分子药理学-受体药理学.ppt

1、第二章 受体药理学,受体研究的形成和发展,1878年，Langley在研究阿托品和毛果芸香碱对猫唾液腺的作用时，提出神经末梢或腺细胞中可能存在某种物质 1905年，Langley研究烟碱与筒箭毒碱对骨骼肌的作用时，提出接受物质（receptive substance）的概念 1908年，Erhlich提出receptor一词，“锁和钥匙”假说 1933年，Clark在研究药物与蛙心的剂量作用关系时，发现具有结构特异性的药物，在很小的剂量即可产生生物效应，从剂量-效应关系上定量地阐明药物与受体的相互作用,受体研究的形成和发展,1948年，Ahlquist提出肾上腺素受体可分为和两种类型的假设，1

2、955年证实 1972年，Sutherland发现cAMP及其与肾上腺素受体间的关系，创立第二信使学说，填补了药物与受体结合后产生效应之间的空白 70年代，确证N型乙酰胆碱受体的存在，而且分离、提纯得到胆碱受体蛋白,受体的概念,受体receptor是位于细胞膜或细胞内能识别相应配体（ligand）并与之结合的一类物质。 化学本质：蛋白质 配体：能与受体特异性结合的物质，也称第一信使，包括神经递质、激素、细胞因子、抗原、某些药物和毒物等。,识别和结合：即通过高亲和力的特异过程，识别并结合与其结构上具有一定互补性的分子 传导信号：受体-配体相互作用可始动级联反应，将细胞外的信号以另一种形式传递到效

3、应器 产生相应的生物效应,受体的特性（一）,1、高亲和力 受体对其配体具有高度亲和力，表观解离常数KD值通常在nmol/L水平 2、特异性： 受体与配体的识别与分子大小、形状、电荷、空间构型、光学构象等均有关系 3、饱和性： 受体的数量是有限的,受体的特性（二）,4、可逆性： 配体与受体结合后可被其他特异性配体所置换，因此会产生拮抗作用 5、区域分布性： 受体结构与功能处于动态变化中，同一受体可广泛分布于不同组织细胞 6、多样性： 同一受体可有多种亚型,受体的特性（三）,7、生物体内存在内源性配体 神经递质、激素、自体活性物质等 8、可调节性： 连续应用激动药：受体下调，脱敏 连续应用结抗药：

4、受体上调，增敏,受体理论（一）,1、受体占领学说 1933年，Clark提出：药物对受体有“亲和力”（affinity），并以其亲和力和受体结合后产生效应，药物的效应与受体的结合量成正比 1954年，Ariens提出“内在活性”（intrinsic activity）的概念：药物在占领受体后，其效应大小不仅取决于亲和力，还取决于药物的内在活性 激动药：亲和力大，内在活性大 拮抗药：亲和力大，内在活性无 部分激动药：介于两者之间,受体理论（一）,1、受体占领学说 药物作用的强度与药物占领受体的数量成正比。 有时药物无需占领全部受体，而仅需占领部分受体就能产生最大效应，此时未被占领的受体称为储备受

5、体（spare receptor） 拮抗药必须完全占领储备受体才能发挥其最大拮抗作用，因此储备受体的存在提高了机体对药物的敏感性,受体理论（二）,2、二态学说 受体存在两种状态：失活态（R）和活化态（R*），二者呈动态平衡 激动药与R*结合产生效应，并促进R向R*转化 拮抗药与R的亲和力高，与激动药合用时，效应取决于激动药-R*与拮抗药-R两种复合物的相对比例 部分激动药与R和R*均有亲和力,受体理论（三）,3、速率学说 1961，Paton：药物的效应还取决于单位时间内药物与受体接触的总次数，与药物占领的受体数量无关 药理效应的强弱与形成这种结合物的结合速率和解离速率成正比 激动药：结合速率

6、快，解离速率快 拮抗药：结合速率快，解离速率慢 部分激动药：介于两者之间,受体理论（四）,4、诱导契合学说 Koshland，当药物和受体接触时，诱导受体作用部位的构象可逆性改变，影响相邻部位的酶发生活性改变或生化反应，从而产生药理效应。 激动药：药物与受体结合形成新的构象， 并且不牢固、易解离 拮抗药：结合不导致构象变化，结合稳定,受体药物相互作用,药物是受体的外源性配体，通过化学键结合，包括离子键、氢键、范德华力和共价键等 1药物和受体的结合和解离可逆 D+R DRE 2受体只有2种形式 RT=R+DR 3药效是作用达平衡时测定的 4药物效应（E）与结合受体数（DR）成正比,受体动力学参数

