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1、 受体药理学概论受体药理学概论中国药科大学奚涛第一节第一节 受体的基本概念及特性受体的基本概念及特性 一、受体的基本概念一、受体的基本概念 受体是什么？受体是什么？是指能与药物发生特异性结合并产生效应的特是指能与药物发生特异性结合并产生效应的特殊生物大分子被称为殊生物大分子被称为受体（受体（receptor）。）。为什么要研究受体？为什么要研究受体？是药物作用的最主要的靶点是药物作用的最主要的靶点因此，研究药物的作用机理，就首先应该对受体因此，研究药物的作用机理，就首先应该对受体有所认识。有所认识。受体研究的历史回顾受体研究的历史回顾受体原本只是一个假想的概念，受体原本只是一个假想的概念，19
2、33年英国、年英国、药理学家药理学家Clark提出了受体占领学说提出了受体占领学说。尽管受体的概念已形成近百年了，但直到尽管受体的概念已形成近百年了，但直到上世纪上世纪80年代，通过线衍射、受体的分离年代，通过线衍射、受体的分离纯化技术、分子克隆技术以及受体结合实验纯化技术、分子克隆技术以及受体结合实验研究，受体才成为公认的客观存在的实体。研究，受体才成为公认的客观存在的实体。受体受体与与 结合位点（结合位点（binding site）受体和结合位点是两个不同的概念，受体可以被受体和结合位点是两个不同的概念，受体可以被分离纯化，但不能分离纯化结合位点，这与酶可分离纯化，但不能分离纯化结合位点，
3、这与酶可以分离纯化而酶的活性中心不能分离纯化的道理以分离纯化而酶的活性中心不能分离纯化的道理是一致的。是一致的。激动剂（激动剂（agonist）与受体结合后能产生生物效与受体结合后能产生生物效应的配体；应的配体；配体（配体（ligand）指对受体具有选择性结合能力的指对受体具有选择性结合能力的生物活性物质。生物活性物质。拮抗剂（拮抗剂（antagonist）与受体结合，但不产生相与受体结合，但不产生相应的生物效应，且可拮抗激动剂作用的配体；应的生物效应，且可拮抗激动剂作用的配体；部分激动剂（部分激动剂（partial agonist）既有激动作用，既有激动作用，又有拮抗作用的配体。又有拮抗作用
4、的配体。换能换能放大放大激激素素药药物物受体受体效应器效应器离离子子或或分分子子的的传传输输，酶酶的的激激活活或或失失活活，激激素素或或递质的释放递质的释放生生物物效效应应二、受体的主要特性二、受体的主要特性1特异性（特异性（specificity）配体与受体结合的特异性常常用亲和力的高低配体与受体结合的特异性常常用亲和力的高低来表示。一般来说，特异性越高，则亲和力也越来表示。一般来说，特异性越高，则亲和力也越高，反之亦然。高，反之亦然。有的配体具有光学异构体，它们与受体的结合有的配体具有光学异构体，它们与受体的结合也具有立体特异性（也具有立体特异性（stereospecifity）。）。2饱
5、和性（饱和性（saturability）每个细胞或每一定量组织内受体的数目是每个细胞或每一定量组织内受体的数目是一定的。因此配体与受体结合的剂量反应一定的。因此配体与受体结合的剂量反应曲线应具有可饱和性。曲线应具有可饱和性。3可逆性（可逆性（reversibility）配体与受体的结合应是可逆的配体与受体的结合应是可逆的，这样才能保，这样才能保证内源性生物活性物质或药物持续发挥作用。证内源性生物活性物质或药物持续发挥作用。配体与受体复合物不仅可以解离，而且解离释配体与受体复合物不仅可以解离，而且解离释出的配体不因其与受体的结合与释放而被代谢出的配体不因其与受体的结合与释放而被代谢或改变，而应是
