本书系统阐述细胞感知、传递与响应内外信号的分子机制与网络调控原理。全书以“信号识别—胞内转导—功能输出”为主线，分12章全面覆盖核心内容：从经典信号分子与受体、G蛋白系统、第二信使、蛋白质磷酸化修饰，延伸至基因表达调控、细胞间通信、细胞器互作及系统级网络建模等前沿领域。本书特色鲜明，注重基础理论与前沿进展相结合，通过“科学发现史”和“典型案例”板块，将胰岛素、G蛋白偶联受体、生长因子受体等里程碑发现融入知识体系，并引入人工智能、单细胞测序等新方法，突出植物与动物信号系统的比较与整合。

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2003-2007 湖南师范大学 生物技术专业 本科 2008-2013 湖南师范大学 硕博连读生，导师：陈良碧, 栾升教授 2017-2018 加州大学伯克利分校 生物信息与大数据，访问学者2025-至今 教授，湖南大学隆平农学院 2019-2025 教授，湖南大学生物学院 2017-2018 研究员，湖南大学生物学院 2013-2017 副教授，湖南大学生物学院 2025.03-至今 湖南大学隆平农学院执行院长 2024.11-2025.03 湖南大学党委教师工作部部长（兼） 2022.01-2025.03 湖南大学人力资源处处长兼人才工程办公室主任 2021.11-2022.01 湖南大学人力资源处副处长兼人才工程办公室副主任（主持工作） 2019.12-2020.12 湖南大学发展规划办公室（重点建设办公室）副主任（挂职） 2019.04-2021.11 湖南大学生物学院副院长 2018.04-2019.03 湖南大学生物学院院长助理长期从事细胞信号转导的相关分子机理研究，先后主持国家自然科学基金5项，国家重点研发子任务1项，湖南省省重大科技攻关“揭榜挂帅”制项目1项，参编教材《植物学》1本。入选教育部“长江学者奖励计划”特聘教授（2025年），“长江学者奖励计划”青年学者（2017）、中国科协“青年托举人才”计划（2016）；荣获卫志明青年创新奖（2021）、高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）二等奖（2020）、第十一届湖南省青年科技奖（2021）等奖励。担任《细胞信号传导》等核心课程负责人，获得教育部的高等学校科学研究优秀成果奖二等奖。所带研究生在Science Advances等顶级杂志发表高水平文章20多篇。培养的学生获得“全国博士后创新人才支持计划”、“湖南省优青”等多个荣誉，多人在“双一流”建设高校获得副教授等职位。

目录
前言
绪论 1
0.1 细胞信号转导的定义、研究对象与研究范畴 1
0.1.1 细胞信号转导的定义 1
0.1.2 细胞信号转导的研究对象 1
0.1.3 细胞信号转导的研究范畴 2
0.2 细胞信号转导的研究历程 3
0.3 细胞信号转导的研究内容 10
0.3.1 配体和受体的研究 10
0.3.2 第二信使与胞内信号转导方式 10
0.3.3 信号调控的基因表达 11
0.3.4 细胞间通信 11
0.3.5 信号系统与生理调控 11
主要参考文献 12
第1章 细胞间信号 13
1.1 细胞间通信的类型 13
1.1.1 直接接触型 14
1.1.2 直接联系型 15
1.1.3 间接联系型 18
1.2 细胞间通信的物理信号 20
1.2.1 机械力信号 20
1.2.2 光信号 22
1.2.3 温度信号 22
1.3 细胞间通信的化学信号 23
1.3.1 细胞分泌化学信号的种类 23
1.3.2 激素的功能特性 25
1.4 细胞分泌化学信号的结构与功能特性 26
1.4.1 肽类、蛋白质激素及类固醇激素 26
1.4.2 神经递质 31
1.4.3 细胞因子 32
