受体学说及其临床意义.ppt

第五节受体学说及其临床意义一 受体的定义及特征 大多数药物必须先与细胞膜上或细胞内的某些特定分子结合 才能发挥效应 这些特定分子被称为受体 receptor 它是构成细胞的物质成份 有的位于细胞膜 有的位于胞浆和细胞核 大多数是某些蛋白质性质的大分子 具有严格的立体专一性 能识别和结合特异分子 配体 的位点 此位点即受体分子或受点 通过对受体的分离 提纯和鉴定 已经使人们确认了受体的存在 受体的概念起源于20世纪初 Langley分别于1878年和1903年在研究阿托品和匹罗卡品对猫唾液腺 以及箭毒对骨骼肌的作用中发现 这些药物不是通过作用于神经 腺体或肌肉 而是通过作用于生物体内的某些 接受物质 以后又有人称之为 作用点 而起效的 并且认为药物必须先与之结合才能产生作用 1910年又发现 肾上腺素对去交感神经的动物仍有作用 进一步证实了 接受物质 的存在 受体这一名称是1909年由Ehrlich首先提出 他以 受体 这个名词来表示生物原生质分子上的某些化学基团 并提出药物只有与 受体 结合才能发生作用 同时还指出 受体具有识别特异性药物 或配体 ligand 的能力 药物 受体复合物可以引起生物效应等观点 与受体相比 生物活性物质的分子量往往很小 故通称为配体 配体包括神经递质 激素 自身调节物质或药物等 1926年Clark以乙酰胆碱抑制心脏为例 计算了药物发生作用时药量所含的分子数及其面积 并与心肌总表面积进行比较 表明药物分子只能覆盖心肌面积的0 016 从定量计算领域为受体学说提供了支持 1935年Dale根据植物神经末梢释放递质的不同 将传出神经分为两类 即肾上腺素能神经和胆碱能神经 受体也分为肾上腺素受体和乙酰胆碱受体 1948年Ahlquist提出了 和 两种肾上腺素受体亚型的概念 同年 Pawell及Slater合成了第一个 受体阻断剂二氯异丙肾上腺素 DCI 进一步确认了 肾上腺素受体的存在 支持了Ahlquist的假说 由于科学技术的发展使得对受体的分离和鉴定成为可能 这样可以直接认识受体 例如通过超速离心等技术分离细胞及其亚细胞结构 以放射性同位素标记和放射自显影技术对受体进行提纯 鉴定或定位 再以化学方法确定其立体分子结构等 受体主要分为以下几种类型 即神经递质类受体 如乙酰胆碱 去甲肾上腺素等儿茶酚胺类 激素类受体 如胰岛素 甲状腺素 胰高血糖素 催乳素 肾上腺皮质激素类等 自身调节物质受体 如前列腺素 组胺 5 HT等 以及中枢神经系统中的某些受体 如吗啡 苯二氮卓 GABA受体等 受体的性质如下 灵敏性 只要很低的药物浓度就能产生显著的效应 选择性 不同化学异构体的反应可以完全不同 激动剂的选择性强于阻断剂 专一性 同一类型的激动剂与同一类型的受体结合时产生的效应类似 例如普萘洛尔为 受体阻断剂 它阻断肾上腺能 受体而起到降压 抗心绞痛 抗心律失常的作用 二 受体学说 药物分子与受体结合的一般表达式如下 其中D代表药物 R为受体 DR为药物受体复合物 E为效应 K为反应速率常数 药物和受体的结合反应由它们之间的亲和力 affinity 所决定 由上式可见 药物与受体的相互作用首先是药物与受体结合 结合后产生的复合物仍可解离 配体 包括药物 与受体结合的化学力主要通过共价键 离子键 偶极键 氢键 以及范德华引力 药物与受体结合部位不止一个 因此各部位可能以不同的结合力 键 来结合 药物和受体结合产生效应有以下学说 占领学说 occupationtheory 