汪建國(guó)

（中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所 研究員 博導(dǎo)）

漁藥藥效學(xué)專題講座
——第一章 漁藥藥物效應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（3）

汪建國(guó)

（中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所 研究員 博導(dǎo)）

（二）藥物-受體學(xué)說(shuō)

1.占領(lǐng)學(xué)說(shuō) C1ark于1926年提出的占領(lǐng)學(xué)說(shuō)認(rèn)為：藥物效果與藥物占領(lǐng)受體數(shù)目成正比，藥物占領(lǐng)受體數(shù)目取決于細(xì)胞表面受體的密度和受體周圍的藥物濃度，當(dāng)全部受體被占領(lǐng)，即達(dá)到Emax。占領(lǐng)學(xué)說(shuō)只適用于激動(dòng)藥，但不能解釋2個(gè)激動(dòng)藥激動(dòng)同樣受體而產(chǎn)生不同的Emax。

1954年Ariens修正了占領(lǐng)學(xué)說(shuō)，他把決定藥物與受體結(jié)合時(shí)產(chǎn)生效應(yīng)的能力稱為內(nèi)在活性。藥物與受體結(jié)合不僅需要親和力，而且還需要內(nèi)在活性才能激動(dòng)受體而產(chǎn)生效應(yīng)。只有親和力而沒(méi)有內(nèi)在活性的藥物，雖可與受體結(jié)合，但不能激動(dòng)受體故不產(chǎn)生效應(yīng)。

1956年Stephenson又提出，藥物只占領(lǐng)小部分受體即可產(chǎn)生最大效應(yīng)，未經(jīng)占領(lǐng)的受體稱為儲(chǔ)備受體。因此，當(dāng)不可逆性結(jié)合或其它原因而喪失一部分受體時(shí)，并不會(huì)立即影響最大效應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)在活性不同的同類藥物產(chǎn)生同等強(qiáng)度效應(yīng)時(shí)，所占領(lǐng)受體的數(shù)目并不相等。激動(dòng)藥占領(lǐng)的受體必須達(dá)到一定閾值后才開始出現(xiàn)效應(yīng)。當(dāng)達(dá)到閾值后被占領(lǐng)的受體數(shù)目增多時(shí)，激動(dòng)效應(yīng)隨之增強(qiáng)。閾值以下被占領(lǐng)的受體稱為沉默受體。

2.速率學(xué)說(shuō) 1961年P(guān)aton 提出了受體速率學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為影響藥物效應(yīng)的大小的主要因素不是受體被占領(lǐng)數(shù)量的多少，而是藥物分子與受體的結(jié)合速率。認(rèn)為每當(dāng)一個(gè)藥物分子和受體相碰撞時(shí)即可產(chǎn)生一定量的刺激，并能被傳到相應(yīng)效應(yīng)器而產(chǎn)生效應(yīng)。使用這一學(xué)說(shuō)的簡(jiǎn)單之處在于，僅以受體-藥物結(jié)合和解離速率參數(shù)即可推算結(jié)果，無(wú)須使用內(nèi)在活性和效能等參數(shù)。但問(wèn)題在于這一學(xué)說(shuō)無(wú)法解釋藥物與受體多種類型的相互作用。故這一學(xué)說(shuō)被使用的范圍并不大。

3.二態(tài)模型學(xué)說(shuō) Kar1in A.和Changenx JP.分別提出了藥物受體作用的兩態(tài)學(xué)說(shuō)，又稱變構(gòu)學(xué)說(shuō)。它們都認(rèn)為受體存在活性狀態(tài)（R*）和非活性狀態(tài)（R）。兩者均可與藥物結(jié)合，而且活性和非活性受體之間也可以相互轉(zhuǎn)化，二者處于動(dòng)態(tài)平衡。激動(dòng)劑主要與R*結(jié)合形成R*A，而拮抗劑則主要形成RB。實(shí)際上激動(dòng)劑和拮抗劑分別推動(dòng)R*和R的轉(zhuǎn)換向著各自方向移動(dòng)。這兩種狀態(tài)的受體之比例及兩種狀態(tài)受體與藥物的親和力大小決定著生物效應(yīng)的大小。這種模型考慮到了受體與藥物間相互作用導(dǎo)致的受體活性改變，更接近于實(shí)際的藥物-受體反應(yīng)狀況，但用以直接說(shuō)明藥物與效應(yīng)之間的定量關(guān)系尚不完備。

