2受體藥理學(xué)

1、第二章 受體藥理學(xué),,受體研究的形成和發(fā)展,1878年，Langley在研究阿托品和毛果蕓香堿對貓唾液腺的作用時，提出神經(jīng)末梢或腺細胞中可能存在某種物質(zhì)1905年，Langley研究煙堿與筒箭毒堿對骨骼肌的作用時，提出接受物質(zhì)（receptive substance）的概念1908年，Erhlich提出receptor一詞，“鎖和鑰匙”假說1933年，Clark在研究藥物與蛙心的劑量作用關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)具有結(jié)構(gòu)特異性的藥物，在很小的劑

2、量即可產(chǎn)生生物效應(yīng)，從劑量-效應(yīng)關(guān)系上定量地闡明藥物與受體的相互作用,受體研究的形成和發(fā)展,1948年，Ahlquist提出腎上腺素受體可分為α和β兩種類型的假設(shè)，1955年證實1972年，Sutherland發(fā)現(xiàn)cAMP及其與腎上腺素受體間的關(guān)系，創(chuàng)立第二信使學(xué)說，填補了藥物與受體結(jié)合后產(chǎn)生效應(yīng)之間的空白70年代，確證N型乙酰膽堿受體的存在，而且分離、提純得到Ｎ膽堿受體蛋白,受體的概念,受體receptor是位于細胞膜或細胞內(nèi)能識

3、別相應(yīng)配體（ligand）并與之結(jié)合的一類物質(zhì)?；瘜W(xué)本質(zhì)：蛋白質(zhì)配體：能與受體特異性結(jié)合的物質(zhì)，也稱第一信使，包括神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細胞因子、抗原、某些藥物和毒物等。,,識別和結(jié)合：即通過高親和力的特異過程，識別并結(jié)合與其結(jié)構(gòu)上具有一定互補性的分子傳導(dǎo)信號：受體-配體相互作用可始動級聯(lián)反應(yīng)，將細胞外的信號以另一種形式傳遞到效應(yīng)器產(chǎn)生相應(yīng)的生物效應(yīng),受體的特性（一）,1、高親和力 受體對其配體具有高度親和力，表觀解離常數(shù)

4、KD值通常在nmol/L水平2、特異性： 受體與配體的識別與分子大小、形狀、電荷、空間構(gòu)型、光學(xué)構(gòu)象等均有關(guān)系3、飽和性： 受體的數(shù)量是有限的,受體的特性（二）,4、可逆性： 配體與受體結(jié)合后可被其他特異性配體所置換，因此會產(chǎn)生拮抗作用5、區(qū)域分布性： 受體結(jié)構(gòu)與功能處于動態(tài)變化中，同一受體可廣泛分布于不同組織細胞6、多樣性：同一受體可有多種亞型,受體的特性（三）,7、生物體內(nèi)存在內(nèi)源性配體

5、 神經(jīng)遞質(zhì)、激素、自體活性物質(zhì)等8、可調(diào)節(jié)性：連續(xù)應(yīng)用激動藥：受體下調(diào)，脫敏連續(xù)應(yīng)用結(jié)抗藥：受體上調(diào)，增敏,根據(jù)生理效應(yīng)的不同，腎上腺素能受體可分為：&,α受體,β受體,α1,α2,心臟效應(yīng)細胞血管平滑肌擴瞳肌毛 發(fā)運動平滑肌,激動劑（擬似）,升壓抗休克,拮抗劑（腎上腺素作用的反轉(zhuǎn)adrenaline neversal）,降壓改善微循環(huán),突觸前膜和后膜血管平滑肌血小板、脂肪細胞,降血壓,β1,心臟、腎臟

6、、腦干,強心和抗休克,心率失常高血壓，心絞痛,β2,子宮肌、氣管胃腸道、血管璧,平喘和改善微循環(huán)，可抑制組胺和慢反應(yīng)物質(zhì)的釋放，防止早產(chǎn),β3,脂肪組織,激動時分解脂肪，增加氧耗，減肥和糖尿病,受體理論（一）,1、受體占領(lǐng)學(xué)說1933年，Clark提出：藥物對受體有“親和力”（affinity），并以其親和力和受體結(jié)合后產(chǎn)生效應(yīng)，藥物的效應(yīng)與受體的結(jié)合量成正比1954年，Ariens提出“內(nèi)在活性”（intrinsic acti

