细胞间信息传递单细胞生物直接对外界环境的变化作出反应。
高等生物往往是由成亿个细胞所组成的有机体，大多数细胞不与外界直接接触，而且已分化成具有特殊结构与功能的细胞，如此众多的细胞之间必然需要有效的信息联络，对细胞功能进行调控，从而完善地发挥其各自的功能。
彼此协调，相互配合，维持机体的恒稳状态，以适应各种生命活动和生长繁殖的需求。
第一节信息分子与受体凡由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质称为信息分子。
目前已知的信息分子有细胞间的，即第一信使，包括蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰岛素等），氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等），类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等），脂肪酸衍生物（如前列腺素）、一氧化氮等，将信息从某一细胞传递至另一种细胞。
信息分子也有在细胞内的，即第二信使。
细胞间信息物质包括无机离子，如Ca2+；脂类衍生物，如二脂酰甘油（DAG）；糖类衍生物，如三磷酸肌醇（IP3）；核苷酸，如环磷酸腺苷（cAMP）、环磷酸鸟苷（cGMP）；信号蛋白分子，如癌基因产物Ras，底物酶等。
第二信使承担将细胞接受的第一信使信息，转导至细胞内的任务，最终引起相应的生物效应。
这种信息传递途径是多种多样的，归纳起来，其过程一般是：第一信使→受体→第二信使→效应蛋白质（是指细胞内的功能蛋白及调节蛋白）↓↓效应蛋白质-----------→生物学效应一、细胞间信息分子细胞间的信息分子称为第一信使，分泌细胞间信息分子的细胞称为信号分泌细胞，细胞间信息分子作用的细胞（存在该信号的受体细胞）称为靶细胞。
（一）按照传输距离和作用方式，可将细胞间信息分子分为如下4类（图9-1-1）：图9-1-1 细胞间信息分子的种类1．内分泌信号（激素）其分泌部位和靶器官或组织有相当长的距离，因此信息分子须通过血液运送至靶器官，是长距离运输的信息分子。
由特殊分化的内分泌细胞释放，如胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等，此类信息分子的特点是通过血循环到达靶细胞。
大多数对靶细胞的作用时间较长。
2．旁分泌信号（局部化学介质）体内某些细胞能分泌一种或数种化学介质，如生长因子、细胞生长抑素、一氧化氮和前列腺素等。
此类信息分子的特点是不进入血循环，而是通过扩散作用到达附近的靶细胞。
除生长因子外，它们的作用时间较短。
其中在突触间传递信息的物质称为突触分泌信号，由神经元突触前膜释放，突触后膜接受，负责将神经信号由一个神经原传递至另一个神经原或效应细胞，如乙酰胆碱和去甲肾上腺素等，其作用时间较短。
3．自分泌信号：由细胞分泌至细胞间隙，又作用于自身细胞的信息分子，如一些癌基因所表达的蛋白质，可刺激自身细胞增殖。
4．膜附着信号（直接连接）信号分泌细胞产生的信息分子为蛋白质信号，存在于分泌细胞的质膜上，为质膜的成分之一，该信号蛋白与靶细胞的受体直接连接，不通过细胞间液传递。
（二）按照溶解性质和是否进入靶细胞可将细胞间信息分子分为2类：1．脂溶性信息分子脂溶性细胞间信息分子通常为类固醇化合物，容易穿越膜，如各种类固醇激素，它们通常进入细胞与细胞内受体结合。
2．水溶性信息分子水溶性信息分子通常是含N化合物（蛋白质、氨基酸或氨基酸衍生物），如胰岛素、肾上腺素等，很难穿越膜，它们通常与细胞膜受体结合。
二、细胞内信息分子在细胞内传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内信息物质。
