(四) 细胞内的第二信使
第二信使是指受体被激活后在细胞内产生的介导信号转导通路的活性物质。已经发现的第二信使有许多种，其最重要的有：
1 cAMP cAMP是最早确定的第二信使，在1958年被E WSutherland发现，与糖原的生理作用有关。它是细胞膜的腺苷酸环化酶作用ATP后的产物。可以被细胞内的cAMP磷酸二酯酶水解生成5’-AMP。通常cAMP的细胞内浓度为10-6M以下。它的作用是激活依赖cAMP的蛋白质磷酸化酶(PKA)。
组成PKA的有催化亚基(C亚基)和调节亚基(R亚基)两种亚基。通常它以两个C亚基和两个R亚基形成四聚体方式存在。这样的全酶是没有活性的。当每个R亚基与2个cAMP结合后，2个具有激酶活性的C亚基就作为单体解离出来。这样的C亚基可以将许多底物的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化。据认为，在所有的真核细胞中都有PKA，而且C亚基的底物看来也不象有种属和细胞专一性。那么，各种细胞特有的cAMP作用是如何实现的呢？这就成为一个难解的谜。现在对此有两点可能的解：（1）PKA有I型和II型两种异构体，它们的差别在于R亚基有所不同。因为各种各样的R亚基存在于细胞内的不同局部区域，所以解离下来的C亚基就能够使不同的底物被磷酸化；（2）针对造成cAMP浓度变化的刺激，细胞会作出何种应答反应，看来取决于PKA的底物。即，各种细胞内预先存在有种类和数量各不相同的PKA底物，这样，在不同情况下，cAMP的作用有所不同，使得底物下游的各条信号转导通路也不同。
此外还发现，在细胞内cAMP浓度上升时，既会发生细胞增殖停止的情况(主要见于纤维母细胞和造血细胞)，也会发生促进细胞增殖的情况(主要见于上皮细胞和内皮系统的细胞)，可见，情况是很复杂的。
2 钙离子 在处于静止期的细胞内，游离钙离子的浓度是10－8～10－7 M，保持在很低水平。而细胞外的钙离子浓度是10－3 M。这样，在细胞内外钙离子浓度存在有104～105倍的梯度。在信号刺激后，细胞内游离钙离子的浓度上升到10－6 M的水平。造成这种上升的原因是细胞内储存的钙离子被释放，以及细胞外的钙离子流入细胞。只有在细胞膜上的钙通道被打开，或者细胞被激活时，细胞内的钙离子浓度才会瞬时上升。
细胞内的钙离子必须与蛋白质结合才能发挥作用。细胞内有各种各样的能够与钙离子结合的蛋白质，1953年垣内在大部分的非肌肉细胞中发现的钙调蛋白被认为是与钙离子相互作用的主要蛋白质。每一个分子的钙调蛋白可以结合4个钙离子。一旦二者结合，就引起钙调蛋白构象的改变，从而影响钙调蛋白的功能。
钙调蛋白是如何起作用的呢？原来，钙调蛋白的结合蛋白有2类。一个是酶，被钙离子－钙调蛋白复合物激活的酶以依赖钙调蛋白的蛋白质磷酸化酶II(激酶II)和肌球蛋白轻链激酶为代表。另一个是和细胞骨架相关的蛋白质，它们有MAP2和作为 t 因子与微小管结合的调节蛋白，它们在被激酶II活化后，就与钙离子－钙调蛋白复合物直接结合，于是微小管就与肌动蛋白纤维解离。可见，这些蛋白质与细胞骨架的形成与功能有关。说明信号转导可以调节细胞的结构。
3 磷脂质代谢
1953年Hokin夫妇在鸽子胰脏切片中发现，用乙酰胆碱刺激可以促进32P参入磷脂质，说明对化学信号的应答与构成细胞膜成分的磷脂质的代谢有关。以后知道，这些磷脂质是占细胞膜磷脂质不到5％的微量成分，即肌醇磷脂质。于是，把这种响应叫做磷脂酰肌醇(PI)应答(PI应答)。1975年Michell发现细胞应答刺激时都有细胞内游离钙离子浓度上升的现象，于是产生由于PI分解使钙离子由细胞外流入细胞内的见解。
肌醇磷脂主要有三类：磷酸肌醇(PI)，磷酸肌醇－4－磷酸(PIP)和磷酸肌醇-4，5－二磷酸(PIP2)。PIP，PIP2占全部磷脂质的1％不到。通过它们的代谢，在细胞膜附近的信号转导系统中起着重要作用。在接受化学信号后，磷脂酶C(PLC)激活，将PIP2水解，生成二酰甘油(DAG)和肌醇－1，4，5－三磷酸(IP3)。IP3与钙通道上的受体结合，将钙离子储存库中的钙离子释放到细胞质。IP2进一步代谢为IP4(肌醇－1，3，4，5－四磷酸)，它作用于细胞膜，引起细胞外的钙离子流入细胞内，使得钙库中的钙离子浓度维持高水平。
此外，1979年西冢发现PIP2分解产物之一的DAG可以激活依赖钙离子和/或磷脂质的蛋白质磷酸化酶(C激酶，PKC)。C激酶在微量的钙离子介导下，与细胞膜的磷脂酰丝氨酸(PS)结合，形成钙离子－PS－酶三元复合物。DAG结合在这个复合物上就明显地增加了PKC的活性。所以，DAG，cAMP和钙离子三者连续地作为的第二信使而起作用。最近，提出一个在细胞应答时必需维持一定量DG的机制。并提出磷脂酶D作用于磷脂酰胆碱(PC)，生成磷脂酸(PA)的反应通路。作为第二信使的DAG的主要功能是激活PKC，此外，它还被脂酶分解为花生四烯酸(前列腺素，凝血烷等的前体)而游离出来，还可以引起PI专一的磷脂酶C，磷脂酶A2活化，和降低细胞膜流动性等。
PKC至少有7种，而且被PKC磷酸化的底物有细胞膜受体，细胞骨架蛋白，酶，核蛋白质等等。进一步，还发现了强力的致癌剂，如TPA等的受体。说明PKC在调节细胞增殖中起着重要作用。
综上所述， cAMP，钙离子和AG等细胞内的第二信使可以激活各种各样，专一的蛋白质磷酸化酶。它们有的将功能的蛋白质的丝氨酸和和苏氨酸残基磷酸化，有的将底物磷酸化。它们在信号转导通路中起的作用都值得研究。
归纳上面所说的，担负信号转导功能的信号转导系统可以一般化地概括为四个组分：检测器——信号的接受和检出，这是受体的主要任务；效应器——使信号产生最终的效果，比如腺苷酸环化酶或磷脂酶C等可以起到这种作用；转换器——控制着信号的时间和空间。比如G蛋白，它决定了GTP水解的速度，还决定了效应物的被激活时间。其结果不仅使输入的信号被大大地放大了，也起到信号计时器的作用；调谐器——它修饰信号转导通路的成员，如磷酸化；协调多条信号转导通路的相互关系，也是在配体存在的情况下使信号转导通路保持连续畅通的要素。
