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第一节 受体的基本概念

一、受体

由于受体研究的迅速发展,受体理论对生物学和医学各学科的影响亦日益深刻;受体(receptor)的含义也随着人们的理解不同而有不小的差异,目前尚难用一两句话清晰地表达出什么叫作受体。虽然国际药理学联合会(IUPHAR)于1998年对受体的定义作出了界定,但仍不十分满意。为了得到一个明确的概念,不妨先简要地剖析一下早期Sutherland 所提出的受体作用原理:作为第一信使,肾上腺素或其他激素、神经递质以及药物等首先与靶细胞膜上的特异性受体相结合,形成受体-配体复合物;后者活化鸟苷酸结合调节蛋白(G 蛋白),从而激活相偶联的腺苷酸环化酶(AC),以催化ATP 生成cAMP;cAMP 作为第二信使启动级联反应,产生最终的生物学效应。显然,在实现激素的最终效应方面,受体负有两项使命:①识别并结合肾上腺素等第一信使,这些与受体结合的激素、药物或毒素等分子被称作配基或配体(ligand);②第一信使(如肾上腺素)携带的生物信号(如加快心率)通过信号转导系统(G 蛋白)激活腺苷酸环化酶等,产生第二信使(如cAMP)并启动级联反应。

如果将上述受体的功能与酶-底物间的相互作用相比较,可见它们在本质上是不同的。底物虽然也能被酶特异性识别,但两者间并非简单的结合,底物作为酶促反应中的“反应物”被代谢为一种新的分子(产物)。虽然酶也具有识别和结合底物的功能,但它的真正作用是生物催化,并不能传递信息。从这个意义上讲,酶只是起着相应底物的“受纳体”(acceptor)的作用。

因此,对于受体可做如下概括:受体是细胞膜或细胞内的一些能首先与生物活性分子(药物、毒素、神经递质、激素和抗体等)相互作用的生物大分子。它们具有3 个相互关联的功能:①识别与结合,通过高亲和性和高特异性的化学反应过程,识别并结合与其结构上具有一定互补性的分子,即配体;②信号转导,受体-配体相互作用后,通过启动一系列的级联反应,将配体所携带的信号以另一种信号形式传递到酶、离子通道等效应器(effector);③生物学效应,使效应器的活性或结构发生相应的变化,产生相应的生物学效应。倘若受体与拮抗剂结合,则表现为阻断效应。

二、配体

与受体发生特异性结合的物质称为配体(ligand)。配体有内源性和外源性之分。

三、药物与受体反应的特征

迄今,在定量检测受体时,仍以放射性配基结合分析为基本方法。从受体与配体结合的角度看,受体应具有以下特征:

1.立体选择性(stereoselectivity)

是针对受体对配基的选择性而言的,亦称受体的立体特异性(stereospecificity)。绝大多数受体为蛋白质,其结合部位的氨基酸残基以一定的顺序形成特定的三维结构,因而能选择性地与一种或一类在结构上与其互补的配基分子相结合。

亲和力(affinity)是配体与受体结合牢固程度的量度。配体对受体的亲和力越高,占据受体结合部位所需配体的浓度越低。通常以解离常数(dissociation constant, K D )表示亲和力的大小,配体对受体结合的解离常数系指占据半数受体(或形成最大量受体-配基复合物的半量)时所需配体的浓度。显然, K D 值越小,配体对受体的亲和力越高。

由于受体具有选择性,化学结构不同的配体与受体结合时,配体的亲和力及其生物学效应互不相同。因此,配体又有完全激动剂(full agonist)、部分激动剂(partial agonist)和拮抗剂之分。L-肾上腺素分子中,带正电荷的N借助离子键与受体结合部位的阴离子相结合;羟基的氢与受体结合部位的电子对以氢键结合;苯环可能以范德瓦耳斯力(van der Waals force)与受体结合。换言之,L-肾上腺素分子中的H 原子以及不对称C 原子所结合的3个基团的空间排列恰恰能与受体中的3 个位点相契合,故可以相互作用,从而产生生物学效应。D-肾上腺素的分子结构中只有两点与受体相契合,故难以表现出与L-异构体相同的生物学效应。

