第三节受体

第三节 受 体,3.1受体1878 Langley 阿托品与匹罗卡品(毛果芸香碱)对猫的唾液腺 相互拮抗1908 Ehrlich将细胞内与药物形成化合物的物质称为接受物质(Receptive substance),能接受药物的刺激，并传递刺激.受体receptor:存在于细胞膜上或细胞内能与特定物质结合并传递信息引起生物效应的细胞成分（蛋白组分）。能识别底物和引发生物学效应是两大特征。,1,配体（ligand):能与受体结合的物质，包括神经递质、激素、自体活性物质和各种药物。Hot ligand： Binding affinity is usually determined through the use of a radiolabeled ligand called a hot ligand. Cold ligand：Homologous competitive binding experiments involve binding-site competition between a hot ligand and a cold ligand (untagged ligand),2,3.2 受体的类型细胞膜受体：位于靶细胞膜上，如胆碱受体、胰岛素受体胰高血糖素、生长激素、催产素、抗利尿激素、生长激素释放素、促甲状腺素释放素等多肽类激素及肾上腺素、去甲肾上腺素等儿茶酚胺类的受体及乙酰胆碱的受体都是膜受体等 .胞浆受体：如未活化的糖皮质激素受体与Hsp90或Hsp70等蛋白结合，存在于胞浆内（可与配体结合，Hsp解离，活化的GR受体二聚，并进入细胞核，固亦是核受体） 胞核受体：位于靶细胞核内，如甲状腺素、雌激素受体、雄激素受体等。,3,3.2.1膜受体,离子通道受体：（ion channel）离子通道是胞膜上一些亲水性蛋白质微孔道，它能让特定的离子如钙离子和钾离子通过，形成电压梯度，控制这些离子进出细胞。具有受体的特性：能选择性结合离子并介导反应。 离子通道的开放和关闭，称为门控(gating).G蛋白偶联受体单次跨膜螺旋受体,4,(1)电压门控性(voltage-gated) 因膜电位变化开启和关闭，主要有K+、Na+、Ca2+ 、Cl-通道4种类型，各型又分若干亚型.(2)配体门控性(ligand-gated 由递质与通道蛋白质受体分子上的结合位点结合而开启，以递质受体命名，如乙酰胆碱受体通道、谷氨酸受体通道、门冬氨酸受体通道等. 非选择性阳离子通道(non-selectivecationchannels)系由配体作用于相应受体而开放，同时允许Na+ 、 Ca2+ 或K+通过，属于该类.(3)其它类型:机械门控性(mechanogated;钙激活钾离子通道等,离子通道种类,5,钙离子对于心肌细胞的兴奋和收缩有重要作用。钙离子通道阻滞剂 1960年世界上第一个钙离子通道阻滞剂-维拉帕米问世 阻止钙离子进入血管平滑肌细胞，解除血管平滑肌的持续紧张状态，松驰血管，达到降低血压的目的,6,钾离子通道在所有可兴奋性和非兴奋性细胞的重要信号传导过程中具有重要作用，其家族成员在调节神经递质释放、心率、胰岛素分泌、神经细胞分泌、上皮细胞电传导、骨骼肌收缩、细胞容积等方面发挥重要作用.已经发现的钾通道病有常染色体显性良性家族性新生儿惊厥(benignfamilialneonatalconvulsions，BFNC)、1-型发作性共济失调(episodicataxiatype1)、阵发性舞蹈手足徐动症伴发作性共济失调(paroxysmalchoreoathetosiswithepisodicataxia)、癫痫等.(任何一个简单的运动必须有主动肌、对抗肌、协同肌和固定肌四组肌肉的参与才能完成，并有赖于神经系统的协调和平衡。