6、配体原形本身。或改变，而应是配体原形本身。受体这一特性与酶和底物相互作用的结果不受体这一特性与酶和底物相互作用的结果不同，酶与底物相互作用后的产物是代谢产物，同，酶与底物相互作用后的产物是代谢产物，反应式如下：反应式如下：酶与底物的反应酶与底物的反应E（酶）（酶）+S（底物）（底物）=ES=ES（过渡态）（过渡态）E+产物产物配体与受体的反应配体与受体的反应R（受体）（受体）+L（配体）（配体）=RL R+L+生化或药理反应生化或药理反应4高亲和力（高亲和力（high affinity）受体与其特异性配体的亲和力应相当于受体与其特异性配体的亲和力应相当于内源性配体的生理浓度，放射配体受体结合内
7、源性配体的生理浓度，放射配体受体结合实验测出的配体的解离常数实验测出的配体的解离常数KD值一般在值一般在nmolL-1水平。水平。第二节第二节 配体与受体作用的若干学说配体与受体作用的若干学说一、受体占领学说（一、受体占领学说（occupation theory）1受体占领学说的要义受体占领学说的要义1933年Clark从定量角度首次提出了受体占领学说。此学说的要义为：药物必须占领受体才能发挥效应，药物效应与药物占领受体的数量成正比，其数学表达式为：式中R代表受体，D代表药物，RD代表药物受体复合物，E代表药理效应，K1和K2分别为结合和解离速率常数。左式反映了药物与受体结合率的关系。式中D为
8、药物浓度，KD为平衡时的解离常数，RT为受体总浓度。由于只有RD才发挥效应，故药物效应的相对强弱与RD相对结合量成比例，右式中E为药理效应，Emax代表最大效应。不难发现，右式与酶催化反应的 Michaelis-Menten方程式相同。按上式，当药量按上式，当药量D=KD时，则时，则E=0.5 Emax，此时药理效应为最大效应此时药理效应为最大效应的一半，故的一半，故KD又可称为又可称为“半效浓度（半效浓度（EC50）”。作用强度与作用强度与KD值相关，值相关，KD值越大则效应相对越低。当药物浓度充分大时，其效应趋近于值越大则效应相对越低。当药物浓度充分大时，其效应趋近于Emax。若以药若以药
9、物的效应物的效应E对应于其相应药物浓度对应于其相应药物浓度D作图，可以得到图作图，可以得到图a的图型，而以的图型，而以E对对应于相应药物的对数剂量作图则呈典型的应于相应药物的对数剂量作图则呈典型的S形量效关系曲线形量效关系曲线。根据受体占领学说推导的药物剂量根据受体占领学说推导的药物剂量-反应曲线反应曲线 1954年年Ariens发现有些低效的激动剂虽有很高浓度，但发现有些低效的激动剂虽有很高浓度，但其最大效应（其最大效应（Em）始终低于高效的生理激动剂的最大效应始终低于高效的生理激动剂的最大效应（Emax）。为此）。为此Ariens修改了修改了Clark的学说，提出了的学说，提出了内在活内在
10、活性（性（intrinsic activity）的概念。所谓内在活性是指某化合的概念。所谓内在活性是指某化合物（药物）的最大效应与同系化合物中最大效应之比，以物（药物）的最大效应与同系化合物中最大效应之比，以表示内在活性，则表示内在活性，则=Em/Emax，引入上式则为引入上式则为 上式上式值恒定在值恒定在01之间。如果之间。如果=1，则该药物为完全激动剂则该药物为完全激动剂（full agonist）；当）；当=0时，该药是完全拮抗剂；时，该药是完全拮抗剂；01时，时，这种药物则为部分激动剂。归结这种药物则为部分激动剂。归结Ariens修改后的受体占领学说修改后的受体占领学说为：药物必须占领
11、受体才能发挥作用，药物效应取决于药物与为：药物必须占领受体才能发挥作用，药物效应取决于药物与受体之间的亲和力和药物的内在活性。受体之间的亲和力和药物的内在活性。完全激动剂和部分激动剂的量效曲线的比较完全激动剂和部分激动剂的量效曲线的比较1956年年Stephenson发现受体不一定要全发现受体不一定要全部结合才产生最大效应。他将产生最大部结合才产生最大效应。他将产生最大效应时仍未与药物结合的受体称为空闲效应时仍未与药物结合的受体称为空闲受体或受体或“储备受体储备受体”。，同时指出，可。，同时指出，可能存在一种能与药物结合但不显现效应能存在一种能与药物结合但不显现效应的的“缄默受体缄默受体”（s
