第四节　药物与受体

受体(receptor)是细胞在进化过程中形成的细胞蛋白组分，能识别周围环境中某种微量化学物质，首先与之结合，并通过中介的信息转导与放大系统，触发随后的生理反应或药理效应。自从langley 提出受体学说100年后，受体已被证实为客观存在的实体，类型繁多，作用机制多已被阐明，现在受体已不再是一个空泛笼统的概念。受体分子在细胞中含量极微，1mg 组织一般只含10fmol左右。能与受体特异性结合的物质称为配体(ligand)。受体仅是一个“感觉器”，对相应配体有极高的识别能力。受体-配体是生命活动中的一种偶合，受体都有其内源性配体，如神经递质、激素、自身活性物(autocoid)等。能激活受体的配体称为激动药(agonist)，能阻断其活性的配体称为拮抗药(antagonist)。根据受体与配体结合的高度特异性，受体被分为若干亚型，如肾上腺素受体又分为α₁、α₂、β₁和β₂等亚型，其分布及功能都有区别。受体与配体有高度亲和力，多数配体在1pmol～1nmol/l的浓度时即可引起细胞的药理效应。反应之所以如此灵敏主要是靠后续的信息转导系统，如细胞内第二信使(second messenger)的放大、分化及整合功能。酶、载体、离子通道及核酸也可与药物直接作用，但这些物质本身具有效应力，故严格地说不应被认为是受体。某些细胞蛋白组分可与配体结合，但没有触发效应的能力，称为结合体 (acceptor)。

一、受体动力学

受体动力学一般用放射性同位素标记的配体（l）与受体（r）做结合试验研究。取一定量组织，磨成细胞匀浆，分组加入不同浓度的放射性同位素标记的配体（药物），温孵待反应达平衡后，迅速过滤或离心分出细胞，用缓冲液洗去尚未结合的放射性配体，测定标本的放射强度，这是药物与细胞结合的总量，此后用过量冷配体（未用同位素标记的配体）洗脱特异性与受体结合的放射性配体再测放射强度，这是药物非特性结合量。将总结合量减去非特性结合量就可以获得l-r结合（b）曲线。如果l只与单一r可逆性结合，以b为纵座标，[l]为横座标，l-r结合曲线为直方双曲线（图2-5）。如将横座标改用log[l]（[]表示摩尔浓度）则呈典型的s形量效曲线。

按质量作用定律

（e代表效应）

反应达到平衡时

（k_d是解离常数）

因为[r_t]=[r]+[lr]（r_t为受体总量），代入上式并经推导得

由于只有lr才发挥效应，故效应的相对强弱与lr相对结合量成比例，即

按此公式以e为纵座标，log[l]为横座标作图，结果与实验数据图形完全一致。

当[l]=0时，效应为0，　

当[l]>>k_d时，[lr]/[r_t]=100%，达最大效能，即[lr]_max=[r_t]。

当[lr]/[r_t]=50%时，即ec₅₀时，k_d=[l]。

k_d表示l与r的亲和力（affinity），单位为摩尔。各药（l）与r亲和力不同，k_d越大时亲和力越小，二者成反比。令pd₂=-logk_d则其值不必用摩尔单位、数值变小且与亲和力成正比，在半对数座标上也较易理解，故pd₂较为常用。

药物与受体结合产生效应不仅要有亲和力，还要有内在活性(intrinsic activity),后者用α表示，0≤α≤100%。故上述公式应加入这一参数：e/e_max⁼ α[lr]/[r_t]。两药亲和力相等时其效应强度取决于内在活性强弱，当内在活性相等时则取决于亲和力大小（图2-6）。

将上述受体动力学基本公式（[lr]/[r_t]=[l]/k_d+[l]）加以推导改变可将s形量效曲线改变为直线关系，使计算方便很多也准确很多：

1．双倒数图　将上述基本公式两侧取倒数后加以推导得1/[lr]=k_d/[l][r_t]+1/[r_t]。以1/[lr]为纵座标、1/[l]为横座标作图得直线（图2-7）,斜率为k_d[r_t],即k_d/e_max，与纵座标交点为1/[r_t]，即1/e_max ，与横座标交点为-1/k_d。

2．scatchard图 推导得公式[lr]/[l]=[r_t]/k_d-[lr]/k_d以[lr]/[l]，为纵座标，[lr]为横座标作图也呈直线（图2-8），斜率为-1/[k_d] ，与纵座标交点为[r_t]/k_d，与横座标交点为[r_t]。