共济失调是指肌力正常的情况下运动的协调障碍。),钾通道病,7,正常人的心电图,P 心房去极化QRS 心室去极化ST, T 心室复极化,长QT综合症:一组有遗传倾向、以心室复极延长（QT间期延长）为特征、易发生尖端扭转性室性心动过速（TdP）、心室颤动和心源性猝死的综合症发病率万分之二(罕见病），我国LQTS基因缺陷约20万人,8,QT间期延长有先天性和获得性两种，获得性QT延长的原因：药物；左室肥厚；扩张型心肌病；慢性心力衰竭；心动过缓；低钾；脑卒中；全身代谢性疾病如甲减常用的有40多种非心脏科用药可引起QT间期延长：抗心率失常药物奎尼丁、普鲁卡因胺，氟卡尼，普罗帕酮，索他洛尔，胺碘酮；抗抑郁药氟西汀，帕罗西汀，舍曲林；抗组胺药特非那定（撤市）、阿斯咪唑（撤市）；抗感染药物大环内酯红霉素、克拉霉素、氟喹诺酮、咪唑类抗真菌药物酮康唑、伊曲康唑、氟康唑；抗精神病药物氟哌啶醇、硫利达嗪、美索达嗪、齐拉西酮、氯丙嗪；抗肿瘤药物三氧化二砷；胃肠道用药西沙必利（撤市）等，抗组胺药苯海拉明，格帕沙星就因为心脏毒性被撤市。,9,2018/6/4,10,hERG钾离子通道抑制,撤市,10,钠离子通道在大多数兴奋细胞动作电位的起始阶段起重要作用.已经发现的钠通道病有高钾型周期性麻痹、正常血钾型周期性麻痹、部分低钾型周期性麻痹、先天性副肌强直、各型钾加重的肌强直、先天性肌无力、3-型长QT综合症、1-型假性醛固酮减少症、Liddle综合征、全面性癫痫热性发作叠加症(generalizedepilepsywithfebrileseizuresplus)等,钠通道病,11,氯通道病,氯离子通道广泛分布于机体的兴奋性细胞和非兴奋性细胞膜及溶酶体、线粒体、内质网等细胞器的质膜，在细胞兴奋性调节、跨上皮物质转运、细胞容积调节和细胞器酸化等方面具有重要作用.已经发现的氯通道病有先天性肌强直(Thomsen型)、隐性遗传全身性肌强直(Becker型)、囊性纤维化病、遗传性肾结石病、3-型Bartter综合征(巴特综合征即Bartter综合征以低血钾性碱中毒,血肾素、醛固酮增高但血压正常,肾小球旁器增生和肥大为特征。早期表现为多尿、烦渴、便秘、厌食和呕吐)等.,12,钙通道病,钙离子通道广泛存在于机体的不同类型组织细胞中，参与神经、肌肉、分泌、生殖等系统的生理过程.已经发现的钙通道病有家族性偏瘫型偏头痛、低钾型周期性瘫痪、2-型发作性共济失调、6-型脊髓小脑共济失调、中央脊髓性肌病(centralcorediseaseofmuscle)、恶性高热、Lambert-Eaton肌无力综合征、癫痫等,13,G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors/serpentine receptor)/seven transmembrane domain receptors) GPCR是人体内最大的受体蛋白家族，其成员数量已超过2000。 仅存在于真核生物中，包括酵母、植物、领鞭毛虫、动物。 与许多疾病密切相关，近一半的药物以此为靶标。,14,GRCR结构：一条肽链的糖蛋白，其N端在细胞外侧，C端胞内，中段形成七个跨膜螺旋结构和三个细胞外环与三个细胞内环。这类受体的特点是其胞浆面第三个环能与鸟苷酸结合蛋白（guanylate binding Protein，简称G蛋白）相偶联，从而影响腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC）或磷脂酶C等的活性，使细胞内产生第二信使。GPCRs的序列相似性较低,15,GPCR根据序列和功能相似性可以分为六类,Class A (or 1) 视紫质类似受体(Rhodopsin-like) 最大一类，又可分为19亚类Class B (or 2) 分泌素受体(Secretin receptor family) Class C (or 3) 代谢型谷氨酸受体(Metabotropic glutamate/pheromone) Class D (or 4) 真菌交配外激素受体(Fungal mating pheromone receptors) Class E (or 5) 环腺苷酸受体(Cyclic AMP receptors) Class F (or 6) 卷曲平滑受体(Frizzled/Smoothened),16,GPCRs介导众多细胞信号传导事件，受各种因素诱导，如激素、神经递质、光、气味、味道，等等。