7、vity）的概念：藥物在占領(lǐng)受體后，其效應(yīng)大小不僅取決于親和力，還取決于藥物的內(nèi)在活性激動藥：親和力大，內(nèi)在活性大拮抗藥：親和力大，內(nèi)在活性無部分激動藥：介于兩者之間,受體理論（一）,1、受體占領(lǐng)學(xué)說藥物作用的強度與藥物占領(lǐng)受體的數(shù)量成正比。有時藥物無需占領(lǐng)全部受體，而僅需占領(lǐng)部分受體就能產(chǎn)生最大效應(yīng)，此時未被占領(lǐng)的受體稱為儲備受體（spare receptor）拮抗藥必須完全占領(lǐng)儲備受體才能發(fā)揮其最大拮抗作用，因此儲備受體

8、的存在提高了機體對藥物的敏感性,受體理論（二）,2、二態(tài)學(xué)說受體存在兩種狀態(tài)：失活態(tài)（R）和活化態(tài)（R*），二者呈動態(tài)平衡激動藥與R*結(jié)合產(chǎn)生效應(yīng)，并促進R向R*轉(zhuǎn)化拮抗藥與R的親和力高，與激動藥合用時，效應(yīng)取決于激動藥-R*與拮抗藥-R兩種復(fù)合物的相對比例部分激動藥與R和R*均有親和力,受體理論（三）,3、速率學(xué)說1961，Paton：藥物的效應(yīng)還取決于單位時間內(nèi)藥物與受體接觸的總次數(shù)，與藥物占領(lǐng)的受體數(shù)量無關(guān)藥理效應(yīng)的強

9、弱與形成這種結(jié)合物的結(jié)合速率和解離速率成正比激動藥：結(jié)合速率快，解離速率快拮抗藥：結(jié)合速率快，解離速率慢部分激動藥：介于兩者之間,受體理論（四）,4、誘導(dǎo)契合學(xué)說Koshland，當藥物和受體接觸時，誘導(dǎo)受體作用部位的構(gòu)象可逆性改變，影響相鄰部位的酶發(fā)生活性改變或生化反應(yīng)，從而產(chǎn)生藥理效應(yīng)。激動藥：藥物與受體結(jié)合形成新的構(gòu)象， 并且不牢固、易解離拮抗藥：結(jié)合不導(dǎo)致構(gòu)象變化，結(jié)合穩(wěn)定,受體藥物相互作用,藥物是受體的外源性配體，

10、通過化學(xué)鍵結(jié)合，包括離子鍵、氫鍵、范德華力和共價鍵等 1．藥物和受體的結(jié)合和解離可逆 [D]+[R] [DR]→．．．→E2．受體只有2種形式 [RT]=[R]+[DR]3．藥效是作用達平衡時測定的4．藥物效應(yīng)（E）與結(jié)合受體數(shù)（DR）成正比,,受體動力學(xué)參數(shù)（一）,1．解離常數(shù)：KD = [D][R]/[DR]反映D與R的親和力，KD值大則親和力低2．親和力（affinity）：K

11、’=1/KD反應(yīng)藥物與受體結(jié)合的能力3．親和力指數(shù)（pD2）: KD的負對數(shù) pD2=-lg(KD)=lg(1/KD)=lg(K’) KD越小，親和力越大，pD2越大，效應(yīng)越強,受體動力學(xué)參數(shù)（二）,4. 藥物效應(yīng)（E）：與結(jié)合受體數(shù)（DR）成正比，一般由實驗直接求得KD = [D][R]/[DR]，RT=[R]+[DR] [DR]/RT=[D]/(KD+[D])若[D

12、]=0，則E=[DR]=0，無效應(yīng)產(chǎn)生若[D]>>KD，則[DR]＝RT，E＝Emax，即達到最大效應(yīng)若[DR]/RT=50%，即產(chǎn)生50％的最大效應(yīng)（ED50）時，KD =[D]，也就是說， KD是產(chǎn)生ED50時的藥物濃度值,,受體動力學(xué)參數(shù)（三）,5. 效應(yīng)力： 內(nèi)在活性（intrinsic activity，α）藥物與受體結(jié)合后產(chǎn)生效應(yīng)的能力，是同系列藥物效應(yīng)大小之比， 一般用0～1表示。配體化合物的最大