这些直线关系图解在受体研究中有重要用途，也可加深对受体动力学的理解

图2－6   药物与受体的亲和力及其内在活性对量效曲线的影响
a图  a,b,c三药与受体的亲和力（pd2）相等，但内在活性（e_max）不等
b图 a,b,c 三药与受体的亲和力（pd2）不等，但内在活性（e_max）相等

图2－7  受体结合量效关系的双倒数作图

图2－8  受体结合量效关系的scatchard作图

一些活性高的药物与相应受体结合的量效曲线 （b-log[l]曲线）并不一定与结合后产生效应的量效曲线（e-log[l]曲线）相重合。因为这类药物只需与一部分受体结合就能发挥最大效应（e_max），剩余下未结合的受体为储备受体(spare receptor)。这对理解拮抗药作用机制有重要意义，因为这类拮抗药必须在完全占领储备受体后才能发挥其拮抗效应。

受体激动药（l）对相应受体有较强的亲和力，也有较强的内在活性，α达100%。受体拮抗药（i）虽然也有较强的亲和力，但缺乏内在活性，α=0，本身不能引起效应，却占据一定量受体，拮抗激动药的作用。竞争性拮抗药(competitive antagonist)能与激动药互相竞争与受体结合，这种结合是可逆性的。在实验中如果l与i同时存在则[r_t]=[r]+[lr]+[ir]，代入上述基本公式并加推导得

可见l和i同时存在时，如l这一因素固定不变，药理效应大小取决于[i]/k₁（k₁是i的解离常数）。[i]越高及（或）k₁越小时效应越弱，即拮抗效果越强。当[l]>>[i]时，[lr]/[r_t]→100%，这就是竞争性拮抗药使量效曲线平行右移（e_max不变）的理论解释（图2-9）。

在有一定量的竞争性拮抗药[i]存在时，增加[l]至[l’]仍可使药理效应维持在原来单用[l]时的水平。据此，

将之推导得

[l’]/[l]是剂量比 (dose ratio)，即将[l]增加[l’]/[l]倍就能克服[i]的拮抗作用。该比值也取决于[i]/k₁而与[l]绝对值或k_d无关。将此公式两侧取log，并以log（[l’]/[l]-1）为纵座标、以-log[i]为横座标作图，呈直线，斜率为1，与横座标交点为-logk₁，即pa₂此即schild 图（图2-10）。按schild定义，拮抗参数pa_x是指剂量比为x时竞争性拮抗药浓度的负对数值。常用pa₂，即 [l’]/[l]=2时的数值，则pa₂=-log[i]=-logk₁，些参数反映拮抗药的拮抗强度，其值越大表示拮抗作用越强。

图2-9 竞争性拮抗药（a图）、非竞争性拮抗药（b图）及部分
激动药（d图）对激动药（虚线）量效的影响及激动药（c图）
对部分激动药（虚线）量效曲线的影响

图2-10 竞争性拮抗作用的schild作图

非竞争性拮抗药(noncompetitive antagonist)与r结合非常牢固，分解很慢或是不可逆转，使能与l结合的r数量减少。另一类非竞争性拮抗药可阻断受体后某一中介反应环节而使受体-效应功能容量减少。二者共同特点是使量效曲线高度（e_max）下降。但l与剩余的r结合动力学不变，即k_d不变。在双倒数图中更易看出这一关系（图2-11）。

图2-11 竞争性拮抗作用与非竞争性拮抗作用比较
a图 量效曲线 b图 双倒数曲线
x 单用激动药 y 竞争性拮抗药对激动药的拮抗作用
z 非竞争性拮抗药对激动药的拮抗作用

还有一类药物称为部分激动药(partial agonist)和r结合的亲和力不小，但内在活性有限，α<100%，量效曲线高度（e_max）较低。与激动药同时存在时，当其浓度尚未达到e_max时，其效应与激动药协同，超过此限时则因与激动药竞争r而呈拮抗关系，此时激动药必需增大浓度方可达到其最大效能。可见部分激动药具有激动药与拮抗药两重特性。（图2-9c、d）

目前放射性配体-受体结合技术已普遍用于受体研究，但必需和药理效应实验结合进行才有意义。

为什么化学结构类似的药物作用于同一受体有的是激动药，有的是拮抗药，还有的是部分拮抗药？还可用二态模型(two-state model) 学说解释。按此学说，受体蛋白有两种可以互变的构型状态：静息状态（r）与活动状态（r^*）（图2-12）。静息时平衡趋向r。活动药只与r^*有较大亲和力，l-r^*结合后充分发挥药理效应。部分激动药（p）与r及r^*都能结合但对r^*的亲和力大于对r的亲和力，故只有部分受体被激活而发挥较小的药理效应。拮抗药对r及r^*亲和力相等，且能牢固结合，但保持静息状态时两种受体状态平衡，拮抗药不能激活受体但能阻断激动药作用。个别药物（如苯二氮类）对r亲和力大于r^*，结合后引起与激动药相反的效应，称为超拮抗药(superantagonist)。这一学说容易理解，但有待进一步实验证实。

