背景簡(jiǎn)介
信號(hào)通路（Signal Pathway）是細(xì)胞感知并響應(yīng)外部刺激的生物化學(xué)過(guò)程。當(dāng)細(xì)胞需要響應(yīng)特定的環(huán)境變化時(shí)，會(huì)接收來(lái)自細(xì)胞外的信號(hào)，這些信號(hào)隨后被傳遞至細(xì)胞內(nèi)部，引導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。
信號(hào)通路具體指的是一系列由酶催化的反應(yīng)，它們負(fù)責(zé)將細(xì)胞外的信號(hào)分子（如激素、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)以及其他小分子化合物，統(tǒng)稱為配體，Ligand）傳遞至細(xì)胞內(nèi)，并觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的效應(yīng)。這些信號(hào)分子在細(xì)胞膜上與特定受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳遞機(jī)制，從而引發(fā)細(xì)胞的特定生物學(xué)反應(yīng)。信號(hào)通路的發(fā)現(xiàn)和理解對(duì)于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究具有重要意義，因?yàn)樗鼈冊(cè)诩?xì)胞通訊和細(xì)胞行為調(diào)節(jié)中扮演著核心角色。
構(gòu)成要素
1.配體（Ligand）
這些是能夠與細(xì)胞表面的受體或細(xì)胞內(nèi)的受體結(jié)合的分子，包括激素、局部介質(zhì)（如生長(zhǎng)因子、一氧化氮NO）、神經(jīng)遞質(zhì)以及其他小分子化合物等。配體與受體的結(jié)合是信號(hào)傳遞過(guò)程的起點(diǎn)。
2.受體（Receptor）
受體是能夠識(shí)別并結(jié)合配體的分子，它們根據(jù)所在位置分為兩大類：
1）細(xì)胞內(nèi)受體：識(shí)別小的脂溶性分子信號(hào)，如某些激素，它們通常位于細(xì)胞基質(zhì)或核基質(zhì)中。
2）細(xì)胞表面受體：識(shí)別和結(jié)合親水性分子，根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制和受體蛋白類型，可進(jìn)一步細(xì)分為：離子通道偶聯(lián)受體（如NMDA（N-methyl-D-aspartic acid receptor）受體）、G蛋白偶聯(lián)受體（如大多數(shù)神經(jīng)遞質(zhì)受體）以及酶連受體（如受體酪氨酸激酶）。
3.蛋白激酶（Kinase）
這類酶負(fù)責(zé)將磷酸團(tuán)從ATP轉(zhuǎn)移到特定蛋白質(zhì)的氨基酸殘基上，從而激活或抑制這些蛋白質(zhì)的功能。蛋白激酶在信號(hào)通路中起到放大信號(hào)和調(diào)控下游效應(yīng)分子的作用。
4.轉(zhuǎn)錄因子（Transcription Factors）
這些是能夠調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)。在信號(hào)傳遞的最終階段，許多細(xì)胞反應(yīng)涉及到基因表達(dá)的改變，轉(zhuǎn)錄因子作為信號(hào)通路的效應(yīng)器，負(fù)責(zé)將信號(hào)傳遞到基因表達(dá)層面。
5.信號(hào)傳遞過(guò)程中的三個(gè)主要信使
第一信使（配體）：這是信號(hào)傳遞過(guò)程的起始分子，如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子等。它們與細(xì)胞表面或細(xì)胞內(nèi)的受體結(jié)合，觸發(fā)細(xì)胞的響應(yīng)。
第二信使：當(dāng)?shù)谝恍攀古c受體結(jié)合后，會(huì)激活胞內(nèi)的信號(hào)分子，這些分子被稱為第二信使。它們是小分子物質(zhì)，如環(huán)磷腺苷酸（cAMP）、環(huán)磷鳥(niǎo)苷酸（cGMP）、鈣離子（Ca2?）等，負(fù)責(zé)將信號(hào)從細(xì)胞外傳遞到細(xì)胞內(nèi)，并激活下游的信號(hào)分子，如蛋白激酶。
第三信使（轉(zhuǎn)錄因子）：在信號(hào)傳遞的最后階段，第二信使激活的蛋白激酶會(huì)進(jìn)一步磷酸化轉(zhuǎn)錄因子，這些轉(zhuǎn)錄因子隨后會(huì)移動(dòng)到細(xì)胞核中，與特定的DNA序列結(jié)合，調(diào)節(jié)目標(biāo)基因的表達(dá)。因此，轉(zhuǎn)錄因子有時(shí)被稱為第三信使，因?yàn)樗鼈冎苯訁⑴c了基因表達(dá)的調(diào)控。
常見(jiàn)的信號(hào)通路