4.誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō) Kosh1and等提出的誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)，可以較好地解釋配基與受體結(jié)合的實(shí)際過(guò)程。即藥物與受體蛋白結(jié)合時(shí)，可誘使受體的空間構(gòu)象發(fā)生可逆改變，而且這種結(jié)構(gòu)變化即可導(dǎo)致生物效應(yīng)。而且這種學(xué)說(shuō)也可以解釋藥物與受體之間的協(xié)作效應(yīng)。

圖7 N2型乙酰膽堿受體陽(yáng)離子通道分子結(jié)構(gòu)示意圖

需要注意的是，上述這些受體學(xué)說(shuō)大多只能在某種特定的條件或范圍內(nèi)解釋受體與藥物的作用和受體與效應(yīng)之間的關(guān)系，均存在一定的局限性。

（三）受體的類型、分布與特性

藥物與受體結(jié)合形成復(fù)合物，引起一系列細(xì)胞反應(yīng)，從而引起最終效應(yīng)。不同的受體所處位置、本身結(jié)構(gòu)以及信息傳導(dǎo)過(guò)程各有不同，所引發(fā)的最終效應(yīng)也都不一樣。

1.離子通道受體 存在于快速反應(yīng)細(xì)胞膜上的受體，多為含離子通道的受體。離子通道受體的主要特征是：受體蛋白本身組成一個(gè)跨膜的離子通道（圖7），通道的開或關(guān)控制一些離子的跨膜流量，并通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)離子濃度影響細(xì)胞功能。通道的開關(guān)則由配基與受體的結(jié)合或解離控制。例如神經(jīng)肌肉接頭處的N2膽堿受體是由5個(gè)亞基在細(xì)胞膜內(nèi)呈五邊形排列圍成的鈉離子通道，當(dāng)乙酰膽堿與受體結(jié)合后，鈉通道開放，鈉離子內(nèi)流增加，膜去極化，肌肉開始收縮。

2.G蛋白偶聯(lián)受體，間接影響離子通道或第二信使 這是目前已發(fā)現(xiàn)的種類最多的受體類型，其激動(dòng)劑種類包括生物胺、蛋白激素、多肽激素、腦/腸多肽、花生四烯酸系列的活性物質(zhì)，淋巴細(xì)胞活性因子等。這類受體位于細(xì)胞膜，都由一條肽鏈形成，其N-末端在細(xì)胞膜外，為配體的結(jié)合部位；C末端在細(xì)胞內(nèi)，為G蛋白結(jié)合部位。而且肽鏈形成7個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的三個(gè)細(xì)胞外和三個(gè)細(xì)胞內(nèi)環(huán)，所以這類受體又稱為7跨膜區(qū)受體（7TM）。7TM受體不僅具有共同的結(jié)構(gòu)特征，而且具有共同的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)放大方式。這種結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定G蛋白結(jié)構(gòu)，使它們能被脂質(zhì)雙分子層緊緊固定并保證它們不能進(jìn)入到胞質(zhì)中去（圖8）。

G蛋白是鳥苷酸結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白的簡(jiǎn)稱，存在于細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，由α、β、γ三個(gè)亞單位組成的三聚體，靜息狀態(tài)時(shí)與GDP結(jié)合。當(dāng)受體與配體結(jié)合后，相應(yīng)受體被激活，GDP-α、β、γ復(fù)合物在Mg2+參與下，結(jié)合的GDP與胞漿中GTP發(fā)生交換，GTP-α與β、γ分離并與相應(yīng)的效應(yīng)機(jī)制結(jié)合，同時(shí)配體與受體分離。α亞單位內(nèi)在的GTP酶促使GTP水解為GDP，激活效應(yīng)機(jī)制，從而恢復(fù)原來(lái)的靜息狀態(tài)。G蛋白主要有兩類，一類為興奮性G-蛋白（GS），激活腺苷酸環(huán)化酶（AC）使cAMP增加；另一類為抑制性G-蛋白（Gi），抑制AC，使cAMP減少。G-蛋白還介導(dǎo)心鈉素及NO對(duì)鳥苷酸環(huán)化酶（GC）的激活作用。此外，G-蛋白對(duì)磷脂酶C、磷脂酶A2，Ca2+、K+離子通道等有重要調(diào)節(jié)作用。一個(gè)受體可激活多個(gè)G-蛋白，一個(gè)G-蛋白可以轉(zhuǎn)導(dǎo)多個(gè)信號(hào)給效應(yīng)器（effector），從而調(diào)節(jié)神經(jīng)、心肌、平滑肌等多種細(xì)胞的功能。