1.4.4 生长因子 32
1.4.5 小分子信号物质 33
1.4.6 经典植物激素 34
1.4.7 植物多肽激素 34
1.5 信号分子的鉴定策略 36
1.5.1 小肽鉴定的限制因素 36
1.5.2 小肽鉴定的主要思路 37
1.6 本章小结 38
复习题 38
主要参考文献 38
第2章 受体类型与结构 41
2.1 受体的发现 41
2.1.1 理念形成 41
2.1.2 理念发展 41
2.1.3 实验验证 42
2.2 受体的特征与分类 43
2.2.1 受体的特征 43
2.2.2 受体的分类 44
2.3 细胞膜受体 44
2.3.1G蛋白偶联受体 44
2.3.2 离子通道受体 47
2.3.3 酶偶联受体 49
2.4 细胞核受体 50
2.4.1 细胞核受体的特征 51
2.4.2 细胞核受体的信号转导过程 52
2.4.3 细胞核受体的生理功能 53
2.5 受体研究方法 53
2.5.1 遗传学筛选 54
2.5.2 蛋白质结构解析 54
2.5.3 蛋白质从头设计 54
2.5.4 亲和层析 55
2.5.5 放射配体标记 55
2.6 前沿展望 55
2.7 本章小结 56
复习题 57
主要参考文献 57
第3章G蛋白偶联受体 58
3.1G蛋白概述：G 蛋白的基本性质、分类和功能 59
3.2 异三聚体G蛋白的结构、激活机制及作用 60
3.2.1 异三聚体G蛋白的结构 60
3.2.2 异三聚体G蛋白的激活机制 62
3.2.3 异三聚体G蛋白在信号转导中的作用 64
3.3 小G蛋白超家族：Rho、Rab、Ras 等小G蛋白的功能及作用 66
3.3.1 小G蛋白的结构与分类 66
3.3.2 小G蛋白的作用机制 67
3.3.3 小G蛋白的生物学功能 68
3.4 动植物G蛋白的异同 70
3.5G蛋白与 GPCR 的研究进展、局限及展望 70
3.5.1 研究进展—GPCR 突变与疾病 70
3.5.2 研究局限 72
3.5.3 研究展望 73
3.6 本章小结 73
复习题 74
主要参考文献 74
第4章 受体蛋白激酶 76
4.1 受体蛋白激酶概述 77
4.1.1 动物受体蛋白激酶 78
4.1.2 植物受体蛋白激酶 81
4.1.3 微生物中与受体蛋白激酶功能等效的信号转导机制 82
4.2 受体蛋白激酶的进化分化与谱系特征 83
4.2.1 动物RPK 的谱系组成与信号特征 84
4.2.2 植物RPK 的谱系组成与信号特征 84
4.3 前沿展望 85
4.3.1 受体蛋白激酶的活性调控机制 85
4.3.2 AlphaFold：结构预测技术的突破 86
4.3.3 深度学习驱动的RPK 功能研究 86
4.4 本章小结 87
复习题 87
主要参考文献 88
第5章 离子通道在细胞信号转导中的功能与调控 89
5.1 离子通道的基本概念 90
5.1.1 离子通道的定义及分类 91
5.1.2 离子通道的结构特征与机制 92
5.1.3 动植物特异性离子通道 93
5.2 离子通道在细胞信号转导中扮演重要角色 94
5.2.1 初始信号的感知 94
5.2.2 第二信使的产生和信号放大 94
5.3 离子通道调控机制与信号整合 96
5.4 离子通道在电信号转导中的作用 97
5.4.1 动物电信号系统 97
5.4.2 植物电信号系统 99
5.5 离子通道与化学信号转导 100
5.5.1 动物中的化学信号解码 100
5.5.2 植物中的化学信号响应 101
5.6 离子通道与环境信号转导 101
5.6.1 机械力信号转导 102
5.6.2 渗透压调节 102
5.6.3 温度敏感 TRP 离子通道的生理作用 103
5.7 离子通道研究的方法学 104
5.7.1 电生理技术：功能检测的核心 104
5.7.2 分子生物学方法：基因层面的机制探究 104