12、ilent receptor）。）。二、受体作用的其它学说二、受体作用的其它学说（一）速率学说（一）速率学说（rate theory）1961年，Paton根据一些实验结果提出了药物作用的受体速率学说。（二）诱导契合学说（二）诱导契合学说（induced fit theory）Koshland对酶与底物、半抗原与抗体、药物与对酶与底物、半抗原与抗体、药物与受体间的相互作用提出了诱导契合学说。受体间的相互作用提出了诱导契合学说。他认为药物与受体蛋白结合时，可诱使受体蛋白的他认为药物与受体蛋白结合时，可诱使受体蛋白的空间构象发生可逆改变，这种变构作用可产生生物效空间构象发生可逆改变，这种变构作用可
13、产生生物效应。此学说从分子水平较好的解释了配体与受体结合应。此学说从分子水平较好的解释了配体与受体结合的实际过程。的实际过程。Karlin和和Changeux1967年提出受体的年提出受体的二态学说二态学说（two state theory），），但近年已证明变构形态不止两种，所以但近年已证明变构形态不止两种，所以将此学说总称为将此学说总称为变构学说变构学说。变构学说认为受体存在活性状态（变构学说认为受体存在活性状态（R*）和非活性状态和非活性状态（R），），两者均可与药物结合，并且活性两者均可与药物结合，并且活性R*和非活性和非活性R之之间可以互相转化。激动剂主要与间可以互相转化。激动剂主要
14、与R*结合，以一定函数关结合，以一定函数关系引起效应，并促进系引起效应，并促进R向向R*转化；拮抗剂则主要与转化；拮抗剂则主要与R结合，结合，并促进并促进R*向向R转化；部分激动剂与转化；部分激动剂与R*及及R均可结合。其关均可结合。其关系式为：系式为：变构学说考虑到了药物与受体的占位结合以及药物与变构学说考虑到了药物与受体的占位结合以及药物与受体间相互作用导致的受体活性改变，更接近于实际的受体间相互作用导致的受体活性改变，更接近于实际的药物与受体反应状况，近年来借助电子计算机技术已可药物与受体反应状况，近年来借助电子计算机技术已可分析其间关系。分析其间关系。第三节第三节 受体的分类受体的分类
15、药理学分类药理学分类传统的分类传统的分类是根据受体占领学说，以是根据受体占领学说，以药物的药理效应和配体受体结合实验结果为依据。药物的药理效应和配体受体结合实验结果为依据。优点：优点：（1）能够较好地解释药物的作用及其机理；能够较好地解释药物的作用及其机理；（2）定量测定激动剂效能；）定量测定激动剂效能；（3）预测机体对药物的反应。）预测机体对药物的反应。缺点：缺点：（1）对各种受体结构方面的共性和特殊性认识不足；）对各种受体结构方面的共性和特殊性认识不足；（2）不能很好的进行受体的结构与功能的研究。）不能很好的进行受体的结构与功能的研究。分子生物学分类：分子生物学分类：可以将众多的受体按其结
16、可以将众多的受体按其结构与功能分成几个基本类型，很好的进行受构与功能分成几个基本类型，很好的进行受体的结构与功能的研究。体的结构与功能的研究。在本节里，我们将首先按受体在细胞中的定位，将在本节里，我们将首先按受体在细胞中的定位，将受体分为膜受体和细胞内受体两大类，然后根据受受体分为膜受体和细胞内受体两大类，然后根据受体的结构、信号转导和效应性质将受体及其亚型作体的结构、信号转导和效应性质将受体及其亚型作较细致的分类。较细致的分类。一、细胞内受体一、细胞内受体细胞内受体包括类固醇类激素、甲状腺激素、细胞内受体包括类固醇类激素、甲状腺激素、维生素维生素D3和维甲酸等受体。和维甲酸等受体。特点：特点
17、：胞内受体的信号物质都是脂溶性物质，因此胞内受体的信号物质都是脂溶性物质，因此能直接穿过细胞膜的磷脂双分子层，进而与胞核内能直接穿过细胞膜的磷脂双分子层，进而与胞核内的受体结合，诱导其发生变构，识别靶基因，调节的受体结合，诱导其发生变构，识别靶基因，调节基因表达，调控细胞的生长、发育和分化。基因表达，调控细胞的生长、发育和分化。细胞内受体的结构特点细胞内受体的结构特点 目前已有数种类固醇激素受体基因被克隆，目前已有数种类固醇激素受体基因被克隆，并据此推断出受体蛋白的一级结构。所有的类固并据此推断出受体蛋白的一级结构。所有的类固醇激素受体都属于一个有共同结构和功能特点的醇激素受体都属于一个有共同