占领学说分别由Clark和Gaddum于1926年和1937年提出 该学说认为 受体只有与药物结合才能被激活并产生效应 而效应的强度与占领受体的数量成正比 全部受体被占领时出现最大效应 当50 受体被占领时 所产生的效应就是最大效应的一半 但实际上 作用于同一受体的药物其最大效应并不都相等 1954年Ariens修正了占领学说 他把决定药物与受体结合时产生效应的大小称为内在活性 intrinsicactivity 药物与受体结合不仅需要有亲和力 而且还需要有内在活性才能激动受体而产生效应 只有亲和力而没有内在活性的药物 虽可与受体结合 但不能激动受体故不产生效应 亲和力以药物 受体复合物解离常数 KD 的倒数 1 KD 来表示 KD是引起最大效应的一半时 即50 受体被占领 的药物剂量 1956年Stephenson认为 药物只占领小部分受体即可产生最大效应 未经占领的受体称为储备受体 sparereceptor 因此 当非可逆性结合或其它原因而丧失一部分受体时 并不会立即影响最大效应 进一步研究发现 内在活性不同的同类药物产生同等强度效应时 所占领受体的数目并不相等 激动剂占领的受体必须达到一定阈值后才开始出现效应 当达到阈值后被占领的受体数目增多时 激动效应随之增强 阈值以下被占领的受体称为沉默受体 silentreceptor 根据上述学说 可将与受体相互作用的药物分为激动剂和拮抗剂 激动剂 agonist 为既有亲和力又有内在活性的药物 它们能与受体结合并激动受体而产生效应 根据亲和力和内在活性的不同 激动剂又分为完全激动剂 有较强的亲和力和较强的内在活性 1 和部分激动剂 partialagonist 有较强的亲和力 但内在活性不强 1 完全激动剂 如吗啡 可产生较强的效应 而部分激动剂 如喷他佐辛 只引起较弱的效应 有时还可以对抗激动剂的部分效应 即表现部分阻断活性 有少数受体还存在另一种类型的配体 这类配体与受体结合后可引起受体的构型向非激活状态方向转变 因而引起与原来激动剂相反的生理效应 这类配体称做反向激动剂 inverseagonist 有图 拮抗剂 antagonist 为只有较强的亲和力 无内在活性 0 的药物 如纳洛酮 普萘洛尔等 若以拮抗作用为主 同时还兼具内在活性并表现一定的激动受体的效应 则为部分拮抗剂如氧烯洛尔 有图 拮抗剂与受体结合并不激活受体 根据拮抗剂与受体结合是否可逆而将其分为两类 即竞争性拮抗剂 competitiveantagonists 和非竞争性拮抗剂 noncompetitiveantagonists 竞争性拮抗剂能与激动剂竞争相同受体 且结合是可逆的 增加激动剂的剂量来与拮抗剂竞争结合部位 最终仍能使量效曲线的最大作用强度达到原来的高度 当存在不同浓度的竞争性拮抗剂时 激动剂量效曲线逐渐平行右移 但最大效应不变 阿托品是乙酰胆碱的竞争性拮抗剂 若以量效曲线来表示两者的作用 阿托品可使此曲线平行右移 但不影响药物的最大效能 pA2通常是指竞争性拮抗剂与受体亲和力的大小 pA2值表示竞争性拮抗剂对相应激动剂的拮抗强度 加入拮抗剂后 如 倍浓度的激动剂所产生的效应恰好等于未加入拮抗剂时的效应 则所加入拮抗剂摩尔浓度的负对数即称为pA2值 非竞争性拮抗剂多指拮抗剂与受体结合是不可逆的情况 它能引起受体构型的改变 从而干扰激动剂与受体的正常结合 而激动剂不能竞争性对抗这种干扰 因此 增大激动剂的剂量也不能使量效曲线的最大作用强度达到原来的水平 