二、受体类型

根据受体蛋白结构、信息传导过程、效应性质、受体位置等特点，受体大致可分为下列4类：

1. 含离子通道的受体　又称直接配体门控通道型受体，它们存在于快速反应细胞的膜上，由单一肽链反复4次穿透细胞膜形成1个亚单位，并由4～5个亚单位组成穿透细胞膜的离子通道，受体激动时离子通道开放使细胞膜去极化或超极化，引起兴奋或抑制效应。最早发现的n型乙酰胆碱受体就是由α×2、β、γ、δ5个亚单位组成的钠离子通道，在α亚单位上各有一个乙酰胆碱结合点（图2-13a）与乙酰胆碱结合后，钠离子通道开放，胞外钠离子内流、细胞膜去极化、肌肉收缩。这一过程在若干毫秒内完成（钠离子通道开放时间仅1ms)。脑中γ氨基丁酸(gaba)受体情况类似，其他如甘氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸受体都属于这一类型。

2．g-蛋白偶联受体　这一类受体最多，数十种神经递质及激素的受体需要g-蛋白介导其细胞作用，例如肾上腺素、多巴胺、5-羟色胺、m-乙酰胆碱、阿片类、嘌呤类、前列腺素及一些多肽激素等的受体，这些受体结构非常相似，都为单一肽链形成7个α-螺旋来回穿透细胞膜，n-端在细胞外，c-端在细胞内，这两段肽链氨基酸组成在各种受体差异很大，与其识别配体及转导信息各不相同有关。胞内部分有g-蛋白结合区（图2-13b）。g-蛋白(g-protein)是鸟苷酸结合调节蛋白的简称，存在于细胞膜内侧，由三个亚单位组成。主要有两类，其一为兴奋性g-蛋白（g_s），霍乱弧菌毒素能使之活化，激活腺苷酸环化酶（ac）；另一为抑制性g-蛋白（g_i），抑制ac，百日咳杆菌素抑制之。g-蛋白还介导心钠素及no对鸟苷酸环化酶（gc）的激活作用。此外g-蛋白对磷脂酶c、磷脂酶a₂、ca²⁺、k⁺离子通道等有重要调节作用。一个受体可激活多个g-蛋白，一个g-蛋白可以转导多个信息给效应机制，调节许多细胞功能。

3．具有酪氨酸激酶活性的受体　这一类细胞膜上的受体由三个部分组成（图2-13c），细胞外有一段与配体结合区，中段穿透细胞膜，胞内区段有酪氨酸激酶活性，能促其本身酪氨酸残基的自我磷酸化而增强此酶活性，再对细胞内其他底物作用，促进其酪氨酸磷酸化，激活胞内蛋白激酶，增加dna及rna合成，加速蛋白合成，从而产生细胞生长分化等效应。胰岛素、胰岛素样生长因子、上皮生长因子、血小板生长因子及某些淋巴因子(lymphokines)的受体属于这一类型。

4．细胞内受体　甾体激素受体存在于细胞浆内，与相应甾体结合后分出一个磷酸化蛋白，暴露与dna结合区段，进入细胞核能识别特异dna碱基区段并与之结合促进其转录及以后的某种活性蛋白增生（图2-13d）。甲状腺素受体存在于细胞核内，功能大致相同。这两种受体触发的细胞效应很慢。需若干小时。

        a.直接配体门控通道型

图2-13 受体类型示意图

三、第二信使

受体在识别相应配体并与之结合后需要细胞内第二信使(second messenger) 将获得信息增强、分化、整合并传递给效应机制才能发挥其特定的生理功能或药理效应。最早发现的第二信使是环磷腺苷（camp），现在知道还有许多其他物质参与细胞内信息转导。这是一个非常复杂的系统，简示如下（图2-14），很多问题尚有待进一步阐明。