它们之所以被称为GPCRs，是因为它们和细胞的G蛋白发生相互作用。G蛋白系统是许多信号传递途径的中心环节，因此也就成了众多药物和毒素攻击的靶位点。,17,G蛋白是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由三亚基组成。它们是亚基（45kD）亚基（35kD）和亚基（7kD）。G蛋白有两种构象，一种以三聚体存在并与GDP结合，为非活化型；另一种构象是亚基与GTP结合并导致二聚体的脱落，此型为活化型。,18,常见的有激动型G蛋白（stimulatory G protein，Gs）、抑制型G蛋白（inhibitory G protein，Gi）和磷脂酶C型G蛋白（PIProtein，Gp）。不同的G蛋白能特异地将受体和与之适应的效应酶偶联起来。各种G蛋白的亚基均有一个霍乱毒素或百日咳毒素进行ADP核糖基化的修饰部位。这两种细菌毒素能改变G蛋白的功能。霍乱毒素能与G蛋白处在关键位置的核苷结合，激活腺苷酸环化酶AC，使G蛋白处于持续活化状态，破坏肠细胞液体平衡的正常调控。感染者因身体丧失水，钠和氯化物而脱水。 ；百日咳毒素则能激活Gi而抑制AC。,19,/molecule/gprotein/gproteins2.asp,20,G蛋白位于细胞膜内表面。当受体同激素或神经递质结合后，信息传递过程起始。如结合肾上腺素后，受体首先改变形状，与细胞内非活性状态的G蛋白结合 。这种结合使G蛋白放弃GDP，接受GTP。 GTP使一个小的环状结构（图中红色表示）变形，G蛋白分解成两部分其中携带GTP的亚基沿膜移动直至遇到腺苷酸环化酶，小的环状结构 与腺苷酸环化酶结合并将其激活。活化后的腺苷酸环化酶产生大量cAMP(环腺苷酸)分散到细胞内传达信息。最终，GTP水解成GDP，G蛋白重新组装，恢复非活性状态。,21,22,。这种信号传递途径的最大优点是使信号加强。与信号传递链中的酶（如腺苷酸环化酶）结合后，细胞外微弱的信号在胞内被转换成强信号。在前面的例子中，仅一个肾上腺素分子就可以激生大量的cAMP. 该类受体的信息传递可归纳为：激素受体G蛋白酶第二信使蛋白激酶酶或功能蛋白生物学效应。此类受体分布极广，主要参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控。,23,常见的作为药物靶标的G蛋白偶联受体肾上腺素受体血管紧张素受体阿片受体多巴胺受体趋化因子受体CCR4/CCR5M型乙酰胆碱受体 5-羟色胺受体 (5HT3除外,属配体门控离子通道 )大麻受体CB1,24,单个跨膜螺旋受体：主要有酪氨激酶受体型和非酪氨酸蛋白激酶受体型。前者为催化受体（catalytic receptor）（如胰岛素受体和表皮生长因子受体等），它们与配体结合后即有酪氨酸蛋白激酶活性，既可导致受体自身磷酸化，又可催化底物蛋白的特定酪氨酸残基磷酸化；后者（如生长激素受体、干扰素受体）与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性。这类受体全部为糖蛋白且只有一个跨膜螺旋结构。酶联受体:这种受体蛋白既是受体又是酶，一旦被配体激活即具有酶活性并将信号放大，又称催化受体(catalytic receptor)。,25,蛋白酪氨酸激酶,受体型：受体酪氨酸激酶（receptor protein tyrosine kinases，RPTKs）的胞外区是结合配体结构域，配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。胞内段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位点 。配体（如EGF）在胞外与受体结合并引起构象变化，导致受体二聚化（dimerization）形成同源或异源二聚体，在二聚体内彼此相互磷酸化胞内段酪氨酸残基，激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性。