7、（一）,1解离常数：KD = DR/DR 反映D与R的亲和力，KD值大则亲和力低 2亲和力（affinity）：K=1/KD 反应药物与受体结合的能力 3亲和力指数（pD2）: KD的负对数 pD2=-lg(KD)=lg(1/KD)=lg(K) KD越小，亲和力越大，pD2越大，效应越强,受体动力学参数（二）,4. 药物效应（E）：与结合受体数（DR）成正比，一般由实验直接求得 KD = DR/DR，RT=R+DR DR/RT=D/(KD+D) 若D=0，则E=DR=0，无效应产生 若DKD，则DRRT，EEmax，即达到最大效应 若DR/ RT=50%，即产生50的最大效应（ED50）时，K

8、D =D，也就是说， KD是产生ED50时的药物浓度值,受体动力学参数（三）,5. 效应力： 内在活性（intrinsic activity，） 药物与受体结合后产生效应的能力，是同系列药物效应大小之比， 一般用01表示。 越大，效能越大,作用于同一受体的药物分类,亲和力 效应力（内在活性） 完全激动药 强 强（= 1） 部分激动药 强 弱（01） 拮抗药 强 无（= 0）,激动药 agonist,1. 激动相应受体，既有亲和力又有内在活性 2. 量效曲线（LogD-E）呈S型 不同药物比较: （1）内在活性、效能（ Emax）看曲线高度 （2）亲和力强度看位置，靠左为强,激动药分类,一、直接

9、作用激动药 直接与受体结合产生效应 许多激动药对不同的受体亚型有选择性 按内在活性不同，分为： （1）完全激动药：与受体有亲和力，也有很强内在活性（= 1） 用药到一定剂量可以达到与内源性配体达到的最大功效的药物,（2）部分激动药：与受体有亲和力，但内在活性弱（ 1）， Emax完全激动药。 具有激动剂和拮抗剂的双重特性 单独存在为弱激动剂，与一定量激动剂同时存在时为拮抗剂 可能是由于部分激动药与受体的结合不完全合适，不能诱导产生效应所需的完全构象变化,二、间接作用激动药 可通过多种间接的方式来增强内源性配体的激动作用，通常这种药物通过增加内源性配体的水平或者延长内源性配体的作用时间 间接作用

10、激动药作用的机制主要有： 抑制分解内源性配体的酶，如新斯的明 刺激神经递质的释放，如苯丙胺 抑制神经递质的重摄取，如三环类抗抑郁药,一、直接作用拮抗药 能与受体结合，具有较强亲和力而无内在活性（0）的药物，本身不产生作用，但可拮抗激动药的效应 有些拮抗药对受体亚型也有选择性 可分为： （1）竞争性拮抗药（competitive antagonist） （2）非竞争性拮抗药（non-competitive antagonist ）,拮抗药分类（antagonist ）,（1）竞争性拮抗药 大多数拮抗药以非共价键与受体结合，且结合位点与激动药重，与激动药互相竞争与受体结合，降低激动药与受体的亲和力

11、，而不降低激动药的内在活性。 使激动药的量效曲线平行右移，但最大效应不变，增加激动药的剂量，仍可使最大效应保持在不用拮抗药时的水平（Emax不变）,（2）非竞争性拮抗药 有些药物结合到受体的调节位点，使受体蛋白变构，因而影响激动药与受体的结合，可使激动药与受体的亲和力下降，内在活性也降低 不仅使激动药的量效曲线右移，也降低Emax 少数拮抗药与受体共价结合，为不可逆拮抗药，也能产生与非竞争型拮抗药类似的效应,二、间接作用拮抗药 通过间接的方式来降低内源性激动药对受体的作用 例如利舍平通过抑制囊泡的摄取功能，以致耗尽突触前神经末梢儿茶酚胺递质,受体的类型,根据靶细胞中受体存在部位的不同，一般把受

12、体分为两类： 一、细胞质膜受体： 水溶性配体难于穿过细胞质膜，其受体一般存在于质膜，是镶嵌在细胞质膜中的整合蛋白质（或称内在蛋白），肽链的疏水区段插入双层脂质中，而亲水部分暴露在膜两侧，结合配体的结合位点位于质膜外侧的肽链部分 二、细胞内受体： 脂溶性配体可以透过靶细胞质膜而扩散导细胞浆或细胞核，其受体多存在于细胞浆或细胞核中。,一、细胞质膜受体,根据受体蛋白结构、信号转导过程、效应性质等特点，细胞质膜受体可分为： 通道性受体 G蛋白偶联受体 催化性受体,（一）通道性受体（channel-linked receptor）,通道性受体是细胞膜上的跨膜蛋白质，受体本身构成离子通道，能识别配体并与其

