受体理论是药理学最基础也是最难懂的理论 应用专贴

上一篇 / 下一篇  2010-11-25 10:34:31

文章来源
  • 文章来源:转载

  受体理论是药理学最基础也是最难懂的理论,直到现在仍然一直在不断完善之中。深入理解受体理论不仅能够解决许多药理学研究中的问题,还可以为新药研发提供新的思路。国内药理学的受体理论教学太差了,教的那点东西,在科研工作中基本上没有实际用途。

  开一个专版,专门讨论有关受体理论与受体药理学的问题,肯定会有助于大家提高对科学的理解。

  现代药理学尽管是分子药理学一家独大,但是经典药理学仍然是药理学的基石。懂得许多分子生物学和生物化学技术而不懂得受体理论就不能说自己是一个药理学家。现代受体理论已经从传统的局限于ex vitro研究扩展到in vitro, in vivo以及 theoretical的领域。

  举几个简单的例子,有多少搞药理的人能够熟练运用pA2, Isobologram analysis,schild plot进行药物相互作用的处理?A药在无效剂量能够显著增强B药作用是否一定就是协同作用?还是相加作用?如何分析?在整体实验中如何使用受体理论?注意哪些问题?与离体实验有何不同?pA2的实际意义是什么?

  受体理论的形成与演变过程是怎么样的?(并不像药理学教科书上用一页纸介绍的 Ariens,stephenson, clark,Furghott的理论那样简单)受体理论仅仅是理论还是有足够的物质基础(并不是说受体是否存在,而是受体理论的物质基础,比如spare receptor, receptor pool,et.al.,),最新的受体理论是什么样的?比如allosteric theory, permissive antagonism。你真正理解efficacy的含义吗(不仅仅是教科书上画的那个显示efficacy与potency差别的图所包含的内容);什么叫relative efficacy?实际应用中如何解决(比如,埃托啡,芬太尼都是mu受体的full agonist,但是二者的relative efficacy肯定是不同的,如何设计实验进行比较?),现在国际上受体药理学研究的热点是什么?什么是inverse agonist(反相激动剂,国内药理学教科书中只有受体学概论部分有一个定义,另外在benzodiazepines的章节中稍微提到一下,实际上内容是非常非常丰富的)。

  等等等等,许多内容都属于受体药理学。现在礼来与辉瑞的研发部门花了大力气开发mGlu1-5受体的激动剂与拮抗剂,而Acadia正在花大力气开发5-HT2a的inverse agonist,其初衷都是来源于受体理论。我以前就说过,国内搞药理与生理的研究人员中,真正懂得并熟练运用受体理论的人不超过10个,这句话现在仍然有效。而且现在随着搞药理的人一窝蜂的都搞分子生物学技术,绝大多数人更加不重视药理学最最基础的理论。这是一种危险的倾向。

  第一节 受体理论简史

  占领理论

  历史上最先谈论到“受体” 这个概念的,众所周知是生理学家John Newport Langley和Paul Ehrlich。1878年,Langley当时还是剑桥大学的一名研究生,他在著名的用阿托品拮抗匹鲁卡品的实验讨论中写道“…阿托品与匹鲁卡品能够与 某种(接受)物质形成复合物…”。Ehrlich(1909)当时一直从事生物染色的研究,他在他的论文讨论中提到“receptive side chain”。多年以后,剑桥大学的另外一名研究生A. J. Clark首次完成了用数学公式来描述药物与受体相互作用的工作(1933年),这就是“占领理论”的雏形。他的理论认为激动剂通过占领受体来引起生物学 反应。

  A+R---AR, 通过公式变换,得到公式1:Ka=[AR]/[A]x[R]

  Ka

  通过引入受体总数目[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],将公式1重排: [R]=[AR]/([A]xKa),代入药物反应公式,得出:

