多得多。隨着對信號轉導通路「交叉對話」的研究和信號轉導機制的深入認識，將會對多基因的表達調控、個體發育及疾病的產生和控制產生十分重要的影響。

信號通路的調控

細胞對外界信號做出適度反應既涉及信號的有效刺激和啟動，也依賴於信號通路本身的調節。還有另一個重要的機制，即信號的及時解除和細胞反應的終止。事實上，信號的解除和終止與信號的刺激和啟動對於確保細胞對信號的適度反應來說同等重要。在信號濃度過高或細胞長時間暴露於某一種信號的刺激下，細胞會以不同的機制使受體脫敏，這種現象又稱之為適應(adaptation)。這是細胞解除和終止信號的重要方式。細胞以其對信號敏感性的校正能力來適應刺激強度或刺激時間的變化，細胞對於信號分子的脫敏機制有如下5種方式。
1、細胞通過受體沒收(receptor sequestration)減少細胞表面可利用的受體數量 細胞通過配體依賴性的受體介導的內吞作用(receptor-mediated endocytosis)減少細胞表面可利用的受體數量，以網格蛋白/銜接蛋白包被膜泡的形式攝入細胞，內吞泡脫包被形成無包被的早期胞內體。之後隨着pH發生改變，受體-配體複合物在晚期胞內體解離，受體返回質膜再利用而配體進入溶酶體降解。
這是細胞對多種膚類或其他激素的受體發生脫敏反應的一種基本途徑。有時即使受體未與配體結合，細胞也會通過批量膜流(bulk membrane flow) 將細胞表面受體以較低的速率內化(internalization), 然後循環再利用，從而減少細胞表面的受體數量。
2、細胞表面受體下調(receptor down-regulation)導致細胞對信號敏感性下降 通過受體介導的內吞作用，受體-配體複合物轉移至胞內溶酶體消化降解而不再重新利用，細胞通過表面自由受體數量減少和配體的清除導致細胞對信號敏感性下降。
3、受體失活(receptor inactivation)是細胞使受體快速脫敏的方式 G蛋白耦聯受體激酶使與配體結合的受體磷酸化，通過與胞質抑制蛋白β-arrestin的結合，阻斷與G蛋白的耦聯作用，這是一種快速使受體脫敏的機制。
4、信號蛋白失活(inactivation of signaling protein)無法誘導正常的細胞反應 細胞對信號分子脫敏是通過細胞內信號蛋白本身發生改變，從而使信號級聯反應受阻，不能誘導正常的細胞反應。
5、細胞通過產生抑制性蛋白(inhibitory protein)降低或阻斷信號轉導途徑 配體與受體結合，激活受體後，在信號轉導途徑的下游（如對基因表達的調控）產生抑制性蛋白形成負反饋環，降低或阻斷信號的轉導。