圖8 G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)

3.跨膜激酶活性受體，直接調(diào)節(jié)蛋白磷酸化 這一家族包括許多多肽激素和生長(zhǎng)因子的受體，例如上皮生長(zhǎng)因子、血小板生長(zhǎng)因子及某些淋巴因子等。它們位于細(xì)胞膜，只有一個(gè)疏水的跨膜區(qū)段，包括細(xì)胞膜外結(jié)合域、跨膜區(qū)、細(xì)胞內(nèi)酶活性區(qū)幾個(gè)部分。受體分子本身不具有激酶活性，當(dāng)激動(dòng)劑與細(xì)胞膜外的識(shí)別部位結(jié)合后，其細(xì)胞內(nèi)某些可溶性酪氨酸激酶被激活，首先在特定的部位發(fā)生自身磷酸化，然后再將磷酸根轉(zhuǎn)移到其效應(yīng)器上，使效應(yīng)器蛋白的酪氨酸殘基被磷酸化，從而改變效應(yīng)器的活性（圖9）。

圖9 跨膜激酶活性受體作用機(jī)制

4.核受體，對(duì)DNA的轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)節(jié)大多數(shù)甾體激素類受體屬于這一類型，如性腺激素受體（雄激素受體、雌激素受體、孕激素受體）、腎上腺皮質(zhì)激素受體（糖皮質(zhì)激素受體、鹽皮質(zhì)激素受體）、甲狀腺激素受體、維甲酸受體、維生素D3受體等。這類受體位于細(xì)胞內(nèi)，主要是在細(xì)胞核上，細(xì)胞漿中也能檢測(cè)到該類受體。這類受體和核內(nèi)特定的DNA結(jié)合，并通過(guò)這種結(jié)合影響遺傳信息的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)其被激活后，可通過(guò)對(duì)DNA轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)影響蛋白質(zhì)的合成而導(dǎo)致生理或生化反應(yīng)。例如腎上腺皮質(zhì)激素激動(dòng)受體所產(chǎn)生的抗炎作用就是這種機(jī)制。作用于細(xì)胞內(nèi)受體的內(nèi)源性配基或外源性配基都必須透過(guò)細(xì)胞膜后才能起作用，因此要求配基具有一定的脂溶性（圖10）。

（四）受體與藥物的結(jié)合

1.親和力與內(nèi)在活性 藥物與受體結(jié)合形成復(fù)合物而引起效應(yīng)，效應(yīng)強(qiáng)弱遵循質(zhì)量作用定律，即藥物作用強(qiáng)弱與藥物占領(lǐng)受體數(shù)目多少成正比，可用下列公式表示：

式中D代表藥物，R代表受體，DR代表藥物受體復(fù)合物，E代表效應(yīng)。藥物與受體結(jié)合后產(chǎn)生生理效應(yīng)，不僅需要有親和力，而且還需要有內(nèi)在活性。親和力是指藥物與受體結(jié)合的能力，它反映出藥物的作用強(qiáng)度（效價(jià)強(qiáng)度）；內(nèi)在活性是藥物與受體結(jié)合后激動(dòng)受體產(chǎn)生效應(yīng)的能力，它反映出藥物的最大效應(yīng)（效能）。當(dāng)親和力相等，藥物最大效應(yīng)取決于內(nèi)在活性；當(dāng)內(nèi)在活性相等時(shí)，藥物作用強(qiáng)度取決于親和力的大小。親和力一般受采用藥物-受體復(fù)合物的解離常數(shù)（KD）的倒數(shù)（1/KD）來(lái)表示，KD是引起最大效應(yīng)一半時(shí)（即50%受體被占領(lǐng)）的藥物劑量。