2.饱和性(saturability)

受体是细胞的组分之一。不同的受体甚至同一受体在不同细胞中的数量存在很大差异,例如每个甲状腺滤泡上的促甲状腺激素受体结合位点约500个、每个肝细胞膜上的胰岛素受体结合位点约250000 个。然而对某一特定的受体来说,它在某一特定细胞中的数目有一定的限度,当配体浓度递增并达到某一浓度时,配体-受体结合反应达到平衡态,此即配体结合反应的饱和性。曾经认为,配体-受体结合达到饱和时产生最大效应。

3.可逆性(reversibility)

受体与配体间的结合绝大多数通过氢键、离子键及范德瓦耳斯力等非共价键维系,一般来说受体与配体的结合是可逆性的。换言之,已结合了配体的受体可被高亲和力的或高浓度的其他配体所置换。特殊条件下,极个别的天然配体与受体呈共价键方式结合,如α-银环蛇毒素与N 胆碱受体的结合导致呼吸肌麻痹。在科学研究中,使用一些能与受体共价结合的配体(例如光照使一个配基衍生物以共价键方式标记特异性受体蛋白)会收到令人称奇的科研成果。药理学实验中,巧妙使用酚苄明和莫索尼定可以制备出剔除α 1 受体而仅仅保留α 2 受体的标本。

4.高亲和力

一般认为受体-配体之间的相互作用呈现高亲和力特征。亲和力越高,专一性就越强。有人建议,配体的解离常数 K D 应在10 -12 ~10 -9 mol/L。但是由于机体的复杂性,对具体问题须进行具体分析。例如运动神经兴奋时,神经肌肉接头突触间隙中的乙酰胆碱浓度可高达10 -4 mol/L,而血液中的胰岛素浓度仅维持在10 -10 mol/L 的水平。虽然胰岛素与其受体的亲和力较乙酰胆碱高2000倍,却不能认为乙酰胆碱是一种低亲和力配体。在神经肌肉接头突触间隙中存在极其丰富的胆碱酯酶,极快速地分解乙酰胆碱,从而保证骨骼肌运动的精准和敏捷。机体为了平衡大量的胆碱酯酶,运动神经末梢必须快速释放大量的神经递质乙酰胆碱。因此在阻断胆碱酯酶和不干扰胆碱酯酶两种体系中,乙酰胆碱的 K D 值将发生显著改变。

5.竞争性拮抗剂

配体包括激动剂、部分激动剂和拮抗剂。与受体有高亲和力,同时也具有高内在活性,与受体结合后能产生最大效应的配体称为激动剂。能与受体结合,但无内在活性的配体称为拮抗剂;拮抗剂分为竞争性拮抗剂(competitive antagonist)和非竞争性拮抗剂(non-competitive antagonist)。生理条件下人体内尚未发现内源性拮抗剂,体内的抑制性反应均是通过激动某种受体而产生的。例如乙酰胆碱通过激动M 受体兴奋胃肠道平滑肌,乙酰胆碱亦可通过激动M 受体抑制心室肌收缩力。目前使用的拮抗剂(或称受体拮抗药)均为外源性物质,这类物质能与受体发生特异性结合,从而阻断受体与激动剂相互作用。若受体已与某种配体结合,当再加入高浓度的另一种配体(与已结合配体的化学结构相似)后,后者可将前者由受体上置换下来,此即竞争作用。在实验研究中,非竞争性拮抗剂也是一类很有用的工具药,它们虽不能与激动剂“竞争”同一结合部位,但能与受体所偶联的其他功能单位(如G 蛋白、离子通道等)相结合,从而改变激动剂的效应,成为阐明受体系统功能的重要手段之一。 F6CYLoCQzs8Sfiqh/zt2J8uKBNGhAFPffjZg1uVM1CbDOiW1m6GCo5TjI54ddnay

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