前已述及，细胞内信息物质的组成具多样化。
通常将Ca2+、DAG、IP3、cAMP、cGMP等这类在细胞内传递信息的小分子化合物称做第二信使。
细胞内信息物质在传递信号时绝大部分通过酶促级联反应方式进行（图9-1-2）。
它们最终通过改变细胞内有关酶的活性、开启或关闭细胞膜离子通道及细胞核内基因的转录，达到调节细胞代谢和控制细胞生长、繁殖和分化的作用。
所有信息分子在完成信息传递后，必须立即灭活。
通常细胞通过酶促降解、代谢转化或细胞摄取等方式灭活信息分子（详见第十章《生物活性物质的灭活与转化》）。
图9-1-2 信息分子诱发的级联反应三、受体的分类受体是细胞膜上或细胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。
能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称为配体。
细胞间信息分子就是一类最常见的配体。
除此以外，某些药物、维生素和毒物也作为配体而发挥生物学作用。
受体在细胞信息传递过程中起着极为重要的作用。
其中，位于细胞液和细胞核中的受体称为胞内受体，大部分是DNA结合蛋白。
存在于细胞质膜上的受体则称为膜受体，它们绝大部分是镶嵌糖蛋白。
受体按照存在位置分为膜受体和胞内受体（图9-1-3）。
膜受体存在与细胞膜上，胞内受体存在于细胞质或细胞核中。
膜受体有门控离子通道、受体酶与受体偶联酶、蛇形受体（G蛋白偶联受体）。
图9-1-3 受体的种类四、受体作用的特点1．高度的专一性：受体选择性地与特定配体结合，这种选择性是由分子的几何形状决定的。
受体与配体的结合通过反应基团的定位和分子构象的相互契合来实现的(图9-1-4)。
图9-1-4 配体-受体的专一性结合2．高度的亲和力：无论是膜受体还是胞内受体，它们与配体间的亲和力都很强。
体内信息分子的浓度非常低，通过与配体的高亲和力结合及随后的级联瀑布反应产生显著的生物学效应。
3．可饱和性：增加配体浓度，可使受体饱和，此时再增加信息分子的浓度，其生物学效应不再增加。
4．可逆性：受体与配体以非共价键结合，是一种可逆反应。
因此，信息分子的类似物也可与受体结合，这样，信息分子的类似物可能发挥信息传递作用，也可能阻碍信息分子与受体的结合而抑制信息分子的信息传递。
某些药物属于信息分子的类似物。
5．特定的作用模式：受体在细胞内的分布，从数量到种类，均有组织特异性，并出现特定的作用模式，提示某类受体与配体结合后能引起某种特定的生理效应。
第二节细胞膜受体的信息传导途径一、门控离子通道又称配体依赖性离子通道、环状受体。
它们主要受神经递质等信息物质调节。
当神经递质与这类受体结合后，可使离子通道打开或关闭，从而改变膜的通透性。
门控离子通道有2种类型，一类是配体门控离子通道，通道的开放与关闭取决于是否与配体结合；另一类是电位门控离子通道，通道的开放与否取决于膜电位。
门控离子通道受体主要在神经冲动的快速传递中起作用。
下面以突触信号传递为例说明离子通道的作用。
1．Na+-K+ATP酶与神经原膜电位在神经细胞中（其他细胞也如此），Na+-K+ATP酶通过消耗1个ATP将细胞内的3个Na+泵出，2个K+泵入，结果形成细胞膜内侧带负电，膜外侧带正电，膜外高钠，膜内高钾的电化学梯度（图9-2-1）。
图9-2-1 Na+-K+ATP的作用2．乙酰胆碱与神经原膜上的乙酰胆碱受体结合，打开离子通道，消除膜的极化状态（图9-2-2）。
因此，乙酰胆碱受体是配体门控离子通道。
图9-2-2 乙酰胆碱的去极化作用3．突触前神经原释放乙酰胆碱使突触后神经原兴奋，即细胞间信息分子（乙酰胆碱）将动作电位从一个细胞传递至另一个细胞（图9-2-3）。
图9-2-3 神经冲动在突触间的传导二、受体酶与受体-偶联酶该类受体具有1个跨膜的α-螺旋区段，因此又称单个跨膜α-螺旋受体。