5.7.3 成像技术：揭示时空动态 105
5.7.4 结构生物学方法：解析原子级别的精密结构 105
5.8 前沿展望 105
5.8.1 研究热点 105
5.8.2 技术发展 106
5.8.3 应用前景 106
5.9 本章小结 107
复习题 108
主要参考文献 108
第6章 第二信使系统 110
6.1 第二信使的概述 111
6.1.1 第二信使的定义及特征 112
6.1.2 常见的第二信使 112
6.2 植物中的第二信使 118
6.2.1 环核苷酸 118
6.2.2 其他第二信使 121
6.3 本章小结 122
复习题 123
主要参考文献 123
第7章 基因表达调控 125
7.1 RNA转录调控 125
7.1.1 转录的基本过程 125
7.1.2 转录调控元件与转录因子 126
7.1.3 染色质状态与转录调控 129
7.1.4 应激与转录调控 131
7.2 mRNA的转录后调控 132
7.2.1 mRNA定位与信号转导 132
7.2.2 mRNA翻译与蛋白质合成 134
7.2.3 调节蛋白质翻译的信号通路 137
7.3 mRNA的周转 138
7.3.1 mRNA周转的调节机制 138
7.3.2 mRNA稳定性与调控网络 140
7.3.3 mRNA周转与环境适应 140
7.4 新型非编码 RNA分子与基因表达调控 142
7.4.1 非编码RNA概述 142
7.4.2 非编码RNA在基因表达调控中的作用 143
7.4.3 非编码RNA研究的前沿与挑战 144
7.5 本章小结 145
复习题 146
主要参考文献 146
第8章 蛋白质的可逆磷酸化修饰 148
8.1 蛋白激酶概述 149
8.1.1 蛋白激酶的结构和活性调控 150
8.1.2 蛋白激酶的分类 151
8.2 非典型蛋白激酶在细胞信号转导中的作用 152
8.2.1 非典型蛋白激酶简介 152
8.2.2 aPK的重要成员—PI3K家族 153
8.3 AGC蛋白激酶在细胞信号转导中的作用 155
8.3.1 AGC蛋白激酶简介 155
8.3.2 PDK1的别构调控机制 155
8.3.3 PDK1活化环的自磷酸化 156
8.3.4 PDK1重要的下游底物—Akt 156
viii 细胞信号转导
8.3.5 PI3K-PDK1-Akt信号转导通路的激活过程 156
8.3.6 靶向PI3K-PDK1-Akt信号通路的临床药物简介 158
8.4 CaMK蛋白激酶在细胞信号转导中的作用 159
8.4.1 CDPK的结构和感知Ca2+变化的机制 159
8.4.2 CDPK参与植物胁迫的机制 160
8.5 其他经典蛋白激酶在细胞信号转导中的作用 161
8.5.1 酪氨酸激酶 161
8.5.2 双重特异性蛋白激酶 162
8.5.3 组氨酸激酶 162
8.6 蛋白质的去磷酸化和蛋白磷酸酶 164
8.6.1 PTP的分类 164
8.6.2 非受体型PTP成员SHP2的结构和调控 165
8.6.3 SHP2的主要生物学功能 165
8.6.4 SHP2的小分子抑制剂和联合疗法 166
8.7 蛋白质可逆磷酸化的研究方法 166
8.7.1 蛋白质磷酸化检测的经典方法 166
8.7.2 蛋白质磷酸化定量与组学分析策略 167
8.7.3 单细胞磷酸化组学 168
8.7.4 蛋白质去磷酸化检测的方法 169
8.8 本章小结 170
复习题 171
主要参考文献 171
第9章 细胞-细胞通信 173
9.1 细胞间相互作用 173
9.1.1 细胞连接 173
9.1.2 细胞黏附及其介导的细胞通信 175
9.2 细胞外基质与信号转导相互作用 177
9.2.1 ECM的组成及其功能 178
9.2.2 ECM的信号转导 179