  药物反应=[A]/([A]+1/Ka),这就是Clark在他1937年的博士论文中所推导出的公式 。

  Clark 的公式尽管很有用,但是结果来源于两个假定:(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。从第一个假设可以推 出所有激动剂应该得到相同的最大反应,这当然是不对的。第二个假设也被Nickerson(1956)年证明是错误的,因为许多激动剂比如组织胺在极低的 受体占有率下就可以达到最大的组织反应。这些数据表明受体占有率与组织反应之间不是直线关系,而是非线性的抛物线样关系。于是Ariens于1954年引 入了一个“内在活性(α)”的概念,来定量弱激动剂的最大反应,根据他的设定,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 (即弱激动剂即使占据了所有受体也仅产生部分组织反应,也就是药理学效应)。1956年Stephenson引入了效能(efficacy)的概念,使受 体占领理论进一步完善,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。Stephenson对 受体占领理论的修正在几年后又再次被加以修正。1966年,Furchgott通过引入“内在效能(intrinsic efficacy)”的概念,将组织反应的效能与激动剂受体复合物的效能分离开来,从此“相对效能(relative efficacy)”的概念在不同受体系统之间得到广泛应用。内在效能就是指单个受体被激活所产生的单位刺激,通过这个定义,即使full agonists也可以通过药理学技术进行区分了。

  1955年,John Gaddum介绍了两种类型的拮抗剂: surmountable 和insurmountable antagonist,前者使激动剂量效曲线平行右移,后者使量效曲线向右向下移动(Emax降低),提出了著名的Gaddum方程: [AR]/[Rt]=([A]/Ka)/([A]/Ka+[B]/Kb+1), 来描述竞争性拮抗剂与激动剂之间的相互作用。

  受体占领理论在解释许多药理学现象,确定受体特性,定量激动剂活性方面非常有效,但是仍有许多无法解释的现象,比如效能的概念,只作为一个比例常数进行使 用却不涉及具体的分子机制。另外,许多受体蛋白依据热能动力学理论(整体能障始终保持最低)存在许多的构像,是动态的而不是静态的,这是无法用受体占领理 论中一个简单的R来表示的,这需要一个新的理论来能够同时涉及不同的蛋白构像并且能够量化不同构像出现的频率。这样,两态理论不可避免地出现了。

  两态理论(two-state theory)

  电生理学研究发现,离子通道可以具有开和关两种状态。1957年,Katz和Thesleff提出了一个理论,认为通道(此处被认为是受体)存在两种状 态:开(活化态)和关(失活态),两种状态的受体数量由变构常数(L)来确定。当L很高时,受体将处于一种高度自发激活状态,Ri-Ra平衡方程将向 右移动。两态理论中,竞争性拮抗剂通过pA2(将激动剂量效曲线右移2倍的拮抗剂摩尔浓度的对数)来进行量化。拮抗剂的效能在此处被定义为识别受体不同状态(活化态,失活态)的能力。两态理论同时还引入了另一个新的 概念:负效能(negative efficacy)。如果某药物对失活态受体具有更强的亲和力,则将使平衡方程向Ri移动;在多数静息状态的系统中,平衡本已经向Ri方向移动,如果某种 药物仍然对失活态受体具有更强的亲和力,则在静息系统中不会产生直观的药理学效应,但会阻断激动剂的效应;但如果在较活跃的生物系统中存在部分活化状态的 Ra,产生了可以测量到的自发效应,则上述类型的药物就可以阻断这种自发的基础反应,这种药物被称为反相激动剂(inverse agonist)。

  二态理论首先被用于描述离子通道的行为(Katz and Theslfee, 1957),后来被借用到受体领域(Karlin, 1967; Colquhoun, 1973),为受体理论至少引入了三个新鲜观点:

  (1) 效能被认为是激动剂对活化态受体的亲和力超过失活态的亲和力产生的。

  (2) 因为变构常数的存在使得受体可以形成自发活化状态,从而引入即使激动剂不存在,受体仍然可以有基础活性的概念。

  (3) 为选择性结合失活态受体从而可以翻转受体基础活性的药物引入负效能的概念。

  但是两态理论仍然有其局限的地方,那就是将激动剂和受体孤立起来进行看待。对7个跨膜区受体的研究,将一个非常重要的成员引入受体系统:G蛋白。对 G蛋白欧联受体的研究促生了三体复合物模型(tenary complex model),这是对受体理论一个非常重要的扩展,使得对受体的研究也包括了细胞内的效应器机制。