这类受体主要有EGFR, PDGFR, FGFR, VEGFR等。,非受体型：以src基因产物为代表，此外还有Yes、Fyn、Lck、Fgr、Lyn、Fps/Fes及Ab1等。src家族PTKs缺乏胞外及跨膜序列，因此这些src家族PTKs通过其N末端与细胞膜表面蛋白的胞浆内结构域相连接，从而发挥信号转导作用,26,受体型酪氨酸激酶,根据结构不同，可分为9种类型，常见的有4种类型 （1）表皮生长因子受体（EGFR）家族：EGF-R家族成员包括EGF-R（分子量为170kDa，广泛表达于多种组织细胞中）、erbB2/neu 及erbB-3基因表达产物。其家族成员的特点是在胞膜外有两个富含半胱氨酸的区域，胞浆内含有一个有酪氨酸激酶活化性的区域。 （2）胰岛素受体家族：其家族成员包括胰岛素受体（insulin receptor,IR）、胰岛素样生长因子-1受体（insulin-like growth factor-1 receptor,IGF-1R）以及胰岛素相关受体（insulin related receptor,IRR）。胰岛素受体家族成员是由二个亚单位和二个亚单位通过链间二硫键形成的异源四聚体。其中亚单位为配体结合部位；亚单位的胞浆内部分含有酪氨酸激酶活性区域。,27,（3）PDGF/MCSF/SCF受体家族：其家族成员包括血小板衍生的生长因子受体（PDGF-R）、PDGF-R、巨噬细胞集落刺激因子受体（M-CSFR）以及干细胞生长因子受体（SCFR）。以上成员的特点是胞膜外含有5个免疫球蛋白样结构域，胞浆内含有两个呈串联结构的酪酸激酶功能区。 （4）成纤维细胞生长因子受体（FGFR）家族：FGFR家族成员有FGFR1、FGFR2、FGFR3以及FGF4。它们的特点是在胞膜外含有3个免疫球蛋样结构域，其中在第1和第2结构域之间有一个含8个连续的酸性氨基酸结构，又称酸性盒结构域（acid box domain）；胞浆内含有两个呈串联结构的酷氨酸激酶功能区。,28,（二）胞内受体胞内受体多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合,调节基因转录。能与此型受体结合的信息物质有类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等。胞内受体通常为纵400-1000个氨基酸残基组成的单体蛋白质，包括四个区域: 1高度可变区：位于N末端，含25-603个氨基酸残基，具转录激活作用。多数受体的这一区域还是抗体结合部位。2DNA结合区：有6668个氨基酸残基，富含半胱氨酸并有锌指结构，它能顺 DNA螺旋旋转并与之结合。3激素结合区：位于C末端，由220250个氨基酸残基构成，其作用包括与配体结合；与热休克蛋白结合；使受体二聚化；激活转录。4铰链区：为一短序列，可能有与转录因子相互作用和触发受体向核内移动的功能。,29,受体的特性饱和性：受体在生物体内的数量是有限的，当配体到达一定浓度时，即使在增加，与受体的结合值也不再改变。 特异性：特定的受体只与某种特定的配体结合，受体接合部位与配体的结构具有专一性，从而产生特定的效应。 可逆性：配体与受体的结合是可逆的。从配体-受体复合物中解离出来的配体和受体结构不发生变化。,30,高亲和力：受体对其配体的亲和力很高，相当于内源性配体的生理浓度，表观离解常数在nmol/L的水平。 区域分布性：受体在生物体不同组织或同一组织的不同区域的分布密度不同。 具有内源性配体：生物体内存在受体的内源性配体，如内源性递质、激素等。 与配体结合后有生理活性：无论配体是内源性的还是药物，与受体结合后，二者形成配体-受体复合物，从而传低信号引起一系列的生理、生化效应。,31,孤儿受体指的是暂时没有找到对应配体的受体。高通量的方法，分离出相应的天然配体去孤儿化，谓之孤儿受体策略，对孤儿受体的研究意味着发现其尚未了解的内源性配体，对生命科学的研究和发展具有深远的影响。