1.NF-κB signaling pathway
NF-κB（核因子κB）信號(hào)通路是細(xì)胞內(nèi)一個(gè)關(guān)鍵的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和調(diào)控免疫反應(yīng)至關(guān)重要。
NF-κB 的調(diào)控失常與癌癥、炎癥和自身免疫病、感染性休克、病毒感染以及免疫發(fā)育異常有關(guān)。
2.PI3K/Akt signaling pathway
PI3K-Akt（也稱為PKB）信號(hào)通路是細(xì)胞內(nèi)一條關(guān)鍵的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，它在多種生物學(xué)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，包括細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、代謝和生存。這條信號(hào)通路的激活通常起始于受體酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinases, RTKs）和細(xì)胞因子受體的活化。
3.MAPK signaling pathway
MAPK（絲裂原活化蛋白激酶）信號(hào)通路是細(xì)胞內(nèi)一條關(guān)鍵的信號(hào)傳遞途徑，它在調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、應(yīng)激反應(yīng)以及細(xì)胞死亡等多種生物學(xué)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。
MAPK主要有四個(gè)亞家族，它們參與不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并執(zhí)行不同的生物學(xué)功能：
a.ERK（細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶）：主要調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。
b.p38 MAPK：在細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)，如炎癥和細(xì)胞凋亡中發(fā)揮作用。
c.JNK（c-Jun氨基末端激酶）：同樣在應(yīng)激反應(yīng)，特別是與炎癥和細(xì)胞凋亡相關(guān)的過(guò)程中起作用。
d.ERK5：相對(duì)較新發(fā)現(xiàn)的MAPK亞家族成員，其功能仍在研究中，但已知它參與細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和應(yīng)激反應(yīng)。
4.JAK/STAT signaling pathway
JAK/STAT信號(hào)通路是細(xì)胞內(nèi)一條重要的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，它在調(diào)控免疫應(yīng)答、細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和凋亡等多種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
JAK/STAT信號(hào)通路的三個(gè)主要組成部分包括：
酪氨酸激酶相關(guān)受體：它們是信號(hào)的接收者，能夠識(shí)別并結(jié)合特定的細(xì)胞外信號(hào)分子。
酪氨酸激酶JAK：作為信號(hào)的傳遞者，JAK激酶負(fù)責(zé)對(duì)STAT蛋白進(jìn)行磷酸化，從而激活STAT。
轉(zhuǎn)錄因子STAT：作為信號(hào)的效應(yīng)器，磷酸化的STAT蛋白負(fù)責(zé)調(diào)控基因表達(dá)，產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。
5.TGFβ/SMAD signaling pathway
TGFβ/SMAD信號(hào)通路是細(xì)胞內(nèi)一條關(guān)鍵的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，它在調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、遷移和凋亡等多種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。
6.Wnt/β-catenin signaling pathway