  受体的三体复合物模型

  大量实验数据表明,受体可以在细胞膜的二维空间内转位。Cuatrecasas于1974年首先提出了受体可以通过在细胞脂质双层膜上移动来与细胞膜结合的其他成分发生相互作用的模型。1980年,DeLean首次提出了受体的三体复合物模型。

  简单三体复合物模型:受体系统的成分包括受体,药物,与膜结合的蛋白耦合物。对于包含7个跨膜区受体而言,耦合物就是G蛋白。该模型认为,组织反应是通过活化态受体激动G蛋白而产生的。描述三体复合物模型的三个平衡方程为:

  [AR]=[ARG]/γ[G]Kg

  [RG]=[ARG]/ γ[A]Ka

  [R]=[ARG]/ γ[G]Kg[A]Ka

  因为受体总量[Rt]=[R]+[AR]+[RG]+[ARG],将上述公式进行变换,得到

  ([RG]+[ARG])/[Rt]={([G]/KG)x(γ[A]KA+1)}/{([A]/KA)(1+ γ[G]/KG)+(1+[G]/KG)}

  扩展三体复合物模型:1993 年,Samama等正是对简单三体复合物模型进行了正式修正,以便更好地解释一些实验结果,提出了扩展三体复合物模型,该模型实际上是将两态模型与简单三 体复合物模型进行融合,认为受体也可以自发活化,并能够激动G蛋白。该模型设定,受体可以自发转化为活化状态或者失活状态;配体(药物或内源性配体)可以 与这两种状态结合;不管活化态受体是否与配体处于结合状态,G蛋白永远与活化态受体相互作用。

  尽管扩展三体复合物模型可以结识许多受体药理学的问题,但是从热能动力学的观点来看,它是不完整的。生物体系统各反应元件之间必然存在一条共同的热动力学 能量通路,简单说就是各个元件互相之间必然存在某种相互作用,尽管在某个特定的平衡状态,这些相互作用不一定都互相发生。(这实际上有点哲学的意味,万事 万物之间都是互相联系的。)

  三方多态受体系统(tripartite multistate receptor system)

  在研究GPCR的过程中,一般认为这种三方多态受体系统是最能够系统阐述受体系统之间各个元素相互作用的模型。笼统地说,任何三个元素都可以组成一个三方 多态系统。最典型的一个三方系统就是药物,受体和G蛋白的三体复合物。在这个系统中,G蛋白不但可以与活化态受体相互作用,还可以与失活态受体相互作用。 这样,三个元素,每个元素两种状态,一共有六个组合,这个系统的相互作用图实际上就是一个立方体的六个角,两两相连,组成了12个动态平衡。(一个非常复 杂的受体系统)。

  操作模型(operational model,没有中文翻译,暂时这么叫吧)

  1983年,Black和Leff提出了药物受体相互作用的操作模型。该模型没有对效能,刺激和组织反应作任何假设,完全是基于试验结果推导出的激动剂浓度与组织反应之间的相互关系:

  Ea=[A]Em/([A]+c)

  其中Em表示最大可能的组织反应,c是一个拟和参数,既包括激动剂特性(效能),又包括组织特性(从开始的受体机动到最终组织反应的传导效率)。则 [A]=Eac/(Em-Ea) 将这个公式代入占领理论的平衡公式,可以得到 Ea=[AR]KaEm/{[AR](Ka-c)+[Rt]c};如果 Ka

  操作理论在用功能方法(在体,离体试验)来研究激动剂与拮抗剂的活性方面非常有用。自从1983年引入受体药理学领域以来 ,已在研究药物受体相互作用方面得到了广泛的应用。

  从上面可以看出,经过70年的发展,受体药理学的研究有了非常非常大的进步,但仍然没有一种理论能够完全解释所有的药理学问题。理论中就是理论,是假设的,是缺乏物质基础的,但提供了一个公认的解决问题的方法。我们可以克隆纯化一个受体,可以用生物化学和基因工程(point mutation等)方法来研究受体的特性,但是无法去验证占领理论。比如spare receptor(储备受体),如何验证?一个系统(组织,器官或整体)一共有多少受体?给予一定剂量的配体后能够结合多少受体?储备受体有多少?这些问题都是无法解决,也是没有必要解决的,我们可以采用药理学的方法进行定量比较(设定一个基础水平,采用受体结合方法,采用不可逆拮抗剂方法等)。