随着此类拮抗剂剂量的增加 激动剂量效曲线表现为下移 速率学说 ratetheory 1961年由Paton提出 速率学说认为 药物作用最重要的因素是药物分子与受体结合的速率 药物作用的效应与其占有受体的速率成正比 而与其占有的多少无关 效应的产生是一个新药分子和受点相碰时产生一定量的刺激 并传递到效应器的结果 二态模型学说 twomodeltheory 此学说认为受体的构象分活化状态 R 和失活状态 R 两态处于动态平衡 可相互转变 在不加药物时 受体系统处 于无自发激活的状态 加入药物时则药物均可与R 和R两态受体结合 其选择性决定于亲和力 激动剂与R 态的受体亲和力大 结合后可产生效应 而拮抗剂与R态的受体亲和力大 结合后不产生效应 当激动剂与拮抗剂同时存在时 两者竞争受体 效应取决R 激动剂复合物与R 拮抗剂复合物的比例 如后者较多时 则激动剂的作用被减弱或阻断 部分激动剂对R 与R有不同程度的亲和力 因此它既可引起较弱的效应 也可阻断激动剂的部分效应 三 受体的类型 根据受体的结构 信号传导过程 位置及其细胞反应等可将其分为离子通道受体 G蛋白偶联受体 跨膜激酶活性受体和细胞内受体 前三者为膜受体 所有膜受体都是膜蛋白 它们可划分为三个区域 膜外侧面肽链N 末端区域 多由亲水性氨基酸组成 而且有时形成S S键 以联系同一受体的不同部分或其它受体 跨膜部位 多由疏水性氨基酸组成 形成螺旋结构 细胞内部分 受体肽链C 末端位于细胞内 离子通道受体离子通道受体又称为直接配体门控通道受体 存在于快速反应细胞的膜上 这类受体由若干亚单位组成 这些亚单位围绕一个膜上的孔道排布 当孔道开放时可通过离子 故称为离子通道 药物与受体结合后受体被激动 影响并改变了离子的跨膜转运 导致膜电位或胞内离子浓度的变化而引起生理效应 其典型例子是肌肉神经接头的N 乙酰胆碱受体 当其被激动后可使钠内流增多 氨基丁酸 GABA 受体 甘氨酸受体 谷氨酸受体也都属于这一类型 苯二氮卓类 巴比妥类药物是通过作用于中枢的GABA受体 Cl 通道而发挥作用的 有图 根据通道对离子的选择性 可以将离子通道分为两类 即阳离子通道和阴离子通道 这与各亚单位靠近通道出 入口的氨基酸组成有密切的关系 阳离子通道如乙酰胆碱 Na 通道 该处氨基酸多带负电荷 而阴离子通道如GABA受体 Cl 通道则多带正电荷 G 蛋白偶联受体G 蛋白偶联类受体最多 而且与药理学的关系最密切 这些受体与其效应器都经G 蛋白介导 例如肾上腺素 多巴胺 5 羟色胺 乙酰胆碱 阿片类 嘌呤类 前列腺素及一些多肽激素等受体 它们在结构上有很大相似性 G 蛋白偶联受体是由一条肽链组成 其N 末端在细胞外 C 末端在细胞内 而且肽链形成7个跨膜螺旋结构 胞内部分有G 蛋白结合区 G 蛋白由3个不同的亚单位 组成 有图 具有酪氨酸激酶活性的受体这一类膜受体由三个部分组成 细胞外有一段是与配体结合区 与之相联的是一段跨膜结构 其氨基酸在双层脂质中呈螺旋状态 位于细胞内的是酪氨酸激酶的催化部位 当激动剂与细胞膜外的部位结合后 其细胞内的激酶被激活 能直接使其本身酪氨酸残基的自我磷酸化而增强此酶活性 继之对细胞内其它底物作用 促进酪氨酸磷酸化 激活胞内蛋白激酶 增加DNA及RNA合成 加速蛋白合成 进而产生细胞生长 分化等效应 这些受体的配体有胰岛素 胰岛素样生长因子 上皮生长因子 血小板生长因子 心房肽 转化生长因子 以及某些淋巴因子等 细胞内受体类固醇激素受体存在于细胞浆内 