18、结构和功能特点的大家族。大家族。二、膜受体二、膜受体膜受体又称表面受体，不同膜受体在各种不同的组织细胞上分布是不均衡的。根据膜受体的结构和功能，膜受体可以分为以下几类：（一）离子通道型受体（一）离子通道型受体此类受体主要存在于神经突触后膜和肌膜上，可直接操纵离子通道的开和关。当受体与相应配体结合后，导致离子通道开放，促进离子跨膜流动，产生去极化或超极化，故这类受体又称之为直接配体门控通道型受体直接配体门控通道型受体。nAChR是此类受体中研究得较为清楚的一种。它是神经突触后膜上的一种整合蛋白，负染法电镜观察，它呈环形颗粒状，外形不对称，似一朵玫瑰花瓣，其直径约80-90A，中心有一个浓染区，直
19、径6-7A。即为受体的离子通道区。nAChR单体是由4种亚基组成的5聚体（2）的钠离子通道，各亚基分子都在5.5KD左右。各个亚基共同跨膜结构模型为：一条较长的亲水性N-末端结构区域位于突触间隙，是乙酰胆碱的结合部位；疏水性肽段组成5个-螺旋状的跨膜区，构成离子通道；较短的亲水性C末端结构区位于胞内侧。Ach结合部位在两个亚基上，此亚基位于膜外侧具有糖基化位点。当Ach与其受体结合后，钠离子通道开放，导致胞外钠离子内流，细胞膜去极化，产生肌肉收缩等生物效应。根据通道对离子的选择性，我们可以将离子通道型受体区分为具有内在阳离子通道的受体阳离子通道的受体和阴离子通阴离子通道受体道受体两类前者如nA
20、ChR，谷氨酸受体，后者如GABAR和甘氨酸受体等。两类离子通道的形成可能与各亚基靠近通道出口处的氨基酸组成有关。一般来讲，阳离子通道该处的氨基酸多带有负电荷而阴离子通道则多带有正电荷。（二）（二）G蛋白偶联受体蛋白偶联受体G蛋白偶联受体是受体中最为重要的一个受体大家族。这类受体种类很多，目前已发现至少有100多种，且遍布于机体的各个组织器官。这类受体具有较高的同源性。这类受体具有较高的同源性。结构特点：结构特点：（1）都是由一条约）都是由一条约400-600个氨基酸肽链组成；个氨基酸肽链组成；（2）形成）形成7个个螺旋的跨膜结构，每个疏水的跨膜区段由螺旋的跨膜结构，每个疏水的跨膜区段由20-
21、25个氨基酸组成，各区段由胞内外亲水性氨基酸组成个氨基酸组成，各区段由胞内外亲水性氨基酸组成的环状结构相连。的环状结构相连。（3）N末端位于细胞外，由不到末端位于细胞外，由不到49个氨基酸组成，含有个氨基酸组成，含有N糖基化位点；糖基化位点；C末端位于细胞内，富含丝氨酸和苏氨酸，可作为磷酸化末端位于细胞内，富含丝氨酸和苏氨酸，可作为磷酸化位点。位点。G蛋白偶联受体本身不具有酶的活性，也不直接导致第二信使的生成，必须与G蛋白偶联后，经G蛋白转导，才能将信号传递到效应器。G蛋白偶联型受体示意图蛋白偶联型受体示意图（三）多肽生长因子受体（三）多肽生长因子受体细胞因子、白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子
22、、转化生长因子等是一类对细胞增殖、分化有调控作用的活性多肽，统称为多肽生长因子。这类因子对细胞作用均是通过细胞膜上的多肽生长因子受体所介导的。多肽生长因子受体示意图多肽生长因子受体示意图 该类受体均由一条肽链组成。胞外结构域是由N末端大约500850个氨基酸组成的亲水性配体结合区，该部分氨基酸序列的变化很大，因而决定了不同配体与受体结合的特异性；跨膜结构域是由2025个氨基酸组成的疏水性跨膜区，具有一定的保守性；细胞膜内的结构域约250个氨基酸组成，具有PTK结构及若干个自身磷酸化位点。第四节第四节 受体的跨膜信息传递受体的跨膜信息传递 细胞外的信号分子是如何将其携带的信息转入细胞内并产生生物