Wnt/β-catenin信號(hào)通路，也稱為經(jīng)典Wnt信號(hào)通路，是細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中的關(guān)鍵途徑之一，對(duì)胚胎發(fā)育、組織再生、細(xì)胞命運(yùn)決定等過(guò)程具有深遠(yuǎn)影響。除了經(jīng)典Wnt/β-catenin通路外，還存在不依賴于β-catenin的非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路，如Wnt/PCP（planar cell polarity）通路和Wnt-Ca2+通路，它們?cè)诩?xì)胞極性、遷移和信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮作用。
7.Notch signaling pathway
Notch信號(hào)通路是一種保守的細(xì)胞間通信機(jī)制，它在多細(xì)胞生物的發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)中扮演著核心角色。
Notch 蛋白橫穿過(guò)細(xì)胞膜，部分在細(xì)胞內(nèi)而部分在細(xì)胞外。配體蛋白結(jié)合到胞外域后誘導(dǎo)蛋白切斷并釋放胞內(nèi)域，胞內(nèi)域進(jìn)而進(jìn)入細(xì)胞膜并調(diào)控基因表達(dá)。
Notch 信號(hào)通路提升了神經(jīng)增殖過(guò)程中的增殖信號(hào)，而其活性被 Numb 所抑制，以促進(jìn)神經(jīng)分化。他在胚胎發(fā)育中起到重要的調(diào)控作用。
8.Hedgehog signaling pathway
Hedgehog（Hh）信號(hào)通路是一種在動(dòng)物發(fā)育中起著核心作用的保守信號(hào)傳導(dǎo)途徑，它影響細(xì)胞的增殖、分化和組織的形態(tài)發(fā)生。
Hh 信號(hào)傳遞受靶細(xì)胞膜上兩種受體 Patched (Ptc) 和 Smoothened (Smo) 的控制。受體 Ptc 由腫瘤抑制基因 Patched 編碼，是由 12 個(gè)跨膜區(qū)的單一肽鏈構(gòu)成，能與配體直接結(jié)合，對(duì) Hh 信號(hào)起負(fù)調(diào)控作用。
受體 Smo 由原癌基因 Smothened 編碼，與 G 蛋白偶聯(lián)受體同源，由 7 個(gè)跨膜區(qū)的單一肽鏈構(gòu)成，N 端位于細(xì)胞外，C 端位于細(xì)胞內(nèi)，跨膜區(qū)氨基酸序列高度保守，C 末端的絲氨酸與蘇氨酸殘基為磷酸化部位，蛋白激酶催化時(shí)結(jié)合磷酸基團(tuán)。該蛋白家族成員只有當(dāng)維持全長(zhǎng)時(shí)才有轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的功能，啟動(dòng)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。
這些信號(hào)通路在細(xì)胞的生理和病理過(guò)程中扮演著重要角色，研究它們的機(jī)制有助于理解許多疾病的發(fā)生發(fā)展，為新藥開(kāi)發(fā)、疾病機(jī)制研究提供重要依據(jù)。
信號(hào)通路研究載體工具
在信號(hào)通路研究中，質(zhì)粒是一種廣泛應(yīng)用的重要工具，常用于基因的過(guò)表達(dá)或沉默、信號(hào)通路的激活或抑制等實(shí)驗(yàn)，以探究特定信號(hào)通路的功能和調(diào)控機(jī)制。
吉滿生物自主研發(fā)，基于分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)平臺(tái)，成功制備了一系列Luciferase報(bào)告基因現(xiàn)貨質(zhì)粒，可用于相關(guān)信號(hào)通路研究。吉滿生物現(xiàn)貨質(zhì)粒，價(jià)格低、交付快，專業(yè)、便捷、高效。點(diǎn)擊了解產(chǎn)品
基于螢光素酶報(bào)告基因技術(shù)研究細(xì)胞信號(hào)通路的原理
針對(duì)所研究的細(xì)胞信號(hào)通路，將對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的應(yīng)答元件以多個(gè)串聯(lián)重復(fù)的形式克隆到報(bào)告基因上游（5’-UTR區(qū)），常用載體如pGL6-TA。用構(gòu)建好的信號(hào)通路報(bào)告基因質(zhì)粒轉(zhuǎn)染入細(xì)胞，當(dāng)細(xì)胞受到刺激激活相應(yīng)的信號(hào)通路時(shí)，螢光素酶的表達(dá)上調(diào)，以此來(lái)證實(shí)某種刺激或化合物是否可以引起該信號(hào)通路的激活。
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客戶引文
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