13、效應(yīng)與同系化合物中最大效應(yīng)之比。α越大，效能越大,作用于同一受體的藥物分類,親和力 效應(yīng)力（內(nèi)在活性）完全激動藥 強 強（α= 1）部分激動藥 強 弱（0?α?1）拮抗藥 強 無（α= 0）,激動藥 agonist,1. 激動相應(yīng)受體，既有親和力又有內(nèi)在活性2. 量效曲線（LogD-E）呈S型 不同藥物比較:

14、（1）內(nèi)在活性、效能（ Emax）看曲線高度 （2）親和力強度看位置，靠左為強,激動藥分類,一、直接作用激動藥直接與受體結(jié)合產(chǎn)生效應(yīng)許多激動藥對不同的受體亞型有選擇性按內(nèi)在活性不同，分為：（1）完全激動藥：與受體有親和力，也有很強內(nèi)在活性（α= 1）用藥到一定劑量可以達到與內(nèi)源性配體達到的最大功效的藥物,（2）部分激動藥：與受體有親和力，但內(nèi)在活性弱（α< 1）， Emax<完全激動藥。具有激動劑和拮

15、抗劑的雙重特性單獨存在為弱激動劑，與一定量激動劑同時存在時為拮抗劑可能是由于部分激動藥與受體的結(jié)合不完全合適，不能誘導(dǎo)產(chǎn)生效應(yīng)所需的完全構(gòu)象變化,二、間接作用激動藥可通過多種間接的方式來增強內(nèi)源性配體的激動作用，通常這種藥物通過增加內(nèi)源性配體的水平或者延長內(nèi)源性配體的作用時間間接作用激動藥作用的機制主要有：抑制分解內(nèi)源性配體的酶，如新斯的明刺激神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，如苯丙胺抑制神經(jīng)遞質(zhì)的重攝取，如三環(huán)類抗抑郁藥,一、直接作用拮

16、抗藥能與受體結(jié)合，具有較強親和力而無內(nèi)在活性（α＝0）的藥物，本身不產(chǎn)生作用，但可拮抗激動藥的效應(yīng)有些拮抗藥對受體亞型也有選擇性可分為： （1）競爭性拮抗藥（competitive antagonist） （2）非競爭性拮抗藥（non-competitive antagonist ）,拮抗藥分類（antagonist ）,,（1）競爭性拮抗藥大多數(shù)拮抗藥以非共價鍵與受體結(jié)合，且結(jié)合位點與激動藥重，與激

17、動藥互相競爭與受體結(jié)合，降低激動藥與受體的親和力，而不降低激動藥的內(nèi)在活性。使激動藥的量效曲線平行右移，但最大效應(yīng)不變，增加激動藥的劑量，仍可使最大效應(yīng)保持在不用拮抗藥時的水平（Emax不變）,,（2）非競爭性拮抗藥有些藥物結(jié)合到受體的調(diào)節(jié)位點，使受體蛋白變構(gòu)，因而影響激動藥與受體的結(jié)合，可使激動藥與受體的親和力下降，內(nèi)在活性也降低不僅使激動藥的量效曲線右移，也降低Emax少數(shù)拮抗藥與受體共價結(jié)合，為不可逆拮抗藥，也能產(chǎn)生與非競

18、爭型拮抗藥類似的效應(yīng),二、間接作用拮抗藥通過間接的方式來降低內(nèi)源性激動藥對受體的作用例如利舍平通過抑制囊泡的攝取功能，以致耗盡突觸前神經(jīng)末梢兒茶酚胺遞質(zhì),受體的類型,根據(jù)靶細胞中受體存在部位的不同，一般把受體分為兩類：一、細胞質(zhì)膜受體：水溶性配體難于穿過細胞質(zhì)膜，其受體一般存在于質(zhì)膜，是鑲嵌在細胞質(zhì)膜中的整合蛋白質(zhì)（或稱內(nèi)在蛋白），肽鏈的疏水區(qū)段插入雙層脂質(zhì)中，而親水部分暴露在膜兩側(cè)，結(jié)合配體的結(jié)合位點位于質(zhì)膜外側(cè)的肽鏈部分

