細胞膜上的天線與細胞的信息傳遞

我們知道構成生命的基本單元為細胞，細胞的外圍是細胞膜，它由雙層磷脂分子組成，為不透水的薄膜(圖4)。細胞膜將細胞內外隔開，但多細胞生物之細胞與細胞間必須保持密切的連絡，如此才能保證組織細胞之正常運作。因此，細胞膜上有許多特殊的分子，該類分子如同電視機之天線一樣，負責接收外界不同的信息，如生長因子及激素等，我們通常稱這一類的分子為受體(receptor)，受體分子的構造很特別，為長長的蛋白質分子鏈，一端露在細胞外，中間穿過細胞膜，另一端深入細胞內，細胞膜外的那一端專門負責偵測細胞外的信息，偵測完畢後，細胞內的一端則向細胞內部放出生化信息。因此受體接收外界的信息後，將之轉換成細胞內部的調節語言，讓細胞內部知道外在的信息而做出某些特殊的反應，這樣一個將細胞外之信息傳遞至細胞內的過程我們稱為細胞之信息傳遞(signal transduction, 圖5)。

信息傳遞之研究近年來十分熱門，它跨越了傳統的內分泌學、細胞生物學及分子生物學等多個領域，從近年來多位諾貝爾獎得主都為研究信息傳遞之領域就可得知其重要性。

如果我們在實驗室內人工培養細胞，就會發現原來癌細胞與正常細胞在細胞增生方面完全不同。正常細胞在進行數次分裂後，就停止分裂而進行細胞的死亡，但癌細胞卻會毫無止境地持續分裂下去而不發生細胞的死亡；正常細胞在長滿整片培養皿後，細胞間的相互接觸就會使其停止繼續增生(接觸阻止)，但癌細胞則會堆積重疊到其他細胞上並不斷地持續增生(圖6)；正常細胞(血液細胞除外)若沒有附著在玻璃或塑膠等容器上就無法增生，但癌細胞即使沒有任何立足點(或稱附著點)也能增生。很顯然，癌細胞在生長因子的刺激及其信息傳遞的路徑上有別於正常細胞。

那麼，因基因突變所誘發的致癌基因是如何導致細胞異常增生的？研究顯示，致癌基因所形成的致癌蛋白質有許多種方法可以辦到這一點。某一類的致癌蛋白質誘使癌細胞持續不斷地釋放生長因子，所釋放的生長因子又回過頭來刺激本身的細胞，換言之，致癌基因製造的蛋白質鼓動細胞製造自用的生長因子，因此細胞就不需要靠外來的生長因子便能生長，如此一來，通過督促細胞不斷地刺激自身的生長，致癌基因就可以把一般的細胞轉化為癌細胞。通過使負責合成生長因子受體的基因產生突變的方式也可致癌，生長因子受體的異常會使細胞誤以為身處生長因子的汪洋中，其實卻是空空如也，其結果與上面一樣，導致細胞的異常生長(圖7)。有多種方式可使受體異常，例如，負責合成受體的原致癌基因產生突變，使得受體的形狀和構造改變，因而即使沒有遇到生長因子，還一直向細胞內傳遞刺激生長的信息，從而導致細胞的異常增生。

從果蠅到人類其細胞之信息傳遞路徑十分類似

我們知道，地球上有生命的歷史有35億年，多細胞生物有近12億年的歷史，各種不同的生物為了適應環境之變遷，在其生理、行為、繁殖等多方面形成了多樣性。但是，近年來科學家們對細胞內機制，特別是信息傳遞路徑及其調控機制的研究顯示，從果蠅、線蟲到人類卻十分相似(圖8)。因此，這一發現大大地鼓舞了科學家們利用低等的生物來研究複雜的生命現象。