与相应类固醇激素结合分出一个磷酸化蛋白 暴露于DNA结合区 进入细胞核后能识别特异DNA碱基区并与之结合 促进其转录及以后某种活性蛋白的合成 甲状腺素受体及视黄醛衍生物 retinoid 受体也存在于细胞核内 功能大致相同 细胞内受体触发的细胞效应很慢 需若干小时 四 受体的调节 细胞膜上的受体数目或反应性是可以发生变化的 它受周围的生物活性物质如神经递质 激素或药物的调节 一般来说 受体数目的变化与其周围生物活性物质的浓度或作用之间呈负相关 这种调节可以表现在同类受体 也可表现在异类受体 向下调节 downregulation 受体不仅能调节生理和生化功能 也受体内环境等因素的调控 受体周围的生物活性物质浓度高或长期受激动剂作用时可使受体数量减少 称为向下调节 表现为该受体对激动剂的敏感性降低 出现脱敏或耐受现象 如反复应用 受体激动剂用于治疗哮喘 这种负反馈机制在调节受体作用和机体自我保护中具有重要意义 脱敏的分类方式有几种 按引起脱敏的刺激可分为同源性脱敏和异源性脱敏 前者是指受体只对作用于它的激动剂敏感性降低 肾上腺受体 Ach受体 胰岛素受体 生长激素受体 促甲状腺激素释放激素受体 黄体生成素受体 血管紧张素 受体等可产生同源性脱敏 同源性脱敏是指除激动剂相应的受体外 别的受体对各自相应激动剂的效应减弱的现象 如 肾上腺素受体可被甲状腺素 糖皮质激素和性激素调节 肾上腺素受体可被氨甲酰胆碱调节 M受体可被血管活性肠肽调节 GABA受体可受苯二氮卓调节而苯二氮卓类又可受GABA调节 胰岛素受体和表皮生长因子受体可受 肾上腺素能药物调节 异源性脱敏可由普通反馈机制引起受体变更 或者作用于受体附近效应器通路某些部位上 按产生的时相可分为快速脱敏和缓慢脱敏 按机制则可分为脱偶联与下调 脱敏或耐受现象的原因如下 受体的改变 脱敏快而明显地发生在受体直接与离子偶联时 在肌肉神经接头证明 脱敏由受体缓慢变构引起 导致激动剂分子紧密结合而不开放离子通道 肾上腺受体也有类似的变化 在脱敏时它不能活化腺苷酸环化酶 尽管它仍与激动剂结合 G 蛋白偶联受体的序列包括一些主要在C端细胞浆部分的残基 丝氨酸和苏氨酸 它们作为磷酸化的部位并由特殊的激酶催化磷酸化的偶联 激动剂引起脱敏的重要机制是降低受体与G 蛋白偶联的能力 脱偶联 某些激酶和特殊的受体特异性结合 例如 肾上腺受体激酶作用于同源性特异性受体 而脱敏 其它的蛋白激酶A和蛋白激酶C导致异源性脱敏 磷酸化后受体或由磷酸酯酶再激活 或由胞饮内陷 指受体离开细胞膜而移入细胞浆内 而分解 并由新合成的受体来代替 受体的丧失 根据药物受体研究方法得知 受体长期暴露于激动剂 使得受体数目逐渐下降 这种情况出现在 肾上腺受体与腺苷酸环化酶的脱偶联比较中且过程较慢 细胞培养中低浓度异丙肾上腺素 小时可使 肾上腺受体数目降到正常的10 左右 需几天才能恢复正常 激素受体常有这种适应 受体脱敏虽然在临床上是一种合并症 但也可以被利用 例如促性腺激素释放激素可用于治疗子宫内膜异位症或者前列腺癌 持续应用此激素反而自相矛盾地抑制促性腺激素的释放 抗抑郁药的作用部位研究证明 长期应用抗抑郁药使NA和5 HT的摄取 突触后 肾上腺受体数目以及cAMP下降 介质耗竭 在某些情况 脱敏与主要中间物质的耗竭有关 如苯丙胺作用于神经末梢使NA和其它胺类大量释放 当NA耗竭时表现明显的急性耐受现象 增加药物分解代谢 对巴比妥类 乙醇耐受部分原因是由于重复应用相同剂量 造成血浓度逐渐下降 其耐受性呈中等程度 