高級(jí)藥理學(xué)第五章分子藥理學(xué)進(jìn)展課件

1、第五章 分子藥理學(xué)進(jìn)展 5.1 基本概念 5.2 受體 5.3 藥物的分子作用機(jī)理 5.4 分子藥理學(xué)的發(fā)展趨勢 第1頁，共37頁。第五章 分子藥理學(xué)進(jìn)展 分子藥理學(xué)的主要研究內(nèi)容1、藥物立體化學(xué)、電化學(xué)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，受體的功能及構(gòu)象分析。2、藥物與酶或其它生物大分子的相互作用。3、藥物對DNA基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的影響。4、抗生素及其它生長調(diào)節(jié)劑作用機(jī)理。5、藥物引起的生物大分子結(jié)構(gòu)改變或變構(gòu)躍遷。6、激素或藥物對細(xì)胞調(diào)控機(jī)制的影響。7、藥物對膜功能的影響。8、藥物耐藥機(jī)理。第2頁，共37頁。5.1 基本概念 5.1.1 分子藥理學(xué) 5.1.2 生物大分子 5.1.2.1 蛋白質(zhì) 圖5-1

2、 蛋白質(zhì)的多級(jí)結(jié)構(gòu) 一級(jí)結(jié)構(gòu)是指特定蛋白質(zhì)的肽鏈有著特定氨基酸排列順序。 二級(jí)結(jié)構(gòu)是指主鏈原子的局部空間排列，但不包括側(cè)鏈構(gòu)象內(nèi)容。 三級(jí)結(jié)構(gòu)是指側(cè)鏈的構(gòu)象內(nèi)容及各種主鏈構(gòu)象單元相互的空間關(guān)系。 四級(jí)結(jié)構(gòu)是指亞基立體分布，亞基的相互作用與接觸部位的布局。 第3頁，共37頁。5.1 基本概念(續(xù)）5.1.2.2核酸 包括核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA） 5.1.2.3生物膜 由脂質(zhì)雙分子層和嵌入的膜蛋白所組成 第4頁，共37頁。5.2 受體 5.2.1 歷史 藥物對機(jī)體的作用一般通過三個(gè)過程，即藥劑學(xué)階段、藥代動(dòng)力學(xué)階段及藥效學(xué)階段。信號(hào)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換，放大，調(diào)制生物輸出 刺 激藥物受

3、體結(jié)合部位放大系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)生物效應(yīng)第5頁，共37頁。5.2.1 歷史（續(xù)）1878年，Langley根據(jù)阿托品和匹羅卡品對貓唾液流出實(shí)驗(yàn)的相互拮抗作用，首次認(rèn)為化學(xué)物質(zhì)起始或改變細(xì)胞反應(yīng)是通過作用在專一的作用部位。1906年，Langley在研究箭毒和煙堿對骨骼肌的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)被切斷任其變性后，如將煙堿用于神經(jīng)早先終止的區(qū)域，仍可興奮肌肉，而且箭毒可阻斷煙堿的這一作用。20世紀(jì)初，Ehrlich根據(jù)抗體對抗原性物質(zhì)具有高度特異性提出了受體概念 。1933年，Clark在研究乙酰膽堿作用于蛙心的劑量效應(yīng)關(guān)系中觀察到，它只能作用在細(xì)胞表面的極小一部分活性分子上，為受體學(xué)說奠定了重要基礎(chǔ)。

4、 第6頁，共37頁。5.2.2 定義 換能 放大 生物活性物質(zhì)與機(jī)體中特定部位結(jié)合后才能導(dǎo)致生物效應(yīng)，這一特定部位叫結(jié)合位點(diǎn) ，對特定的生物活性物質(zhì)具有識(shí)別能力并可選擇性結(jié)合的生物大分子，叫作受體（receptor）。對受體具有選擇性結(jié)合能力的生物活性物質(zhì)叫作配體（ligand）。配體與受體結(jié)合后進(jìn)而引發(fā)機(jī)體某一特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生生物效應(yīng)，這一特定結(jié)構(gòu)叫效應(yīng)器（effector）。激素遞質(zhì)藥物受 體效應(yīng)器離子或分子的傳輸酶的激活或失活激素或遞質(zhì)的釋放生物效應(yīng)第7頁，共37頁。5.2.2 定義(續(xù)）配體是和受體大分子中的一小部分結(jié)合，這個(gè)部位，即結(jié)合位點(diǎn)或受點(diǎn)（binding site）。配體與受體結(jié)