2.作用于受體的藥物分類 根據(jù)藥物與受體間親和力與內(nèi)在活性的不同，將藥物總體分為激動(dòng)藥和拮抗藥兩大類

圖10 核受體作用機(jī)制

（1）激動(dòng)藥 對(duì)受體既有親和力又有內(nèi)在活性的藥物，能與受體結(jié)合并產(chǎn)生效應(yīng)。根據(jù)親和力和內(nèi)在活性不同，激動(dòng)藥可分為：

①完全激動(dòng)藥，是具有較強(qiáng)親和力和內(nèi)在活性（α=1）的藥物；

②部分激動(dòng)藥，是對(duì)受體有較強(qiáng)的親和力，但內(nèi)在活性較弱（0<α<1）的藥物，單獨(dú)應(yīng)用，有較弱的效應(yīng)，可與激動(dòng)藥競(jìng)爭(zhēng)受體；

③負(fù)性激動(dòng)藥，也稱反轉(zhuǎn)激動(dòng)藥，激動(dòng)受體后產(chǎn)生激動(dòng)藥相反的效應(yīng)。負(fù)性激動(dòng)藥與受體結(jié)合后使受體構(gòu)型發(fā)生質(zhì)的改變，引起與激動(dòng)藥相反的效應(yīng)。

（2）拮抗藥 也稱阻斷藥，是對(duì)受體有較強(qiáng)親和力，而無(wú)內(nèi)在活性（α=1）的藥物。根據(jù)藥物與受體的結(jié)合的可逆性，拮抗藥可分為：

①競(jìng)爭(zhēng)性拮抗藥，由于與受體的結(jié)合是可逆的，可與激動(dòng)藥競(jìng)爭(zhēng)與受體結(jié)合；

②非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗藥，由于與受體的結(jié)合是牢固和相對(duì)不可逆的，或結(jié)合后引起受體構(gòu)型改變和活性降低，使激動(dòng)藥無(wú)法完全對(duì)抗這種非競(jìng)爭(zhēng)性改變，因而效應(yīng)降低。

3.受體與藥物的相互作用

（1）競(jìng)爭(zhēng)性拮抗 競(jìng)爭(zhēng)性拮抗發(fā)生在：①閾劑量增加；激動(dòng)藥與拮抗藥之間；②激動(dòng)藥與部分激動(dòng)藥之間；③拮抗藥或部分激動(dòng)藥與內(nèi)源性激動(dòng)劑（遞質(zhì)、激素、內(nèi)在活性物質(zhì)）之間。由于激動(dòng)藥、拮抗藥和部分激動(dòng)藥對(duì)受體都具有親和力，可相互競(jìng)爭(zhēng)同一受體，發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合或拮抗。它們與受體的結(jié)合是可逆的，合并用藥的效應(yīng)取決于各自藥物的濃度和親和力。觀察拮抗藥或部分激動(dòng)藥對(duì)激動(dòng)藥量-效曲線的影響是研究競(jìng)爭(zhēng)性拮抗的常用方法。通常，先做激動(dòng)藥的量-效曲線，把激動(dòng)藥從受體部位清洗干凈后，加入固定濃度的拮抗藥或部分激動(dòng)藥，再觀察在拮抗藥或部分激動(dòng)藥存在下激動(dòng)藥的量效曲線的變化（圖11）。

激動(dòng)藥與拮抗藥的競(jìng)爭(zhēng)性拮抗激動(dòng)藥有強(qiáng)的內(nèi)在活性，與受體結(jié)合可引起藥理效應(yīng)；拮抗藥無(wú)內(nèi)在活性，與受體結(jié)合后不產(chǎn)生效應(yīng)。拮抗藥存在時(shí)，激動(dòng)藥量效曲線發(fā)生下列變化：

②曲線平行右移（斜率不變），KD值增加；

圖11 不同藥量的競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑、非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑、激動(dòng)劑和部分激動(dòng)劑相互作用量效關(guān)系圖

③Emax不變。根據(jù)拮抗藥對(duì)激動(dòng)藥量效曲線的影響，可測(cè)定拮抗藥的pA2值，或是使激動(dòng)藥的KD值增加一倍時(shí)拮抗藥摩爾濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。pA2是使激動(dòng)藥濃度提高一倍時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)與原來(lái)的效應(yīng)相同時(shí)所用拮抗藥摩爾濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，是衡量拮抗藥親和力的指標(biāo)。pA2越大，拮抗藥親和力越強(qiáng)，對(duì)激動(dòng)藥的阻斷作用越明顯。