生理性适应 由于体内环境平衡反应使作用取消 药效可以减弱 例如噻嗪类利尿药的降压作用是有限的 因为逐渐激活肾素 血管紧张素系统 这种体内环境平衡反应相当普遍 假如缓慢发生 就会逐渐产生耐受性 表现出恶心 失眠等副作用 若药物继续应用副作用会消失 这就是生理性适应 但机制还不清楚 向上调节 upregulation 受体长期受阻断剂作用时可使其数目增加 称为向上调节 表现为该受体对该生物活性物质的敏感性增高 出现超敏或高敏性 停药症状或 反跳 现象 如高血压患者长期应用 肾上腺素能阻断药普萘洛尔 突然停药可引起反跳现象 超敏也可因合成更多的受体而产生 五 受体与疾病的关系 受体学说不仅在阐明药物的作用机制和发展新药方面起到极重要作用 而且在探讨生命现象方面也有重要贡献 如内源性镇痛物质脑啡呔的发现 近年来 受体学说还渗透到对疾病的认识中去 以解释疾病的现象 某些疾病因与受体异常有关 故有人提出 受体病 的概念 以在分子水平更多了解受体的性质 数目和功能等变化 来探索疾病与受体的关系 产生受体的抗体 对抗受体蛋白的自身抗体 重症肌无力是一种肌肉神经接头的疾病 由于自身抗体而使N 胆碱受体失活而呈现激动剂样作用 例如激动促甲状腺受体而使甲状腺素超量分泌 活化的抗体也见于下列病人中 如严重高血压 肾上腺受体 心肌病 肾上腺受体 某些类型的癫痫以及神经退行性变疾病 谷胺酰胺受体 异常加压素受体是性连锁 X 连锁 肾源性尿崩症的特征 家族性高胆固醇血症是LDL受体的遗传性疾病 G 蛋白偶联受体的遗传性变异和疾病 变异加压素受体和ACTH受体可产生对这些激素的耐受性 当缺乏激动剂时 受体变异可导致效应器永久作用 例如促甲状腺素受体的变异使甲状腺激素持续过度分泌 另一个例子是黄体生成素受体变异 它可引起家族性早熟性青春期 有一种甲状旁腺机能低下的罕见形式 它可能是因甲状旁腺受体中G 蛋白与腺苷酸环化酶偶联的缺陷所致 某些原因可影响受体数目的增加或减少哮喘是由于支气管平滑肌的 受体功能低下 数量减少或 受体比例失调所致 因此可用 受体激动剂 如异丙肾上腺素 来治疗 长期应用 受体阻断药突然停药可引起恶性缺血性心脏病 原因是由于长期应用 受体阻断药使受体数目高于正常 停药时 过量的受体突然与去甲肾上腺素接触而产生反跳性拟交感胺效应的上调 从而使缺血性心脏病产生严重后果 再如需氧量增加会使病人产生心绞痛 心律失常和心肌梗死 六 受体与临床用药 药物与受体的相互作用对指导临床用药有如下重要意义 选择药物在很多情况下可根据疾病与受体病因 所在部位 分布 亚型以及药物的特性来选择药物 例如哮喘是由于支气管平滑肌的 受体功能低下 数量减少或 受体比例失调所致 可用 受体激动剂治疗 考虑到支气管上分布的是 2亚型 因此选择 2型受体的激动剂 如羟甲叔丁肾上腺素 舒喘灵 则可避免异丙肾上腺素所产生的心脏兴奋作用 同样在应用 受体阻断剂治疗高血压 心律失常和心绞痛时 如上述患者有支气管哮喘者 则应禁用 阻断药如普萘洛尔 因为它同时可阻断支气管上的 2的受体而诱发或加重哮喘 甚至可因呼吸困难而致死 机体对药物的敏感性 耐受性及成瘾性因长期 大量用药可引起受体的上调或下调 因而可使机体对药物的敏感性改变产生耐受性 受体拮抗剂长期应用会引起上调或增效 一旦停用拮抗剂 则低浓度的激动剂也会产生过强反应 所以临床上长期应用拮抗剂时应密切监护 根据受体调节变化来调整用药剂量 决定是否须递减剂量 逐步停药 如何配伍或改用其它药物 某些药物的成瘾性可能与激动受体有关 