19、二、細胞內(nèi)受體：脂溶性配體可以透過靶細胞質(zhì)膜而擴散導(dǎo)細胞漿或細胞核，其受體多存在于細胞漿或細胞核中。,一、細胞質(zhì)膜受體,根據(jù)受體蛋白結(jié)構(gòu)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程、效應(yīng)性質(zhì)等特點，細胞質(zhì)膜受體可分為：通道性受體G蛋白偶聯(lián)受體催化性受體,,,（一）通道性受體（channel-linked receptor）,通道性受體是細胞膜上的跨膜蛋白質(zhì)，受體本身構(gòu)成離子通道，能識別配體并與其特異結(jié)合當配體與受體結(jié)合后，分子構(gòu)象改變，使離子通道打開

20、或關(guān)閉，選擇性的促進或抑制細胞膜內(nèi)外離子的快速流動，產(chǎn)生去極化或超極化，在幾個毫秒內(nèi)引起膜電位變化，從而傳遞信息，產(chǎn)生生物效應(yīng)又稱為離子性受體（ionotropic receptor）、化學(xué)或配體門控離子通道（chemical or ligand gated ion channel）,,離子通道受體家族的分子結(jié)構(gòu)有很多相似的特點：由5個亞基組成的寡聚體，形成一個貫穿脂質(zhì)雙層膜的親水性通道每一個亞基都有4個疏水跨膜α螺旋（

21、M1-M4）在M3和M4之間有一較長的細胞內(nèi)區(qū)，此區(qū)氨基酸序列高度保守5個亞基的M2圍成通道的壁，N末端和C末端都在質(zhì)膜的外側(cè)受體上識別配體并與之結(jié)合的位點，門控著離子通道,,nAChR：煙堿型乙酰膽堿受體GlyR：甘氨酸受體GABAAR：A型r-氨基丁酸受體5-HT3R：3型5-羥色胺受體,EAAR：興奮性氨基酸受體GluR：谷氨酸受體KAR：紅藻氨酸型受體NMDA：N-甲基-D-天冬氨酸,其中：nAChR、EAA

22、R和5-HT3R等離子通道受體，選擇性通過陽離子，傳遞興奮信息；GlyR和GABAAR等離子通道受體，選擇性通過陰離子，傳遞抑制信息,乙酰膽堿受體的三種構(gòu)象,（二）G蛋白偶聯(lián)受體,G protein coupling receptors，GPCRs目前研究最廣泛、深入的受體類型，已通過分子克隆技術(shù)確定了上百種G蛋白耦聯(lián)受體結(jié)構(gòu)G蛋白偶聯(lián)型受體包括多種神經(jīng)遞質(zhì)、肽類激素和趨化因子的受體，在味覺、視覺和嗅覺中接受外源理化因素的受體亦屬

23、G蛋白偶聯(lián)型受體。此型受體與配體結(jié)合后，效應(yīng)時程一般為數(shù)秒到數(shù)分鐘,與通道性受體不同，G蛋白偶聯(lián)受體均是單一的多肽鏈，肽鏈由400－500個氨基酸殘基組成N端位于細胞外表面，C端在胞膜內(nèi)側(cè)整個肽鏈有7個跨膜螺旋區(qū)（transmembrance domain，TMI-TMVII），因此也稱為七次跨膜受體。跨膜區(qū)氨基酸序列呈高度保守，連接跨膜螺旋的有3個細胞外環(huán)（exocellular loop，e1-e3）和3個細胞內(nèi)環(huán)

24、（intracellular loop，i1-i3）,胞外受體表面包括N末端（長度和序列再不同受體變化很大）、細胞外環(huán)及鼓出表面的跨膜區(qū)組成，決定了與配體的結(jié)合，胞內(nèi)受體表面則與G蛋白的激活有關(guān)，TMV-TMVI跨膜區(qū)之間的胞內(nèi)環(huán)i3較長且長度的變化也較大，是與G蛋白相偶聯(lián)的區(qū)域,G蛋白,G蛋白全稱為GTP結(jié)合蛋白或GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，是G蛋白偶聯(lián)型受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的第一個信號傳遞分子，在受體與效應(yīng)蛋白之間起傳遞信息作用G蛋白位

25、于細胞內(nèi)側(cè)，是由α、β和γ三個亞基構(gòu)成的三聚體不同來源的β和γ亞基十分相似，而α亞基結(jié)構(gòu)不同（目前已發(fā)現(xiàn)20多種），形成了不同的G蛋白現(xiàn)在已知的G蛋白有Gs（激活cAMP）、Gi（抑制cAMP）、Go（調(diào)節(jié)Ca2＋通道）、Gq（激活磷脂酶C）、Gk（調(diào)節(jié)K+通道）等,α亞基具有多個活化位點，包括：可與受體結(jié)合并受其活化調(diào)節(jié)的部位與βγ亞基相結(jié)合的部位GDP或GTP結(jié)合部位與下游效應(yīng)分子相互作用的部位等等α亞基還具有GTP酶