激動(dòng)藥與部分激動(dòng)藥的競(jìng)爭(zhēng)性拮抗部分激動(dòng)藥存在時(shí)使激動(dòng)藥的量效曲線發(fā)生下列變化：

①閾劑量減小；

②在激動(dòng)藥劑量較小時(shí)，量效曲線左移，說(shuō)明部分激動(dòng)藥起激動(dòng)藥的作用；

③在激動(dòng)藥劑量較大時(shí)，量效曲線右移，說(shuō)明部分激動(dòng)藥起拮抗藥的作用；④Emax不變。

（2）非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗 有些拮抗藥與受體結(jié)合牢固，形成的復(fù)合物解離速度很慢，以致造成不可逆性結(jié)合，此時(shí)，增大激動(dòng)藥的濃度也無(wú)法達(dá)到原來(lái)的Emax。

非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗可使激動(dòng)藥的量效曲線發(fā)生下列變化：

①曲線非平行右移；

②Emax降低.根據(jù)非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗藥使最大效應(yīng)降低的程度，可測(cè)得其pD2′值。pD2′是指使激動(dòng)藥最大效應(yīng)降低一半所需非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗藥的摩爾濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，是衡量非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗藥親和力的參數(shù)。

（五）受體的調(diào)節(jié)

受體雖是遺傳獲得的固有蛋白，但并不是固定不變的，而是經(jīng)常處于代謝轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)平衡中，受體的數(shù)目、與配體的親和力以及效應(yīng)經(jīng)常受內(nèi)環(huán)境變化以及藥物的影響而發(fā)生改變。各種因素使細(xì)胞上受體發(fā)生質(zhì)和量變化的過(guò)程稱為受體調(diào)節(jié)。受體調(diào)節(jié)的生理意義在于通過(guò)調(diào)節(jié)使機(jī)體能更好地適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化，例如受體反應(yīng)性減弱可保護(hù)細(xì)胞免受過(guò)量或長(zhǎng)期刺激而導(dǎo)致生理功能紊亂，但受體調(diào)節(jié)過(guò)度則又會(huì)引起一系列病理性的后果。

1.受體失敏 在與配基作用一段時(shí)間后，受體對(duì)配基的敏感性和反應(yīng)性下降的現(xiàn)象稱為失敏。失敏可以由于受體數(shù)目的減少和/或由于受體與配基親和力降低所致，它通常具有劑量依賴性、時(shí)間依賴性和可逆性等特點(diǎn)。

失敏又可分為以下兩種情況：失敏如果發(fā)生在與配基特異性結(jié)合的受體上，稱為同種失敏，即某種受體被配基激活后引起的失敏僅為該受體本身，而同一細(xì)胞上的其他受體系統(tǒng)并無(wú)實(shí)質(zhì)性變化。

失敏如果發(fā)生于配基的非特異的受體上，即某種激動(dòng)劑在作用一段時(shí)間后，不僅使其特異性受體對(duì)其反應(yīng)降低，還使同一細(xì)胞上其他受體對(duì)它們各自激動(dòng)劑的反應(yīng)減弱。例如長(zhǎng)期在與去甲腎上腺素接觸后，細(xì)胞不 僅對(duì)去甲腎上腺素的反應(yīng)性降低（同種失敏），而且對(duì)前列腺素的反應(yīng)性也降低（異種失敏）。

2.受體增敏 增敏是與失敏相反的一種現(xiàn)象，即當(dāng)配基與受體作用一段時(shí)間后，受體的數(shù)目增加和/或親和力增加的現(xiàn)象。增敏也可發(fā)生于同種受體或異種受體，例如長(zhǎng)期使用β腎上腺素受體阻斷劑的情況下突然停藥可出現(xiàn)受體敏感性比正常增高（同種增敏）；又如大鼠長(zhǎng)期飼以甲狀腺素后可出現(xiàn)心肌中β腎上腺素受體的合成增加，結(jié)合位點(diǎn)增加（異種增敏）。

（未完待續(xù)）

（通聯(lián)：430072，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所 武漢市武昌東湖南路7號(hào)）