13、特异结合 当配体与受体结合后，分子构象改变，使离子通道打开或关闭，选择性的促进或抑制细胞膜内外离子的快速流动，产生去极化或超极化，在几个毫秒内引起膜电位变化，从而传递信息，产生生物效应 又称为离子性受体（ionotropic receptor）、化学或配体门控离子通道（chemical or ligand gated ion channel）,离子通道受体家族的分子结构有很多相似的特点： 由5个亚基组成的寡聚体，形成一个贯穿脂质双层膜的亲水性通道 每一个亚基都有4个疏水跨膜螺旋（M1-M4） 在M3和M4之间有一较长的细胞内区，此区氨基酸序列高度保守 5个亚基的M2围成通道的壁，N末端和C末端

14、都在质膜的外侧 受体上识别配体并与之结合的位点，门控着离子通道,nAChR：烟碱型乙酰胆碱受体 GlyR：甘氨酸受体 GABAAR：A型r-氨基丁酸受体 5-HT3R：3型5-羟色胺受体 EAAR：兴奋性氨基酸受体 GluR：谷氨酸受体 KAR：红藻氨酸型受体 NMDA：N-甲基-D-天冬氨酸,其中： nAChR、EAAR和5-HT3R等离子通道受体，选择性通过阳离子，传递兴奋信息； GlyR和GABAAR等离子通道受体，选择性通过阴离子，传递抑制信息,乙酰胆碱受体的三种构象,（二）G蛋白偶联受体,G protein coupling receptors，GPCRs 目前研究最广泛、深入的受体

15、类型，已通过分子克隆技术确定了上百种G蛋白耦联受体结构 G蛋白偶联型受体包括多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体，在味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属G蛋白偶联型受体。 此型受体与配体结合后，效应时程一般为数秒到数分钟,与通道性受体不同，G蛋白偶联受体均是单一的多肽链，肽链由400500个氨基酸残基组成 N端位于细胞外表面，C端在胞膜内侧 整个肽链有7个跨膜螺旋区（transmembrance domain，TMI-TMVII），因此也称为七次跨膜受体。 跨膜区氨基酸序列呈高度保守，连接跨膜螺旋的有3个细胞外环（exocellular loop，e1-e3）和3个细胞内环（intr

16、acellular loop，i1-i3）,胞外受体表面包括N末端（长度和序列再不同受体变化很大）、细胞外环及鼓出表面的跨膜区组成，决定了与配体的结合， 胞内受体表面则与G蛋白的激活有关，TMV-TMVI跨膜区之间的胞内环i3较长且长度的变化也较大，是与G蛋白相偶联的区域,G蛋白,G蛋白全称为GTP结合蛋白或GTP结合调节蛋白，是G蛋白偶联型受体的信号转导途径中的第一个信号传递分子，在受体与效应蛋白之间起传递信息作用 G蛋白位于细胞内侧，是由、和三个亚基构成的三聚体 不同来源的和亚基十分相似，而亚基结构不同（目前已发现20多种），形成了不同的G蛋白 现在已知的G蛋白有Gs（激活cAMP）、Gi

17、（抑制cAMP）、Go（调节Ca2通道）、Gq（激活磷脂酶C）、Gk（调节K+通道）等,亚基具有多个活化位点，包括： 可与受体结合并受其活化调节的部位 与亚基相结合的部位 GDP或GTP结合部位 与下游效应分子相互作用的部位等等 亚基还具有GTP酶活性：亚基结合GDP时是无活性状态，而与GTP结合时则为有活性状态，进而可以作用于效应酶。而GTP的水解则又使其返回无活性状态，即G蛋白循环,和亚基亦有数种，但不及亚基种类多 在细胞内，和亚基形成紧密结合的二聚体，只有在蛋白变性条件下方可解离，因此可以认为它们是功能上的单体 亚基的主要作用是与亚基形成复合体并定位于质膜内侧 近年来的研究表明，亚基亦可

18、作用于其下游效应分子,G蛋白偶联受体作用模式,配体与膜受体结合，导致受体变构 变构的受体在胞浆侧与G蛋白结合 G蛋白激活：原来结合在亚基的GDP被GTP取代，而使亚基与二聚体分离而表现出活性 激活的G蛋白激活或抑制质膜上一定的效应酶 改变了活性的效应酶可催化（或抑制）一种小分子物质（即胞内信使或称第二信使）的产生或减少 第二信使作用与一定的蛋白质（效应蛋白，多为酶类），并通过后者去引发特定的生物学效应,The G-protein consists of 3 subunits, a, b and g. b and g are closely associated. Those subunits

19、exist in different types, activating various targets GDP = guanosine diphosphate,The ligand (an agonist) binds to the receptor (R) The a unit interacts with the receptor,GTP (guanosine triphosphate) replaces GDP,The a and bg units activate enzymes Those enzymes produce second messengers. This amplifies the signal,The agonist leaves the receptor The GTP is hydrolysed into GDP,The three subunits of G-protein re-associate