G Protein-Coupled Receptors Essential Methods一书中第二章的第一节：
Second Messenger Assays for GProtein-coupled Receptors: cAMP, Ca2+, Inositol Phosphates, ERK1/2
前言
细胞通过一系列复杂的相互依赖的信号转导途径对环境做出反应。在生物膜上参与信号转导的最大的细胞表面蛋白家族就是G蛋白偶联受体(GPCRs)。GPCRs已经进化到可以识别各种各样的内源性刺激，从脂质、肽、蛋白质和核苷酸到离子和光子。GPCRs将细胞外刺激转导到细胞内环境的主要机制是其与细胞内异三聚体G蛋白的耦合。细胞内偶联蛋白在不同亚细胞定位以及不同细胞类型之间都有不同，因此在产生信号的强度和性质方面有着巨大的多样性。正是这些特征解释了GPCRs作为细胞外化学传感器的突出作用及其作为广泛开发的药物靶点在临床应用中的重要性。关于GPCRs如何工作以及如何进行选择性调控，还有很多需要了解的地方。幸运的是，对GPCR研究的广泛兴趣促进了大量筛选技术的发展。由于在细胞筛选中需要找到可靠的标记来监测细胞过表达的GPCR，第二信使测定法已成为促进GPCR药物开发和了解基本生物学的必要工具。
第二信使将细胞表面受体接收到的信号传递给胞质和细胞核中的目标分子。第二信使也能大大增强信号的强度。GPCR的激活诱导G蛋白α亚基结合的GDP交换为GTP，从而使α亚基与βγ异二聚体解离出来。然后，Gα和Gβγ进一步亚基激活效应分子，包括腺苷酸环化酶(AC)，磷酸二酯酶（PDE），磷脂酶A2
(PLA2)和磷脂酶C (PLC)，从而激活或抑制多种第二信使的产生。大多数GPCR实验检测的第二信使主要有四类：环核苷酸，如环腺苷单磷酸(cAMP)，肌糖醇三磷酸(IP3)，丝裂原激活蛋白激酶(MAPKs)和钙离子。
第二信使是GPCRs激活时启动的信号转导通路的一部分。G蛋白偶联受体与G蛋白，特别是Gα亚基的结合，决定了刺激物在细胞内环境中信号的传导。尽管许多Gα亚基已确定，他们可以分为四个主要的家族，即Gq/ 11，Gi / o，Gs和G12/13，每个家族调控不同信号转导通路中的效应器。GPCR结合Gαq，Gβγ亚基中Gi / o激活PLC-β，其主要功能是水解PIP2产生DAG和IP3。DAG是激活PKC所必需的，而IP3则激活IP3受体，介导细胞内钙的释放。GPCR结合Gαs和Gαi / o分别与激活和抑制AC。AC诱导三磷酸腺苷(ATP)产生cAMP，增加细胞cAMP水平导致PKA活化。
小单体G蛋白Rho的激活提示G12/13偶联；然而，有证据表明Gq/11家族成员也可能激活Rho。因此，除了G12/13家族，第二信使IP3，钙离子和cAMP的检测可以分别对应不同的Gα与GPCRs的耦连。
人们普遍认为许多GPCRs能够与多个G蛋白家族成员结合；因此，筛选特定通路的激活可能导致对受体某一通路的调节产生偏好。因此，从配体筛选的角度来看，它可能与检测受体激活的标记物有关，该标记物是多个信号通路的集合。Gβγ亚基解离，以及PKC和PKA依赖信号通路的激活，可能导致MAPKs的激活，尤其是ERK1/2的磷酸化激活。因此，对受体介导的ERK1/2磷酸化的检测可以对受体功能进行测量，其代表了多种刺激激活信号通路的一个最终的反应。
图2.1 G蛋白偶联引起的主要胞内信号通路。游离Gαs亚基激活ACs，导致细胞内cAMP水平上升，继而激活下游效应器,包括蛋白激酶A (PKA)。另一方面，Gαi亚基抑制AC，cAMP水平下降。Gαq / 11家族激活PLC，水解PIP2，生成甘油二酯(DAG)和IP3。IP3作用于IP3受体，动员细胞内储存的Ca2+。细胞内Ca2+和DAG水平升高可激活蛋白激酶C (PKC)，PKC可激活小G蛋白Ras，从而激活MAPK激酶(MEK)，进而激活细胞外信号调节激酶1和2 (ERK1/2)。βγ异二聚体通过促进许多激酶(如PI3K)和接头分子(如Grb和Sos)的定位和激活，也可以激活ERK1/2。Gαs耦连的依赖PKA和MEK的途径也可以激活ERK1/2。
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