  第二节 效能(efficacy)

  早期的药理学实验发现,有些物质会引起药理学反应而另一些并不引起反应。Ariens于1954年引入了一个“内在活性(α)”的概念,从此以后针对某一 受体的反应可以将药物分为两类并进行定量研究:激动剂和拮抗剂。 1956年,Stephenson修正受体理论时引入了“效能”的概念,用来表示药物与受体结合后产生药理学作用的特性。但是Stephenson当时提 出效能概念是完全是针对组织学反应的(大鼠主动脉条,豚鼠回肠的收缩等)。后来对于GPCR(G蛋白偶联受体)的研究发现,受体实际上具有非常复杂的行 为,而组织反应仅仅是其中的一部分效应。而且很明显,受体与G蛋白亚单位的结合是具有特异性的,此外GPCR还可以产生脱敏化,内吞,同源二聚体化,异源 二聚体化,形成亚单位簇,与G蛋白以及其他膜蛋白相关联后才能够产生生理反应。在这种情况下,通过哪个环节(哪种受体行为)才能够反映药物的效能呢?

  现代效能的概念是:效能是分子引起宿主细胞受体行为改变的一种特性。在组织受体活性被发现以前,效能被认为是两态的:配体与受体结合,或者产生活性或者不 产生。1989年,Costa 和Herz在PNAS上的文章打破了这一状态。他们发现,受体在没有配体的情况下也可以自发产生一定活性(产生可以检测到的反应,而某些配体可以抑制这种 反应。这就是说,效能是有方向性的:可以为正,也可以为负。在扩展三体复合物模型受体理论中,某些配体可以与失活态受体结合,从而使Ri---Ra平 衡向左移动,这样就降低了Ra和RaG的水平,从而降低了系统自发活性的水平。这样的配体被称为反相激动剂(inverse agonist)。这种作用可以扩展至所有受体行为,即配体可以通过稳定某些状态受体的构象来消除或促进受体的行为。反相激动剂是不是非常常见呢?目前看 来至少在离体实验中是如此。Terry Kenakin进行过一个总结,他回顾了105 篇文章中所涉及到的73个GPCR受体的380个拮抗剂,结果发现其中322个是反相激动剂,只有58个是中性拮抗剂。

  对于组织活性(constitutive activity)的研究多数是在离体实验中进行的。这些概念和理论看起来好像很玄乎。但是整体动物实验也是可以观察到负效能的。这些原创性的实验是由 Drexel University的John Harvey完成的。John Harvey这个老头以前是JPET的主编,前段时间去旧金山开会时还跟他聊过。背着个大背包,提着个塑料杯子,活像北京校园里面的一个大学生去上自习, 穿梭于各个分会场。他主要对学习记忆的神经生物学机制感兴趣。他从事了多年兔子眼瞬膜反射试验:用air puff(向兔子眼睛吹气),使兔子眨眼睛。吹气(非条件性刺激)的同时会伴随着一个声音(条件性刺激)。这种反射关联多次以后,声音一响,即使不吹气兔 子也会眨眼睛,说明兔子已经学会了这种条件反射。他所要做的就是研究许多5-HT2a受体的配体,看看有什么发现。他发现LSD(一种致幻剂,也是5- HT2a的激动剂),能够促进兔子的学习能力(通过较少次数的关联学习就习得了眨眼反应),而kentanserin没有影响,有意思的 是,ritanserin明显地抑制了这个学习过程(兔子需要更多的关联学习才能够学会这一条件反射)。更为有意思的是,即使采用神经毒素(5,7- DHT)损坏了兔子脑内的5-HT神经元,使中枢5-HT水平耗竭,对ritanserin的这种抑制作用没有影响。这说明了ritanserin的这种 作用是不受内源性5-HT影响的,也就是说是通过直接激动5-HT2受体起作用的。Ketanserin既可以抑制LSD的促进学习作用也可以翻转 ritanserin的抑制学习作用,ritanserin也能够抑制LSD的作用。这一系列试验非常能够说明问题:LSD是激动剂没有疑问,那 ritanserin很明显就是反相激动剂了。这是第一次在整体实验中验证了从离体实验中得出的结论:负效能是确确实实存在并且很有生理意义的。

