受體藥理學

1、第一節(jié) 受體的基本概念及特性 一、受體的基本概念 受體是什么？——是指能與藥物發(fā)生特異性結合并產生效應的特殊生物大分子被稱為受體（receptor）。,,為什么要研究受體？是藥物作用的最主要的靶點因此，研究藥物的作用機理，就首先應該對受體有所認識。,受體研究的歷史回顧受體原本只是一個假想的概念， 1933年英國、藥理學家Clark提出了受體占領學說。,盡管受體的概念已形成近百年了，但直到上世紀80年代

2、，通過Ｘ線衍射、受體的分離純化技術、分子克隆技術以及受體結合實驗研究，受體才成為公認的客觀存在的實體。,受體與 結合位點（binding site）受體和結合位點是兩個不同的概念，受體可以被分離純化，但不能分離純化結合位點，這與酶可以分離純化而酶的活性中心不能分離純化的道理是一致的。,激動劑（agonist）——與受體結合后能產生生物效應的配體；配體（ligand）——指對受體具有選擇性結合能力的生物活性物質。拮抗劑（an

3、tagonist）——與受體結合，但不產生相應的生物效應，且可拮抗激動劑作用的配體；部分激動劑（partial agonist）——既有激動作用，又有拮抗作用的配體。,,,二、受體的主要特性1．特異性（specificity） 配體與受體結合的特異性常常用親和力的高低來表示。一般來說，特異性越高，則親和力也越高，反之亦然。 有的配體具有光學異構體，它們與受體的結合也具有立體特異性（stereospecifit

4、y）。 。,,2．飽和性（saturability） 每個細胞或每一定量組織內受體的數目是一定的。因此配體與受體結合的劑量反應曲線應具有可飽和性。,3．可逆性（reversibility）配體與受體的結合應是可逆的，這樣才能保證內源性生物活性物質或藥物持續(xù)發(fā)揮作用。配體與受體復合物不僅可以解離，而且解離釋出的配體不因其與受體的結合與釋放而被代謝或改變，而應是配體原形本身。,,受體這一特性與酶和底物相互作用的結果不同，酶與底物

5、相互作用后的產物是代謝產物，反應式如下：酶與底物的反應E（酶）+ S（底物）= [ES]= [ES]’（過渡態(tài)）→E + 產物配體與受體的反應R（受體）+ L（配體）= [RL] → R + L + 生化或藥理反應,4．高親和力（high affinity）受體與其特異性配體的親和力應相當于內源性配體的生理濃度，放射配體受體結合實驗測出的配體的解離常數KD值一般在nmol·L-1水平。,第二節(jié) 配體與受體

6、作用的若干學說一、受體占領學說（occupation theory）1．受體占領學說的要義1933年Clark從定量角度首次提出了受體占領學說。此學說的要義為：藥物必須占領受體才能發(fā)揮效應，藥物效應與藥物占領受體的數量成正比，其數學表達式為： 式中R代表受體，D代表藥物，RD代表藥物受體復合物，E代表藥理效應，K1和K2分別為結合和解離速率常數。,左式反映了藥物與受體結合率的關系。式中[D]為藥物

7、濃度，KD為平衡時的解離常數，[RT]為受體總濃度。由于只有[RD]才發(fā)揮效應，故藥物效應的相對強弱與[RD]相對結合量成比例，右式中E為藥理效應，Emax代表最大效應。不難發(fā)現，右式與酶催化反應的 Michaelis-Menten方程式相同。,按上式，當藥量[D]=KD時，則E=0.5 Emax，此時藥理效應為最大效應的一半，故KD又可稱為“半效濃度（EC50）”。作用強度與KD值相關，KD值越大則效應相對越低。當藥物濃度充分大時