1．g-蛋白　g蛋白是一类存在于细胞膜内侧的调节蛋白，都是由三个不同亚单位α、β、γ组成的三聚体。静息状态时与gdp结合。相应受体激活后gdp-α、β、γ复合物在mg²⁺参与下，结合的gdp与胞浆中gtp交换，gtp-α与β、γ分离并与相应的效应机制结合，同时配体与受体分离。α亚单位内在的gtp酶活性促使gtp水解为gdp，激活效应机制，从而恢复原来静息状态（图2-15）。g_s激活腺苷酸环化酶（ac），使camp增加。gi抑制ac，使camp减少，g-蛋白还激活磷脂酶c（plc），调节ca²⁺、k⁺等离子通道。对鸟苷酸环化酶也有激活作用，作用非常广泛，介导多种效应。近来发现g-蛋白还介导激活磷脂酶a₂（pla₂）而产生花生四烯酸（aa），后者是各种前列腺素及白三烯的前体。

图2-14 第二信使系统示意图

2. 环磷腺苷（camp）　camp是atp经ac作用的产物。β受体、d₁受体、h₂受体等激动药通过g_s作用使ac活化，atp水解而使细胞内camp增加。α受体、d₂受体、mach受体、阿片受体等激动药通过gi作用抑制ac，细胞内camp减少。camp受磷酸二酯酶(phosphodiesterase，pde)水解为5’amp后灭活。茶碱抑制pde而使胞内camp增多。camp能激活蛋白激酶a （pka）而使胞内许多蛋白酶磷酸化（atp提供磷酸基）而活化，例如磷酸化酶、脂酶、糖原合成酶等活化而产生能量。钙离子通道磷酸化后激活，钙离子内流而使神经、心肌、平滑肌等兴奋。

图2-15 g-蛋白作用示意图

3．环磷鸟苷（cgmp）　cgmp是gtp经鸟苷酸环化酶（gc）作用的产物，也受pde灭活。cgmp作用与camp相反，使心脏抑制、血管舒张、肠腺分泌等。cgmp可以独立作用而不受cgmp制约。cgmp可激活蛋白酶g而引起各种效应。

4．肌醇磷脂(phosphatidylinositol)　细胞膜肌醇磷脂的水解是另一类重要的受体信息转导系统。α、h₁、5-ht₂、m₁、m₃等受体激动药与其受体结合后通过g-蛋白介导激活磷脂酶c（plc）plc使4,5-二磷酸肌醇磷脂（pip₂）水解为二酰甘油（dag）及1,4,5-三磷酸肌醇(ip₃)。dag在细胞膜上激活蛋白激酶c（pkc），使许多靶蛋白磷酸化而产生效应，如腺体分泌，血小板聚集，中性粒细胞活化及细胞生长、代谢、分化等效应。ip₃能促进细胞内钙池释放ca²⁺，也有重要的生理意义。

5．钙离子　细胞内ca²⁺浓度在1μmol/l以下，不到血浆ca²⁺的0.1%，对细胞功能有着重要的调节作用，如肌肉收缩、腺体分泌、白细胞及血小板活化等。细胞内ca²⁺可从细胞外经细胞膜上的钙离子通道流入，也可从细胞内肌浆网等钙池释放，两种途径互相促进。前者受膜电位、受体、g-蛋白，蛋白激酶a（pka）等调控，后者受ip₃作用而释放。细胞内ca²⁺激活蛋白激酶c（pkc），与dag有协同作用，共同促进其他信息传递蛋白及效应蛋白活化。很多药物通过对细胞内ca²⁺影响而发挥其药理效应，故对细胞内ca²⁺调控及其作用机制近年来受到极大的重视。

四、受体的调节

受体虽是遗传获得的固有蛋白，但并不是固定不变的，而经常代谢转换处于动态平衡状态，其数量，亲和力及效应力经常受到各种生理及药理因素的影响。连续用药后药效递减是常见的现象，一般称为耐受性(tolerance)、不应性(refractoriness) 、快速耐受性(tachyphylaxis) 等。由于受体原因而产生的耐受性称为受体脱敏(receptor desensitization)。n₂-ach受体在受激动药连续作用后若干秒内发生脱敏现象，这是由于受体蛋白构象改变，钠离子通道不再开放所致。β-adr受体脱敏时不能激活ac是因为受体与g-蛋白亲和力降低，或由于camp上升后引起pde负反馈增加所致。具有酪氨酸激酶活性的受体可被细胞内吞(endocytosis)而数目减少，这一现象称为受体数目的向下调节(down regulation)。受体与不可逆拮抗药结合后其后果等于失去一部分受体，如银环蛇咬伤中毒时，n₂-ach受对激动药脱敏。与此相反，在连续应用拮抗药后受体会向上调节(up regulation)，反应敏化。例如长期应用β-adr受体拮抗药后，由于受体向上调节，突然停药时会出现反跳反应。

（中山医科大学 孙家钧）

校对时间:00-09-22 16:37:26 白艳萍