  对效能的理论解释非常复杂,简单而言就是选择性地与某些受体结合,引起部分受体的构象改变,从而影响配体-受体-G蛋白方程的平衡,从而引起下游的生理反应。

  效能也是会变化,这取决于不同的检测系统:即使对于同一个受体,一个配体既可以是激动剂,也可以是中性拮抗剂,也可以是反相激动剂,这完全取决于检测系统的敏感性和对效能的要求。

  从以上内容可以看出,以后说“拮抗剂“的时候要小心了,不要再像一般的药理学教科书上说的那样“拮抗剂就是没有药理学活性并且能够阻止激动剂与受体结合的 配体“人为了。“拮抗剂“也是相对的,并不是说出了激动剂就是拮抗剂,还有“反相激动剂“或者叫“负性拮抗剂(negative antagonist)“。

  第三节 亲和力(affinity)与效能(efficacy)的关系

  任何药物都有两大特性:亲和力和效能。效能以前被称为是药物通过受体产生生理反应的特性。因此,所有药物都会有亲和力(药物与受体产生联系的特性),但是 只有部分药物具有效能(通过与受体结合而产生生理反应)。亲和力和效能的区别可以通过化学修饰的方法来改变其中的一种特性而不影响另一种特性。一个典型的 例子就是组胺H2受体拮抗剂的研究,一系列化合物显示出相同的亲和力但是不同的效能,起点是组织胺(既有亲和力又有效能,因此是激动剂),终点是西米替汀 (亲和力增强而效能消失,因此是拮抗剂)。也有亲和力改变而效能不变以及小能改变而亲和力不变的例子。因此,从这样看来,亲和力和效能是完全不同的两个药 物特性,很明显是没有任何关系的。

  但是,事实上是这样的吗?

  根据热能动力学理论,这个结论看起来是很矛盾的。控制亲和力的分子力(也就是配体结合到不同受体构象上之后所引起的自由能的改变,详细参见效能部分)与控 制配体对受体构象产生作用(效能)的分子力是完全相同的(一对作用力与反作用力)。因此,从理论上来说,效能与亲和力应该是有关系的。

  大量实验数据(主要是核磁共振对受体蛋白的构象研究)表明,受体蛋白实际上是许许多多微构象的集合,其中某些构象是与药理学作用相关的,介导受体的行为 (比如与G蛋白的结合,内吞,二聚体化等),而另一些可能是所谓失活态受体。配体所产生的药理学反应实际上是许多活化态受体构象的集中体现。以前对药理学 和生理学活性的定义一般都是局限于所观察到的反应,比如配体引起肌肉收缩被认为是激动了某种受体的结果。但是这种观点在研究GPCR的行为时受到了极大的 限制。比如说,一般来说受体磷酸化与受体的脱敏化时密切关联的,但是某些药物可以引起一种行为而不影响另一种行为。血管紧张素II可以引起血管紧张素受体 的激活,磷酸化,内吞,但是一种血管紧张素II的类似物并不激动血管紧张素受体或引起受体内吞,但却可以引起受体明显的磷酸化。mu阿片受体激动剂也存在 这种效应分离的现象。受体激活和内吞也可以通过不同的药物进行区分,比如CCK(胆囊收缩素)受体拮抗剂CCK苯乙酯并不能激动受体,却能够引起受体广泛 的内吞。再有,尽管吗啡和脑啡肽都能够激动mu和delta阿片受体,但只有脑啡肽能够引起受体内吞。这些配体产生明显不同的受体行为的现象可以通过不同 配体产生了不同的受体构象集合来解释。这样就可以对不同的激动剂的效能进行界定,而很明显,这里的效能与以前传统意义上的“效能“是没有关系的,根本不涉 及组织反应,而是对受体行为的作用(尽管最终也会产生组织反应)。