8、，其效應趨近于Emax。若以藥物的效應E對應于其相應藥物濃度[D]作圖，可以得到圖a的圖型，而以E對應于相應藥物的對數劑量作圖則呈典型的S形量效關系曲線。,根據受體占領學說推導的藥物劑量-反應曲線,1954年Ariens發(fā)現有些低效的激動劑雖有很高濃度，但其最大效應（Em）始終低于高效的生理激動劑的最大效應（Emax）。為此Ariens修改了Clark的學說，提出了內在活性（intrinsic activity）的概念。所謂內在活性是指

9、某化合物（藥物）的最大效應與同系化合物中最大效應之比，以α表示內在活性，則α=Em/Emax，引入上式則為,上式α值恒定在0～1之間。如果α=1，則該藥物為完全激動劑（full agonist）；當α=0時，該藥是完全拮抗劑；0<α<1時，這種藥物則為部分激動劑。歸結Ariens修改后的受體占領學說為：藥物必須占領受體才能發(fā)揮作用，藥物效應取決于藥物與受體之間的親和力和藥物的內在活性。,完全激動劑和部分激動劑的量效曲線的比較

10、,1956年Stephenson發(fā)現受體不一定要全部結合才產生最大效應。他將產生最大效應時仍未與藥物結合的受體稱為空閑受體或“儲備受體”。，同時指出，可能存在一種能與藥物結合但不顯現效應的“緘默受體”（silent receptor）。,二、受體作用的其它學說（一）速率學說（rate theory）1961年，Paton根據一些實驗結果提出了藥物作用的受體速率學說。,（二）誘導契合學說（induced fit theory）

11、Koshland對酶與底物、半抗原與抗體、藥物與受體間的相互作用提出了誘導契合學說。 他認為藥物與受體蛋白結合時，可誘使受體蛋白的空間構象發(fā)生可逆改變，這種變構作用可產生生物效應。此學說從分子水平較好的解釋了配體與受體結合的實際過程。,Karlin和Changeux1967年提出受體的二態(tài)學說（two state theory），但近年已證明變構形態(tài)不止兩種，所以將此學說總稱為變構學說。 變構學說認為受體存在

12、活性狀態(tài)（R*）和非活性狀態(tài)（R），兩者均可與藥物結合，并且活性R*和非活性R之間可以互相轉化。激動劑主要與R*結合，以一定函數關系引起效應，并促進R向R*轉化；拮抗劑則主要與R結合，并促進R*向R轉化；部分激動劑與R*及R均可結合。其關系式為：,,變構學說考慮到了藥物與受體的占位結合以及藥物與受體間相互作用導致的受體活性改變，更接近于實際的藥物與受體反應狀況，近年來借助電子計算機技術已可分析其間關系。,第三節(jié) 受體的分類 藥理學分

13、類——傳統(tǒng)的分類是根據受體占領學說，以藥物的藥理效應和配體受體結合實驗結果為依據。優(yōu)點： （1）能夠較好地解釋藥物的作用及其機理； （2）定量測定激動劑效能； （3）預測機體對藥物的反應。缺點： （1）對各種受體結構方面的共性和特殊性認識不足； （2）不能很好的進行受體的結構與功能的研究。,分子生物學分類：可以將眾多的受體按其結構與功能分成幾個基本類型，很好的進行受體的結構

14、與功能的研究。在本節(jié)里，我們將首先按受體在細胞中的定位，將受體分為膜受體和細胞內受體兩大類，然后根據受體的結構、信號轉導和效應性質將受體及其亞型作較細致的分類。,一、細胞內受體細胞內受體包括類固醇類激素、甲狀腺激素、維生素D3和維甲酸等受體。特點：胞內受體的信號物質都是脂溶性物質，因此能直接穿過細胞膜的磷脂雙分子層，進而與胞核內的受體結合，誘導其發(fā)生變構，識別靶基因，調節(jié)基因表達，調控細胞的生長、發(fā)育和分化。,細胞內受體的結