26、活性：α亞基結(jié)合GDP時是無活性狀態(tài)，而與GTP結(jié)合時則為有活性狀態(tài)，進而可以作用于效應(yīng)酶。而GTP的水解則又使其返回?zé)o活性狀態(tài)，即G蛋白循環(huán),β和γ亞基亦有數(shù)種，但不及α亞基種類多在細胞內(nèi)，β和γ亞基形成緊密結(jié)合的二聚體，只有在蛋白變性條件下方可解離，因此可以認為它們是功能上的單體βγ亞基的主要作用是與α亞基形成復(fù)合體并定位于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)近年來的研究表明，βγ亞基亦可作用于其下游效應(yīng)分子,G蛋白偶聯(lián)受體作用模式,配體與膜受體結(jié)合，導(dǎo)

27、致受體變構(gòu)變構(gòu)的受體在胞漿側(cè)與G蛋白結(jié)合G蛋白激活：原來結(jié)合在α亞基的GDP被GTP取代，而使α亞基與βγ二聚體分離而表現(xiàn)出活性激活的G蛋白激活或抑制質(zhì)膜上一定的效應(yīng)酶改變了活性的效應(yīng)酶可催化（或抑制）一種小分子物質(zhì)（即胞內(nèi)信使或稱第二信使）的產(chǎn)生或減少第二信使作用與一定的蛋白質(zhì)（效應(yīng)蛋白，多為酶類），并通過后者去引發(fā)特定的生物學(xué)效應(yīng),The G-protein consists of 3 subunits, a, b and

28、 g. b and g are closely associated. Those subunits exist in different types, activating various targetsGDP = guanosine diphosphate,The ligand (an agonist) binds to the receptor (R)The a unit interacts with the receptor

29、,GTP (guanosine triphosphate) replaces GDP,The a and bg units activate enzymesThose enzymes produce second messengers. This amplifies the signal,The agonist leaves the receptorThe GTP is hydrolysed into GDP,The three s

30、ubunits of G-protein re-associate together,（三）催化性受體（catalytic receptor）,催化性受體本身就具有酶的特性配體一般是可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長因子不同的催化性受體具有的酶活性有酪氨酸激酶、鳥苷酸環(huán)化酶、蛋白磷酸酶等,在結(jié)構(gòu)上分為三個區(qū)域：位于質(zhì)膜外的配體結(jié)合域：肽鏈的N端跨膜區(qū)：與G蛋白偶聯(lián)受體和通道性受體多次跨膜不同，催化性受體每條肽

31、鏈只跨膜一次處于胞漿側(cè)的催化域，具有酶的活性，并具有自磷酸化位點,,,作用模式：配體（如表皮生長因子EGF）與受體結(jié)合，引起受體二聚化受體二聚體內(nèi)彼此相互磷酸化胞內(nèi)段酪氨酸殘基，激活受體本身的酪氨酸蛋白激酶活性利用酪氨酸蛋白激酶活性進而影響細胞內(nèi)信息傳遞體系，產(chǎn)生生物效應(yīng)效應(yīng)時程一般為數(shù)小時,二、細胞內(nèi)受體,位于可溶性胞漿或細胞核內(nèi)疏水的配體分子，如類固醇激素、甲狀腺素、視黃酸等脂溶性小分子能透過質(zhì)膜進入胞內(nèi)，與胞漿或核內(nèi)受

32、體特異結(jié)合，調(diào)節(jié)某一特異基因的轉(zhuǎn)錄、表達，從而調(diào)節(jié)靶細胞的代謝這類受體一般都有三個結(jié)構(gòu)域：位于C端的激素結(jié)合位點位于中部富含Cys、具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA或Hsp90結(jié)合位點位于N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域,,,作用模式：在細胞內(nèi)，受體與抑制性蛋白（如Hsp90）結(jié)合形成復(fù)合物，處于非活化狀態(tài)配體（如皮質(zhì)醇等甾體激素）與受體結(jié)合，導(dǎo)致抑制性蛋白從復(fù)合物上解離下來，從而使受體暴露出DNA結(jié)合位點而被激活與靶基因結(jié)合，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄、表達，