23、效应，这是生命科学中一个非常重要的研究内容。目前，人们已经知道胞外的信号分子并不直接参与细胞的物质和能量代谢，而是作为信使（第一信使）起着传递信息的作用。胞外信号分子的这种作用是通过与细胞膜上（或胞内）的相应受体结合而完成的。信号分子与受体结合后，触发受体构象改变，使受体被激活，激活的受体再通过胞内信号转导系统将信号向下传递，最终对细胞的生理活动进行调控。大多数细胞外物质是通过细胞表面的膜受体将它们所带的信息转入细胞内。受体识别，信号转导是跨膜信息传递的重要步骤。位于细胞表面的膜蛋白受体能特异性识别配体并与之结合，被激活的受体将接受到外来信号，再经信号转导分子的介导，导致细胞内效应器的活性改变
24、，最终引起细胞对外界信号产生反应，此即跨膜信息传递过程。在这个过程中，受体本身也参与了信号物质的放大。随着分子生物学技术的发展，许多膜受体的一级结构得以阐明，并且发现信号转导方式依赖一定的受体的分子结构特征。因此，根据受体本身的分子结构及其偶联的效应体系的不同，可以将受体的跨膜信息传递机制大致分为以下几类。1配体与受体结合后改变离子通道的活配体与受体结合后改变离子通道的活性性 以N-AchR为代表的离子通道型受体属于此类跨膜信息传递方式。这类受体本身由配体结合部位和离子通道两部分构成。未与配体结合时，离子通道处于关闭状态，当配体与受体发生特异性结合后，可触发受体蛋白构象改变，使离子通道开放，阳
25、离子或阴离子就可经通道内流引起细胞膜的去极化或超极化。由于这类受体直接操纵离子通道的开和关，改变细胞膜的离子通透性，进而影响细胞的兴奋性，因此，它们大都介导快速的信号传递，而无需产生其它细胞内信使物质。很多神经递质或调质都以这种跨膜信息传递方式发挥作用。2G蛋白介导的跨膜信号转导蛋白介导的跨膜信号转导 目前已经发现的大多数膜受体属于G蛋白偶联型受体。配体与受体结合的位点多是在跨膜螺旋构成的结合袋（pocket）上及N端某些部位。G蛋白结合位点则位于胞内第2，3环及C端的部位。正是由于G蛋白偶联受体这种特殊的结构，决定了这类受体一方面可以识别各种外界信息（配体），并与之发生相互作用。受体接受外来
26、信息后即可与膜上的受体接受外来信息后即可与膜上的G蛋白相偶联，蛋白相偶联，使其释放出活性因子，从而对效应器的活性进行调节。使其释放出活性因子，从而对效应器的活性进行调节。G蛋白偶联的效应器种类也很多，如腺苷酸环化酶、磷蛋白偶联的效应器种类也很多，如腺苷酸环化酶、磷脂酶脂酶C、等。、等。这些效应器活性改变可使胞内第二信使物质这些效应器活性改变可使胞内第二信使物质cAMP增加或减少，从而产生各种细胞效应。增加或减少，从而产生各种细胞效应。由此可见，由此可见，G蛋白偶联受体蛋白偶联受体-G蛋白蛋白-效应器三者组效应器三者组成了一个完整的跨膜信息传导系统。在此系统中，成了一个完整的跨膜信息传导系统。在
27、此系统中，G蛋蛋白在受体与效应器之间起着信号传感器的作用白在受体与效应器之间起着信号传感器的作用。3跨膜激酶活性受体跨膜激酶活性受体 一些细胞膜受体本身具有激酶的活性，当激动剂与受体结合后，不需要G蛋白介导，而是激活受体本身的酶活性，从而产生一系列细胞效应。目前已证实这一类受体多数为具有酪氨酸活性的受体家族，包括许多多肽激素和生长因子的受体。该类受体与配体结合后，可激活受体胞内区的酪氨酸激酶，进而对胞浆内的底物蛋白（效应器）的酪氨酸残基进行磷酸化，从而改变效应器的活性，使胞外信号得以传入胞内。该类受体作用的效应器主要为许多与细胞增生和分化有关的因子，如磷酯酶C1，酪氨酸磷酸酶、磷脂酰-3激酶（PI-3K）、RasGAP、Grb-SOS等，不同的效应器被活化后，可启动不同的胞内信号通路，将信号从细胞膜到胞浆直到胞核逐步进行传递。总之，细胞与细胞以及细胞与外界环境间不断进行着物质交换和信息传递，这些都依赖存在于细胞的受体。受体接受外界信息，然后将信息传递到细胞内部，再引起一系列生化反应，调节细胞的新陈代谢，以适应外部的环境，引导着正常的生命活动。所以受体是生命活动的最重要的物质基础，也是药物作用的最主要的靶点。