15、構特點 目前已有數種類固醇激素受體基因被克隆，并據此推斷出受體蛋白的一級結構。所有的類固醇激素受體都屬于一個有共同結構和功能特點的大家族。,二、膜受體膜受體又稱表面受體，不同膜受體在各種不同的組織細胞上分布是不均衡的。 根據膜受體的結構和功能，膜受體可以分為以下幾類：,（一）離子通道型受體此類受體主要存在于神經突觸后膜和肌膜上，可直接操縱離子通道的開和關。當受體與相應配體結合后，導致離子通道開放，

16、促進離子跨膜流動，產生去極化或超極化，故這類受體又稱之為直接配體門控通道型受體。,nAChR是此類受體中研究得較為清楚的一種。它是神經突觸后膜上的一種整合蛋白，負染法電鏡觀察，它呈環(huán)形顆粒狀，外形不對稱，似一朵玫瑰花瓣，其直徑約80-90A°，中心有一個濃染區(qū)，直徑6-7A°。即為受體的離子通道區(qū)。nAChR單體是由4種亞基組成的5聚體（α2βγδ）的鈉離子通道，各亞基分子都在5.5KD左右。,各個亞基共同跨膜結構模

17、型為：一條較長的親水性N-末端結構區(qū)域位于突觸間隙，是乙酰膽堿的結合部位；疏水性肽段組成5個α-螺旋狀的跨膜區(qū)，構成離子通道；較短的親水性C末端結構區(qū)位于胞內側。Ach結合部位在兩個α亞基上，此亞基位于膜外側具有糖基化位點。當Ach與其受體結合后，鈉離子通道開放，導致胞外鈉離子內流，細胞膜去極化，產生肌肉收縮等生物效應。,,根據通道對離子的選擇性，我們可以將離子通道型受體區(qū)分為具有內在陽離子通道的受體和陰離子通道受體兩類前者如nAChR

18、，谷氨酸受體，后者如GABAR和甘氨酸受體等。兩類離子通道的形成可能與各亞基靠近通道出口處的氨基酸組成有關。一般來講，陽離子通道該處的氨基酸多帶有負電荷而陰離子通道則多帶有正電荷。,（二）G蛋白偶聯受體G蛋白偶聯受體是受體中最為重要的一個受體大家族。這類受體種類很多，目前已發(fā)現至少有100多種，且遍布于機體的各個組織器官。,這類受體具有較高的同源性。結構特點：（1）都是由一條約400-600個氨基酸肽鏈組成；（2）形成7個α

19、螺旋的跨膜結構，每個疏水的跨膜區(qū)段由20-25個氨基酸組成，各區(qū)段由胞內外親水性氨基酸組成的環(huán)狀結構相連。（3）N末端位于細胞外，由不到49個氨基酸組成，含有N糖基化位點；C末端位于細胞內，富含絲氨酸和蘇氨酸，可作為磷酸化位點。,G蛋白偶聯受體本身不具有酶的活性，也不直接導致第二信使的生成，必須與G蛋白偶聯后，經G蛋白轉導，才能將信號傳遞到效應器。,G蛋白偶聯型受體示意圖,（三）多肽生長因子受體細胞因子、白細胞介素、干擾素、腫瘤

20、壞死因子、轉化生長因子等是一類對細胞增殖、分化有調控作用的活性多肽，統(tǒng)稱為多肽生長因子。 這類因子對細胞作用均是通過細胞膜上的多肽生長因子受體所介導的。,多肽生長因子受體示意圖,該類受體均由一條肽鏈組成。胞外結構域是由N末端大約500~850個氨基酸組成的親水性配體結合區(qū)，該部分氨基酸序列的變化很大，因而決定了不同配體與受體結合的特異性；跨膜結構域是由20~25個氨基酸組成的疏水性跨膜區(qū)，具有一定的保守性；細胞膜內的結

21、構域約250個氨基酸組成，具有PTK結構及若干個自身磷酸化位點。,第四節(jié) 受體的跨膜信息傳遞 細胞外的信號分子是如何將其攜帶的信息轉入細胞內并產生生物效應，這是生命科學中一個非常重要的研究內容。目前，人們已經知道胞外的信號分子并不直接參與細胞的物質和能量代謝，而是作為信使（第一信使）起著傳遞信息的作用。胞外信號分子的這種作用是通過與細胞膜上（或胞內）的相應受體結合而完成的。,,信號分子與受體結合后，觸發(fā)受體構象改變，使