这类受体有2种类型，一类是具有酶活性的受体（受体酶），受体结合域在膜外侧，酶催化域在膜内侧，因此受体酶又称催化型受体；另一类称做受体-偶联酶，其中受体没有催化活性，但受体的膜内侧偶联一个酶分子。
受体酶与受体-偶联酶与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关。
能与这类受体结合的配体主要有白细胞介素等细胞因子、生长因子和胰岛素等。
（一）受体酶：酪氨酸蛋白激酶的信号传递途径酪氨酸蛋白激酶（TPK）受体有多种，如胰岛素受体、表皮生长因子受体、某些原癌基因编码的受体。
图9-2-4显示胰岛素受体与胰岛素的结合激活膜内侧酪氨酸激酶催化域，催化域催化含酪氨酸残基的无活性靶蛋白磷酸化为活性靶蛋白，激活的靶蛋白诱发生物学效应。
胰岛素的主要生理效应是促进合成糖原和脂肪，促进葡萄糖在细胞中的利用，促进脂肪细胞等的分裂增殖等。
图9-2-4 酪氨酸蛋白激酶受体（胰岛素受体）图9-2-4中的靶蛋白称为胰岛素受体底物（IRS），被酪氨酸蛋白激酶催化而被磷酸化，激活的IRS引起磷酸化级联反应，并最终影响基因的转录（图9-2-5）。
图9-2-5 酪氨酸蛋白激酶引起的级联反应注：SH2域（src homology 2 domain）与原癌基因src编码的异常酪氨酸蛋白激酶域同源， Ras蛋白与原癌基因ras所编码的异常单链蛋白质同源，故名。
因此，激活的原癌基因src和ras能表达有持续活性的异常酪氨酸蛋白激酶和Ras蛋白，导致细胞的无限增殖而形成癌症。
被胰岛素受体磷酸化的IRS-1促使另一条通路的磷酸化级联反应，最终导致血糖浓度的降低（图9-2-6）。
图9-2-6 胰岛素的降血糖作用有多种酪氨酸蛋白激酶受体，分别可与胰岛素、表皮生长因子及某些原癌基因erb-B、kit、fms 等编码的生长因子结合。
（二）受体酶：鸟苷酸环化酶的信息传递途径具有鸟苷酸环化酶活性的受体酶有两类，一类是存在于细胞溶胶中的可溶性的受体（胞内受体），如NO受体酶；一类是存在于细胞膜上的受体，如心钠素受体、鸟苷素和内毒素受体（图9-2-7）。
图9-2-7 鸟苷酸环化酶当鸟苷酸环化酶与配体结合，构象改变，催化域被激活并催化生成cGMP（图9-2-8），cGMP引发级联反应，产生相应的生物学效应。
cGMP通过激活蛋白激酶G（PKG），PKG的作用类似于蛋白激酶A(PKA),可引起蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基的磷酸化。
图9-2-8 cGMP的生成一氧化氮可激活平滑肌细胞中的腺苷酸环化酶（胞内受体），使cGMP生成增加，通过激活蛋白激酶G，导致血管平滑肌舒张。
体内的NO是由精氨酸、NADPH、O2经一氧化氮合酶催化生成的（图9-2-9）。
NO是非极性小分子，容易穿过细胞膜，从产生的细胞扩散到临近细胞中，与可溶性的NO 受体（腺苷酸环化酶）结合发挥生理效应。
硝酸甘油等药物在临床上作为血管扩张剂（降压作用）使用是因为它们能自发地产生NO，升高cGMP，实现松弛血管平滑肌，降低血压的作用。
另外，Viagra（万艾可，俗名伟哥）通过抑制cGMP分解酶的作用而提高cGMP的浓度，促使阴茎血管舒张而勃起。
图9-2-9 NO的生成凡能作用于腺苷酸环化酶的配体，如心钠素、鸟苷素、内毒素、NO及产生NO的物质都能升高cGMP的浓度，因此都有一定的降压作用。
(三)受体-偶联酶：这类受体分子缺乏蛋白激酶活性，但是这类受体关联具有激酶活性的偶联酶，这些酶称为连接蛋白。
通过具有激酶活性的连接蛋白（偶联酶），对它的底物进行磷酸化修饰而发生级联反应，一般通过调节基因的转录而产生生物学效应。
受体-偶联酶的配体是诸如生长激素、干扰素、红细胞生成素、粒细胞集落刺激因子、一部分生长因子、大部分细胞因子等。