5、合后可產(chǎn)生生物效應(yīng)的叫激動(dòng)劑（agonist）；雖能與受體結(jié)合，但并不產(chǎn)生生物效應(yīng)，而能與激動(dòng)劑或其它配體在與受體結(jié)合上相互競爭的配體稱阻斷劑（blocker），也稱拮抗劑（antagonist）。產(chǎn)生最大反應(yīng)作用的配體叫完全激動(dòng)劑（full agonist），只產(chǎn)生低于最大反應(yīng)作用的配體叫部分激動(dòng)劑（partial agonist）。反轉(zhuǎn)激動(dòng)劑（inverse agonist）或負(fù)性拮抗劑（negative antagonist）的配體。 第8頁，共37頁。5.2.3受體的特性 一、飽和性（saturability） 圖5-2 放射配體受體結(jié)合的飽和曲線 二、特異性（specificity）

6、 圖5-3 3-甲基芬太尼類衍生物對阿片受體親和力及其鎮(zhèn)痛作用的相關(guān)曲線 三、可逆性（reversibility） 四、受體系統(tǒng)重組功能再現(xiàn) 五、分子神經(jīng)生物學(xué)工作 六、受體的分布特性測定 第9頁，共37頁。5.2.4配體與受體相互作用的若干學(xué)說 一、占領(lǐng)學(xué)說（occupation theory） 二、速率學(xué)說（rate theory） 三、誘導(dǎo)契合學(xué)說（induced fit theory） 四、兩態(tài)模型（two-state model） 第10頁，共37頁。5.2.5 研究受體的方法 一、離體器官生物檢定法 （一）激動(dòng)劑或阻斷劑的強(qiáng)度比較 一般情況下，要確定未知藥物是否作用于某種受體，其作

7、用性質(zhì)是激動(dòng)還是阻斷，只要在富有某種受體的標(biāo)本上試驗(yàn)，分析其作用性質(zhì)，并和已知藥物對照，即可獲得明確結(jié)論。有時(shí)一個(gè)標(biāo)本含有多種受體，需要用特異性阻斷劑加以分析。激動(dòng)劑的激動(dòng)強(qiáng)度（ED50）可由濃度效應(yīng)曲線中求得。阻斷劑的作用強(qiáng)度以pA2值表示。 第11頁，共37頁。5.2.5 研究受體的方法（續(xù)） （二）阻斷劑的解離常數(shù)和pA2值 pA2值就是使激動(dòng)劑濃度增加到x倍而效應(yīng)仍保留在原水平的阻斷劑克分子濃度的負(fù)對數(shù)。常用是pA2值。 pA2值是分析藥物與受體作用的有力工具。如果兩個(gè)激動(dòng)劑作用于同一受體，則它們可被同一競爭性阻斷劑所阻斷，并且有相同的pA2值。反之，同一阻斷劑對這兩個(gè)激動(dòng)劑的pA2值

8、不同?？赏茰y這個(gè)激動(dòng)作用于不同受體。 二、放射配體受體合分析法 這種方法是觀察標(biāo)記配體與特定組織的受體制備的結(jié)合，通常采用組織勻漿、突觸小體、膜碎片等勻漿制備，分別與高比活性配體（激動(dòng)劑或阻斷劑）一起孵育，形成配體-受體復(fù)合體，經(jīng)離心、過濾或沉淀等處理，分離此復(fù)合物，并測定其結(jié)合的放射性。 第12頁，共37頁。5.2.6 受體分子結(jié)構(gòu)研究方法 受體蛋白分子結(jié)構(gòu)研究主要采用三種策略 一、cDNA經(jīng)典的克隆方法 以受體經(jīng)過分離純化并獲得蛋白的部分肽段的序列為基礎(chǔ)，合成相應(yīng)的核酸探針（Probe），利用此探針在富有目標(biāo)受體的組織建成的cDNA文庫（cDNA library ）中選取相關(guān)的cDNA，經(jīng)

9、過若干次篩選，獲得受體蛋白的cDNA全鏈。在體外對cDNA逆轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的mRNA，用微量注射技術(shù)注入爪蟾的卵母細(xì)胞，使受體蛋白在卵母細(xì)胞表達(dá)，并且組裝在膜上。利用電生理技術(shù)或其它檢測方法檢驗(yàn)獲得的蛋白是否確為目標(biāo)受體。將受體蛋白有關(guān)的全cDNA序列測定，并推出蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸序列。這一方法必須有部分純化受體的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，方法也較繁瑣。 第13頁，共37頁。5.2.6 受體分子結(jié)構(gòu)研究方法（續(xù)） 二、功能表達(dá)的篩選方法 這方法的特點(diǎn)是不需要先有純化受體蛋白的基礎(chǔ)，而是從富含所研究受體的組織建立的cDNA文庫中，將含有的cDNA在體外轉(zhuǎn)錄成相應(yīng)的mRNA系列，將此各個(gè)mRNA注入爪蟾卵母細(xì)胞或