,32,受体的活性调节若受体的数目减少和（或）对配体的结合力降低与失敏，称之为受体下调（down regulation），反之则称为受体上调（Up regulation）。受体活性调节的常见机制有：1磷酸化和脱磷酸化作用：受体磷酸化和脱磷酸化在许多受体的功能调节上起重要作用。如胰岛素受体和表皮生长因子受体分子的酪氨酸残基被磷酸化后，能促进受体与相应配体结合。而磷酸化则足以使类固醇激素受体无力与其配体结合。2膜磷脂代谢的影响：膜磷脂在维持膜流动性和膜受体蛋白活性中起重要作用。质膜的磷脂酰乙醇胺被甲基化转变成磷脂酰胆碱后，可明显增强肾上腺素受体激活腺苷酸环化酶的作用。 3酶促水解作用：有些膜受体可通过内化（internalization）方式被溶酶体降解。4G蛋白的调节：G蛋白可在多种活化受体与腺苷酸环化酶之间起偶联作用，当一受体系统被激活而使cAMP水平升高时，就会降低同一细胞受体对配体的亲和力。,33,3.2激动作用与拮抗作用 K为反应速率， K1/K2 亲和力(affinity) K3数值愈大，即愈易生成产物或效应。每单位复合物产生的最大效应称为内在活力(Intrinsic activity),34,Intrinsic activity: Intrinsic activity is the maximal stimulatory response induced by a compound in relation to that of a given reference compound.Intrinsic activity, which is a drug and tissue parameter, cannot be used as a characteristic drug parameter for classification of drugs or drug receptors.,35,Agonist：药物对受体的亲和力很强，内在活力也较大，能激活整个受体分子使其产生生物效应，称激动作用，这药物称激动剂.Antagonist：对受体亲和力很强，但内在活力为零，于是占去了受体，阻断了信息分子的作用，不使其产生生物效应,36,Inverse agonist 反相激动剂:与激动剂作用于同一个受体,但产生相反的作用,也称为负拮抗剂.Partial agonist：对受体亲和力很强，内在活力不是零，但也数值不大，一方面产生程度上不强的效应，一方面又阻断了信息分子的生物效应，表现为部分激动效应，这药物称部分激动剂.,37,药物与受体相互作用,共价键静电作用离子-偶极和偶极-偶极作用氢键电荷转移复合物疏水作用范德华力,38,药物-受体相互作用学说,占领学说 1933年J. Clark首次用数学公式来描述药物与受体相互作用.“占领理论”形成雏形。激动剂通过占领受体来引起生物学反应。A+R-AR， 公式1：Ka=AR/AxR受体总数目Rt=R+AR，如果假定药物反应全部是通过激动剂所占据的受体数目（AR）来决定的，则药物反应可以看作受体总数的一个分数：药物反应=AR/Rt=AR/(R+AR) R=AR/(AxKa) 代入药物反应公式，药物反应=A/(A+1/Ka),39,该学说的两个假定：(1)对药物的最大反应等同于最大的组织反应；（2）受体占有与组织反应呈绝对线性关系。（组胺和组胺受体的反应为抛物线关系）不能合理解释部分激动剂和反相激动剂 Ariens于1954年引入“内在活性()”的概念。他认为弱激动剂可以产生最大受体反应（占领所有受体），但该反应低于最大组织反应。,40,1956年Stephenson引入“效能”（efficacy）概念。他认为激动剂通过占领受体来刺激生物系统而产生反应，而该刺激的强度是由该激动剂本身的特性效能来决定的。 1966年，Furchgott引入“内在效能(intrinsic efficacy)”概念，将组织反应的效能与激动剂受体复合物的效能分开。