22、受體被激活，激活的受體再通過胞內信號轉導系統(tǒng)將信號向下傳遞，最終對細胞的生理活動進行調控。大多數細胞外物質是通過細胞表面的膜受體將它們所帶的信息轉入細胞內。,受體識別，信號轉導是跨膜信息傳遞的重要步驟。 位于細胞表面的膜蛋白受體能特異性識別配體并與之結合，被激活的受體將接受到外來信號，再經信號轉導分子的介導，導致細胞內效應器的活性改變，最終引起細胞對外界信號產生反應，此即跨膜信息傳遞過程。在這個過程中，受體本身也參與了信號物質的

23、放大。,,隨著分子生物學技術的發(fā)展，許多膜受體的一級結構得以闡明，并且發(fā)現信號轉導方式依賴一定的受體的分子結構特征。因此，根據受體本身的分子結構及其偶聯的效應體系的不同，可以將受體的跨膜信息傳遞機制大致分為以下幾類。,1．配體與受體結合后改變離子通道的活性 以N-AchR為代表的離子通道型受體屬于此類跨膜信息傳遞方式。 這類受體本身由配體結合部位和離子通道兩部分構成。未與配體結合時，離子通道處于關閉狀態(tài)，當配體與

24、受體發(fā)生特異性結合后，可觸發(fā)受體蛋白構象改變，使離子通道開放，陽離子或陰離子就可經通道內流引起細胞膜的去極化或超極化。,由于這類受體直接操縱離子通道的開和關，改變細胞膜的離子通透性，進而影響細胞的興奮性，因此，它們大都介導快速的信號傳遞，而無需產生其它細胞內信使物質。很多神經遞質或調質都以這種跨膜信息傳遞方式發(fā)揮作用。,2．G蛋白介導的跨膜信號轉導 目前已經發(fā)現的大多數膜受體屬于G蛋白偶聯型受體。 配體與受體結合

25、的位點多是在跨膜螺旋構成的結合袋（pocket）上及N端某些部位。G蛋白結合位點則位于胞內第2，3環(huán)及C端的部位。正是由于G蛋白偶聯受體這種特殊的結構，決定了這類受體一方面可以識別各種外界信息（配體），并與之發(fā)生相互作用。,受體接受外來信息后即可與膜上的G蛋白相偶聯，使其釋放出活性因子，從而對效應器的活性進行調節(jié)。G蛋白偶聯的效應器種類也很多，如腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C、等。 這些效應器活性改變可使胞內第二信使物質cAMP增

26、加或減少，從而產生各種細胞效應。 由此可見，G蛋白偶聯受體-G蛋白-效應器三者組成了一個完整的跨膜信息傳導系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，G蛋白在受體與效應器之間起著信號傳感器的作用。,3．跨膜激酶活性受體 一些細胞膜受體本身具有激酶的活性，當激動劑與受體結合后，不需要G蛋白介導，而是激活受體本身的酶活性，從而產生一系列細胞效應。 目前已證實這一類受體多數為具有酪氨酸活性的受體家族，包括許多多肽激素和生長因子的受體。該

27、類受體與配體結合后，可激活受體胞內區(qū)的酪氨酸激酶，進而對胞漿內的底物蛋白（效應器）的酪氨酸殘基進行磷酸化，從而改變效應器的活性，使胞外信號得以傳入胞內。。,該類受體作用的效應器主要為許多與細胞增生和分化有關的因子，如磷酯酶C1，酪氨酸磷酸酶、磷脂酰-3激酶（PI-3K）、RasGAP、Grb-SOS等，不同的效應器被活化后，可啟動不同的胞內信號通路，將信號從細胞膜到胞漿直到胞核逐步進行傳遞。,,總之，細胞與細胞以及細胞與外界環(huán)境間不斷進