9.2.3 ECM与细胞微环境 179
9.2.4 ECM与免疫微环境间的信号转导 179
9.2.5 ECM与肿瘤微环境间的信号转导 180
9.3 单细胞测序技术驱动下的细胞间通信研究 182
9.3.1 单细胞测序技术概览 183
9.3.2 单细胞测序技术在细胞通信研究中的应用 186
9.3.3 细胞通信研究常用的工具 187
9.3.4 单细胞测序技术在细胞通信研究中面临的挑战与前景 189
9.4 前沿展望 189
9.4.1 新型通信方式 189
9.4.2 新型细胞间通信研究手段 191
9.4.3 新型细胞间通信的潜在临床应用 192
9.5 本章小结 193
复习题 193
主要参考文献 194
第10章 细胞器间的动态互作 196
10.1 细胞器互作的发现及鉴定 196
10.1.1 细胞器互作现象的发现 196
10.1.2 膜接触位点的鉴定及基本功能 197
10.2 细胞器互作的类型 199
10.2.1 与内质网相接触所形成的细胞器互作类型 199
10.2.2 其他细胞器间的膜接触位点 206
10.3 细胞器互作参与的生理和病理过程 209
10.3.1 细胞器互作参与调控的生理功能 209
10.3.2 细胞器互作异常相关疾病 212
10.4 细胞器互作研究中常见的技术 213
10.4.1 互作结构观察相关技术 213
10.4.2 研究互作位点功能的技术 214
10.5 本章小结 215
复习题 216
主要参考文献 216
第11章 信号转导与系统 218
11.1 信号转导与系统生物学理论 218
11.1.1 信号转导网络的形成 218
11.1.2 信号转导网络的特性 220
11.1.3 信号转导网络的动物、植物和微生物差异 222
11.1.4 信号转导网络的系统生物学分析 223
11.1.5 信号转导网络的多尺度模拟和预测 224
11.2 信号转导通路与网络的研究技术与方法 224
11.2.1 数据获取与实验技术 225
11.2.2 动力学模拟与建模 227
11.2.3 统计机器学习与大数据方法 229
11.2.4 信号网络和树建模 233
11.2.5 AI 辅助建模 235
11.3 信号转导网络的研究方向与应用 237
11.3.1 识别关键的信号节点和通路 237
11.3.2 解析信号转导的动力学特征 238
11.3.3 理解信号转导中的反馈与调控机制 238
11.3.4 探索信号通路与疾病的关联 238
11.3.5 设计靶向信号通路的药物 239
11.3.6 前沿展望 239
11.4 本章小结 243
复习题 244
主要参考文献 244
第12章 信号转导的调控与转化 248
12.1 细胞信号调控的原理 248
12.1.1 细胞信号调控的机制 248
12.1.2 细胞信号调控的方式 249
12.1.3 细胞信号调控的选择性与强度 250
12.2 酶的调控 250
12.2.1 人体酶 251
12.2.2 外界入侵酶 251
12.3 膜转运蛋白的调控 252
12.4 离子通道的调控 254
12.4.1 电压门控离子通道的调控 254
12.4.2 配体门控离子通道的调控 255
12.4.3 机械门控离子通道的调控 256
12.4.4 其他离子通道 256
12.5 酶偶联受体的调控 256
12.5.1 受体鸟苷酸环化酶 257
12.5.2 受体丝氨酸/苏氨酸激酶 258
12.5.3 受体酪氨酸激酶 258
12.6G蛋白偶联受体的调控 259
12.7 其他细胞信号的调控 261
12.7.1 核受体 261
12.7.2 细胞骨架蛋白 262
12.7.3 细胞黏附受体 263
12.8 前沿展望 264
12.9 本章小结 264
复习题 265
主要参考文献 265