例如吗啡类镇痛药的作用与激动阿片受体有关 而阿片受体可分为 k 等亚型 其中 受体被激动后有镇痛作用并与成瘾性有关 这样可选用部分激动剂喷他佐辛 其成瘾性很小 并以此理论合成了一些成瘾性更小的新镇痛药 内源性配体对药效学的影响运动员心率较慢 表明其内源性配体乙酰胆碱的作用较强 阿托品对运动员心率的影响比缺少体育锻炼 心率较快人的影响为大 普萘洛尔在内源性儿茶酚胺高的病人减慢心率的作用显著 而当体内儿茶酚胺浓度不高时作用不明显 对于部分激动剂 这种影响更需注意 例如沙拉新 saralasin 有微弱的血管紧张素 受体激动作用 能竞争性拮抗血管紧张素 的作用 此药对高肾素型高血压病有效 但对肾素水平不高的高血压病无效 对低肾素型者甚至有升高现象 上述情况说明 在应用内源性配体的受体拮抗剂时必须考虑内源性配体的浓度 在确认内源性配体浓度过高时可适当加大拮抗剂的用量 而在病情好转 内源性配体浓度减低后 拮抗剂的用量应及时调整 至于应用拟内源性配体作用性受体激动剂时 则应注意受体反馈调节对药效的影响 例如儿茶酚胺类除作用在突触后膜受体发挥作用外 还作用于突触前膜受体而减少内源性配体的释放 这种负反馈调节在连续用药时可导致药效的降低 也可能与某些药物的依赖性有关 例如内源性脑啡呔类作用于阿片受体 属一种镇痛机制 应用吗啡类药能增强脑啡呔的镇痛作用 但连续应用时则通过负反馈使有关神经元合成或释放脑啡呔减少 使脑啡呔系统处于异常状态 渴求继续用吗啡类药物以维持该系统的功能 一旦突然停用吗啡类药物 则会出现戒断症状 药物不良反应有些药物与受体相互作用而产生效应或不良反应 往往与它们对受体的选择性不强有关 例如氯丙嗪对受体的选择性很低 除了阻断多巴胺受体以外 还对乙酰胆碱受体 肾上腺素受体和5 HT受体有阻断作用 因此应用氯丙嗪有体位性低血压 鼻塞 口干 便秘 嗜睡 淡漠 反应迟钝等副作用 长期用药后突然停药可引起停药反应 如 反跳 是常见的不良反应 它与药物受体相互作用后的受体调节有密切的关系 可发生停药反应的有下列药物 心血管系统药物如抗高血压药 特别是可乐定 受体阻断药等 神经系统药物如催眠镇静药 酒精 阿片类镇痛药 抗癫痫药 抗巴金森氏病药 三环抗抑郁药等 肾上腺皮质激素类 长期应用 受体阻断药突然停药也可发生反跳现象 若用具有部分激动作用的 受体阻断药可防止肾上腺素受体的上调 吲哚洛尔 pindolol 已被证明反跳现象很少见 联合用药对于作用于同一受体或不同受体 或亚型 的激动剂与拮抗剂的联合用药 需根据用药目的进行具体分析 激动剂与激动剂 一般情况下 不将激动同一受体或同一亚型受体的激动剂合用 因为合用后疗效得不到增强 有时反而降低 激动剂与拮抗剂 不能将激动或拮抗同一受体或亚型受体的激动剂与拮抗剂同用 因为它们的效应可相互抵消 肾上腺素受体阻断药可降低 肾上腺素受体激动剂沙丁胺醇 salbutamol 特布他林 terbutamol 的效应 在激动剂中毒时 可以利用拮抗同一受体的拮抗剂消除激动剂的毒性 有时也可以用对受体无选择性的激动剂 如肾上腺素可激动 及 受体 与对某一亚型受体的拮抗剂 如酚妥拉明对 受体有阻断作用 合用 以增加疗效 纯激动剂与部分激动剂 作用于同一受体的纯激动剂与部分激动剂不得合用 因部分激动剂可抵消纯激动剂的效应 如喷他佐辛与吗啡合用 反而减弱吗啡的镇痛效应 根据上述情况 在临床用药时必须考虑所用药物的各方面的影响 以免意想不到的药物协同或拮抗作用而导致不良反应的发生