  这样,任何药物(配体)都可以产生独特的受体构象集合。如果某配体产生的受体构象与受体发生内吞的受体构象相同,则该配体就会引起受体内吞。其他的受体行为也可以这样解释。

  通过受体功能的概率模型(probabilistic model)可以解释某些配体具有相同亲和力但是效能不同以及效能相同但是亲和力不同的现象。该模型的基本思路就是:受体蛋白的功能并不是由某个受体特定 构象的结合决定的,而是由配体与受体结合后打乱了正常受体构象状态的分布情况,并且再次达到平衡状态之后的受体构象所决定的。这个模型表明,配体亲和力与 效能之间存在非常复杂的关系,通过对该概率模型的电脑模拟发现,亲和力和效能基本上呈一种负相关关系,但是也有许多配体具有相同的亲和力和不同的效能,以 及具有相同的效能和不同的亲和力。这个模型虽然不能直接应用于数据计算,但是可以非常直观地解释为什么许多配体在完全相同的分子上表现出非常不同的活性。

  话题再次回到组织活性上来。一个很典型的例子就是为什么在同一个受体上可以同时观察到药物产生激动作用,没有作用甚至负效能?没有观察到效能并不意味着确 实不存在效能,只是所采用的检测体系的敏感度不够罢了。这就要求在进行药物筛选时采用具有不同灵敏度的方法或许才能够提高对新化合物的活性筛选和鉴定。许 多传统的方法很显然是已经不灵了。这一问题在下面的别构调控中将详细阐述。

  第四节 Trafficking of receptor agonist

  现在讨论一下有关受体与细胞内信号转导的问题。

  在药理学的历史上,有关受体的概念是由Ehrlich和Langley提出的,这在受体理论简史中已经说过。他们在实验中发现药物作用具有超乎寻常的选择 性,而不是无选择性地发挥作用。随后有关受体的发现,鉴定呈现爆炸式的增长。现在已经克隆成功的受体或者经过功能鉴定但没有克隆成功的潜在受体与手提亚型 已经多达数百种。IUPHAR受体命名委员会每过一段时间就会发布新的有关受体命名与功能分类的报告,比如以前一直认定的5-HT1c受体后来因为发现与 5-HT2受体的同源性更高且功能更相近,因此被更名为5-HT2c受体。有一些受体已经经过功能鉴定,但是并没有克隆成功的,比如阿片kappa受体在 许多行为学受体拮抗试验中发现具有3个受体亚型(k1, k2, k3)对传统的受体拮抗剂具有不同的敏感性,但是并没有将蛋白克隆成功(但是也有研究认为这些受体亚型是受体DNA在转录过程中形成的剪切变异体)。这些 受体并没有获得受体命名委员会的确认,只是在研究论文中存在。

  现在的受体领域真是洋洋大观,五彩缤纷。各大药厂都有自己的hot point,瞄准某个受体或者某个受体亚型进行开发,期望通过提高药物对受体的选择性以及效能来发现针对性更好,更有特异性的药物。以抗精神病药物为例。 大家都知道最早的抗精神病药物是氯丙嗪,是多巴胺受体的拮抗剂(就是氯丙嗪的发现揭开了药理学领域的新篇章,一个新的分支学科产生了—行为药理学),在 1954年上市后为精神病医生提供了一个强有力的武器,但是它同时还与许多受体结合,是选择性非常差的药物,副反应非常多,并且多阴性症状无效。后来寻找 选择性强的药物,发现了一些现在所谓“非典型抗精神病药”,这些药物对多巴胺的拮抗明显减弱,而对5-HT2a/2c受体的拮抗明显增强(代表性的药物就 是杨森公司的利培酮),另外还对胆碱受体等有作用,尽管不够完美,但是选择性已经进了一大步,临床疗效大大增强,不仅可以改善阳性症状,还对阴性症状具有 很好的疗效。但是还是具有一些副作用,比如对阴性症状的控制不够好,长期服用引起患者体重增加等。这被认为是药物对5-HT2c受体的拮抗所产生的,因此 现在数家大药厂(比如Merck, Aventis, Acadia, Janssen等)都瞄准了这个靶点,希望能够找到选择性更好的药物(即对5-HT2a选择性拮抗,但对5-HT2c不具有拮抗作用)。首先 Aventis(就是以前的Hoechst Marion Roussel,总部位于美国新泽西)合成了MDL100907(后来简称M1009107),发现对5-HT2a的选择性很高,高于5-HT2c数百 倍,所有有关精神病的动物模型都发现该药都具有非常好的抗精神病效果。但是在临床试验中发现疗效并不如期望中的好,很多科学家把这归结为选择性还不够高。 好,继续找,Merck找到了另一个化合物,EMD281014, 这个化合物选择性更高,对5-HT2a的选择性是5-HT2c的4000多倍,动物试验发现不但对精神病的症状控制很好,而且还能够改善动物的学习记忆能 力,甚至还可能具有抗抑郁作用。看起来好像前途一片光明。但是谁知道一上临床后会怎么样? 加州的Acadia也不示弱,合成了ACP-103, ACP-104, 发现ACP-103不仅具有5-HT2a显著高于5-HT2c的选择性,而且还是5-HT2a的反相激动剂(前面讲过一些反相激动剂的内容),这个药物 II期临床已经结束,发现对精神分裂症具有很好的疗效。如果III期临床结束后没有问题,这个小药厂可就发大财了。