,41,Efficacy:is the property of a compound that produces the maximum response or the ability of the drug-receptor complex to initiate a responseAffinity: is a measure of the capacity of a drug to bind to the receptor, and is dependent on the molecular complementarity （互补）of the drug and the receptor.,42,43,亲和力和效能之间没有对应关系拮抗剂可以有很高的亲和力，但没有效能强效激动剂亲和力可以低于部分激动剂或者拮抗剂激动剂、拮抗剂或者部分激动剂的划分是依赖于生物系统的反应，一个某受体的激动剂在另一个受体中可能是拮抗剂,44,占据学说的缺陷不能解释为什么激动剂和拮抗剂占据同一个受体作用却不同不能解释同一个药物作用于相同受体，但在不同组织中的作用却不同效能的概念，只作为一个比例常数进行使用却不涉及具体的分子机制 许多受体蛋白存在许多的构象，是动态的而不是静态的，无法用受体占领理论中一个简单的R来表示的,45,速率理论 Rate theory 受体的活化与单位时间内药物与受体之间相遇的次数呈比例关系，即与药物与受体的联合、解离（association and dissociation）的速率相关。 不能解释不同类型的化合物为什么有不同的特性,46,诱导契合理论 酶对于它所作用的底物有着严格的选择,它只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物,使这些化合物发生生物化学反应。激动剂能改变构象，拮抗剂不改变构象。 修正：底物一旦结合上去,就能诱导酶蛋图白的构像发生相应的变化,从而使酶和底物契合而形成酶-底物络合物,这就是“诱导契合学说”。,47,大分子微扰学说 Macromolecular perturbation theory药物与受体相互作用时，有两种干扰方式：特殊构象方式：对特定的分子结合产生生物效应，如激动剂非特殊构象方式：容纳其它分子，不产生效应，如拮抗剂药物作用两种方式共存时为部分激动剂。反相激动剂？,48,活化聚集理论 ActivationAggregation theory受体处于一个活化形式和非活化形式平衡的状态，激动剂作用于活化形式并使平衡往活化方向移动，拮抗剂作用于非活化形式并使平衡向非活化方向移动激动剂和拮抗剂可以作用于不同位点反相激动剂？,49,组胺受体抗体:机体遇到蛋白质等外来物质入侵，常会发生反应，产生抗体(蛋白质)以中和入侵的物质。抗原:入侵的物质叫做抗原，或反应原 .蛋白质、多糖等高分子物质,简单分子如药物、染料、疫苗、抗生素等都能成为反应原。过敏反应的表现包括有皮肤红肿、发痒发痛、头痛、面部或头部充血、流泪流涕、呼吸困难、血压降低、脉膊加速、恶心、胃肠收缩等。过敏症状包括的范围很广，花粉病、哮喘、血管神经性水肿、风疹块、红斑等,50,抗体也称免疫球蛋白（简称Ig）是一类可抵抗病原感染的蛋白类物质，有IgG、IgA、IgM、IgD及IgE五类，当中以IgG为主要抗体。IgG是分布最广的免疫球蛋白，它能够促进免疫细胞对病原体的吞噬；促进免疫细胞对肿瘤细胞或受感染细胞的杀伤和破坏。人体中，正常人血清IgG抗体的总浓度约135mmmL，每天需要合成253g才可以弥补抗体自然衰耗的不足。,51,过敏原触发分泌的抗体都是IgE。IgE本来为了攻击入侵的寄生虫如疟疾、血吸虫病、锥虫病等，IgE等的免疫机能对保护人体起着重要作用。但在寄生虫已经大多消灭的国家，IgE便攻击病原体以外的抗原，造成各种不同过敏症。,52,IgE对细胞有亲和性，促使钙离子流入细胞内，便导使细胞释放强效的化学活性物质，包括组胺(histamine)。机体内许多器官及组织都发生反应：平滑肌收缩，毛细血管壁渗透性增加，神经末梢反应因而引起皮肤红肿并发痒发痛、眼、鼻、肺及胃酸分泌增加，头痛、眩晕、心跳过快、血