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。