  事物都是有个度的,过度了总是不好。现在药厂追求的受体亚型高选择性是不是走入了一个误区或者说是极端呢?也许是具有临床有效性的,但是这就是未来疾病治疗的唯一方向吗?

  传统受体理论认为,药物与受体结合,然后产生生理学或者药理学效应。但是药物与受体结合后,下游信号转导途径只有一条吗?很显然不是这样的,许多试验结果 表明,一个受体可以直接与多条信号转导途径相连,比如,5- HT1a受体可以抑制腺苷酸环化酶活性,同时又能够开放K通道,显然二者的药理效应是不一样的。TSH受体既可以刺激腺苷酸环化酶活性,又可以刺激PLC 活性。5-HT2受体(通过与不同的G蛋白结合),既可以与PLC欧联,又可与PLA2欧联。传统受体理论假设,效应器活性的高低完全是由激动剂对受体产 生刺激的结果,激动剂刺激受体所产生的效应是与受体所欧联的效应器途径没有关系的,对于同一个受体,所有激动剂的差别只是量的差别,而不会有质的差别。这 些量的差别就是由Furchgott于1966年提出的药物所具有的内在活性所决定的,而与所谓效应器的途径没有关系。因此在进行受体鉴定和分类时所使用 的相对效能(受试激动剂与参比激动剂的比值)也就不会受效应器信号途径的影响。

  但是近年来一些实验结果采用传统的药理学理论是无法解释的。比如,Spengler(1993)发现,PACAP受体可以与腺苷酸环化酶欧联引起 cAMP 增加,也可以与PLC欧联,引起IP(磷酸肌醇)增加。有意思的是,两个受体激动剂-PACAP1-27和PACAP1-38具有不同的作用。 PACAP1-27在引起cAMP增加方面强于 PACAP1-38,而PACAP1-38在引起磷酸肌醇增加方面又明显强于PACAP1-27。因为两个激动剂对受体的亲和力是相同的,那么二者效强 (potency)的差异就只能来自于两者效能(efficacy)的差异。用传统受体理论来解释这个结果肯定是荒谬的,两个药物具有相同的亲和力,结合 于同一个受体,怎么可能在所产生的两个不同的生理学反应方面相对效能会相反呢?肯定是受体后的信号转到通路的问题。Clark(1998)也在5- HT2a和5-HT2c受体上报到了类似的结果。这用传统的药理学理论无法解释,于是格兰素史克公司的Terry Kenakin(1995)提出了激动剂介导的受体刺激trafficking的概念,也就是本文的题目。Trafficking这个词很有意思,查 Dictionary.com,有4个意思,我认为都无法表达在药理学中的确切意思。国内有各种各样的翻译,比如“运输,交通,迁移,交易”等等,简直就 是各执一词,胡说八道。其实意思就是说不同激动剂介导特定的信号转到通路,既然没有合适的词来表达,不如干脆不翻译成中文,保持英文原貌。Kenakin 所要表达的意思是,对于同一个受体,不同的激动剂可以选择性地诱导或者结合特定的受体构象状态,从而对某一条效应器通路(信号转到通路)的激动作用超过另 一条通路(激动剂引导的信号通路激活)。

  任何理论或者假说都是用来解释事实的。Kenakin的Trafficking of receptor agonist假说也是为了解释试验中某些无法解释的现象而提出来的,不过现在在许多受体上已经得到了广泛的验证,也确实很有用,能够解释许多药理学现 象。当然,这也为新药开发提供了新的思路。回到前面受体选择性的话题,受体介导多条信号转到通路,那具体哪条通路才是引起某种疾病的关键通路?开发具有选 择性机动或者抑制某条通路的化合物恐怕是比单纯考虑受体选择性更为有效的途径吧。

  第五节 受体理论的实际应用

  尽管大家都知道受体理论有数种,正如前面所介绍的,但是占有理论因为更能够便于理解,且能够解释多数受体现象,因此应用最为广泛。应用受体理论前,一些基本的理论构架应该非常熟悉,很多人也是很熟悉的。

  (1)完全激动剂能够产生最大反应,不同的完全激动剂之间效能是有差别的,这反映在在同一测试体系中的量小曲线,high potent的药物曲线在左边,low potent的药物曲线在右边。

  (2) 部分激动剂只能产生部分反应,且与完全激动剂联合使用时会拮抗完全激动剂的作用。这最基本的知识应该是谁都了解的,但是实际应用中不是如此简单。

  首先,所谓完全激动剂与部分激动剂,这定义本身就不太正确,因为是否能够产生最大反应,这完全取决于测试体系的规定,如果你规定的“门槛“比较低,所谓的 部分激动剂也能够达到最大效应,这种情况下大家都是完全激动剂,同样,如果提高门槛,完全激动剂也可以成为部分激动剂。所以,最好的说法是以 efficacy来分类,high efficacy, low efficacy激动剂。efficacy就与测试体系无关了,这是药物本身的特性。

  举例说明:

  阿片受体激动剂中,吗啡,芬太尼等都是high efficacy,而buprenorphine是low efficacy所谓部分激动剂或者激动/拮抗剂。在热板实验中,通常稳定为50或55摄氏度,cut off 时间如果为30秒,前者能够产生非常漂亮的量效曲线,后者其实也能够产生相当程度的镇痛作用,不过再提高剂量会达到所谓天花板效应,然后最大效应会降低。 这样可以区分出high efficacy, low efficacy.如果将温度提高,比如80度,cut off时间延长,比如100秒,这时可能所有药物都不能够到达到100%最大效应(在100秒内动物不舔后足),这就是激动剂的situation- specific!!。

  如果想研究buprenorphine的拮抗作用,直接buprenorphine + fentanil就可以了吗?就能够观察到fentanil dose-effect curve右移吗?很可能不是的,甚至可能左移。为什么会这样呢?在这种情况下,时间又成了一个重要因素。部分激动剂也是要激动受体起作用的,只不过是因 为激动单个受体所引起的效应太小,所以需要比完全激动剂激动更多的受体,然后spare receptor就比较少了。如果简单与完全激动剂联合使用,很可能只是看到了相加作用。如果有时间读读这篇文章(J Pharmacol Exp Ther. 1995 Jun;273(3):1345-52.),就会学到很多东西。提前一段时间给与部分激动剂,然后等部分激动剂代谢(部分激动剂一般解离速度比较慢)至不 产生效应(比如在热板实验中不产生阵痛作用,这需要做buprenorphine的时程曲线)但仍占有相当数量的受体的 情况下,再加用full efficacy激动剂,才可能观察到最大拮抗效应。

  当然,如果部分激动剂在某测试体系中本身不产生最大效应,也可以直接与全激动剂直接和用,这时的量效曲线可能会出现比较有意思的情况:比较下面的部分左移,但最大效应部分可能会右移。这也是拮抗作用。


TAG:

 

评分:0

我来说两句

显示全部

:loveliness: :handshake :victory: :funk: :time: :kiss: :call: :hug: :lol :'( :Q :L ;P :$ :P :o :@ :D :( :)

Open Toolbar