10、將cDNA構(gòu)建成質(zhì)粒轉(zhuǎn)染到其它表達(dá)細(xì)胞,檢測其與受體相應(yīng)的生理功能，從中篩選出陽性的克隆，從而獲得相應(yīng)的cDNA全序列，并推導(dǎo)出受體蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)及氨基酸序列。 第14頁，共37頁。5.2.6 受體分子結(jié)構(gòu)研究方法（續(xù)） 三、低嚴(yán)謹(jǐn)雜交法 這是利用已知同源受體結(jié)構(gòu)已闡明為基礎(chǔ)的一種方法。這種方法多用于受體亞型或與之相關(guān)的受體結(jié)構(gòu)研究，已知一種受體亞型結(jié)構(gòu)后，以此cDNA結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用部分片段，采用PCR（polymerease chain reaction）技術(shù)及RACE（rapid amplification of cDNA ends）復(fù)制含有此片段序列的DNA分子，其中可能存在與此受體結(jié)

11、構(gòu)相似的亞型受體結(jié)構(gòu)。 第15頁，共37頁。5.2.7 幾種重要受體家族 一、G蛋白偶聯(lián)受體家族（G-protein coupled receptor family） 大量的神經(jīng)遞質(zhì)受體及激素受體將從細(xì)胞外的配體傳遞的信號(hào)，通過受體與G蛋白（guanine nucleotide binding protein）偶聯(lián)，將信號(hào)傳至細(xì)胞內(nèi)的效應(yīng)器（effector）。這一受體家族的成員與不同的膜上G蛋白偶聯(lián)，使配體帶來的信號(hào)通過第二信使cAMP、磷酸肌醇（phosphoinositides）、二酰甘油（diacetylglycerol，DG）及Ca2+傳至效應(yīng)器，產(chǎn)生生物效應(yīng)。 圖5-10 G蛋白偶

12、聯(lián)受體結(jié)構(gòu)模式圖 圖5-11 G蛋白介導(dǎo)的受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 第16頁，共37頁。5.2.7 幾種重要受體家族(續(xù)） 二、酪氨酸激酶受體家族（Tyrosine Kinase receptor family） 多細(xì)胞抗體對細(xì)胞發(fā)育的調(diào)節(jié)與協(xié)調(diào)是受控于一些多肽因子，如表皮生長因子（epidermal growth factor, EGF）、胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor, IGF）、血小板衍生生長因子（platelet derivated growth factor， PDGF）及神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）等。 這些生長因子的受

13、體具有共同特征：即具有內(nèi)在的酪氨酸激酶活性。 圖5-12 酪氨酸激酶受體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D 第17頁，共37頁。5.2.7 幾種重要受體家族(續(xù)） 三、配體門控離子通道受體家族（ligand gated ion channel receptor） 神經(jīng)元上的離子通道有兩種類型，根據(jù)其生理功能分為配體門控離子通道及電壓門控離子通道。離子通道有Na+、K+、Ca2+等通道。 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛存在的興奮性氨基酸為谷氨酸（glutamate），而甘氨酸（glycine）及GABA為抑制性氨基酸。 第18頁，共37頁。5.2.7 幾種重要受體家族(續(xù)） 四、細(xì)胞核激素受體（cell nuclear hormo

14、ne receptor） 甾體激素、甲狀腺素、維甲酸（retinoic acid）、維生素A、維生素D等則可進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，與核受體結(jié)合，形成復(fù)合物，在細(xì)胞核中產(chǎn)生作用。 圖5-13 核激素受體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D 第19頁，共37頁。5.2.7 幾種重要受體家族(續(xù)） 五、細(xì)胞因子受體家族（cytokine receptor） 細(xì)胞因子受體家族包括有：白細(xì)胞介素（interleukins）、紅細(xì)胞生成素（erythropoietin）、粒細(xì)胞巨嗜細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte macrophage colony stimulating factor）、粒細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte

15、colony stimulating factor）、催乳素（prolactin），以及生長激素（growth hormone）等受體。 在生理狀態(tài)下可與細(xì)胞因子形成高親和力結(jié)合。 第20頁，共37頁。5.2.7 幾種重要受體家族(續(xù)） 六、其它酶類受體（other enzyme receptors） 鳥苷環(huán)化酶（guanylate cyclase）也被認(rèn)為是一受體系統(tǒng)，存在兩類鳥苷環(huán)化酶，一類為膜結(jié)合酶，另一類存在于胞漿中。 第21頁，共37頁。受體的功能及作用方式傳遞信息第一信史物質(zhì)（配體） 受 體 受體被激活 產(chǎn)生第二信史 （cAMP、cGMP、 DG、IP3、Ca2+）產(chǎn)生生理效應(yīng) 效

16、應(yīng)器 傳導(dǎo)、放大信號(hào)第22頁，共37頁。5.2.8 第二信使與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 受體與配體結(jié)合，接受了信號(hào)傳入，其信號(hào)如何在細(xì)胞內(nèi)傳導(dǎo)是細(xì)胞生物學(xué)重大課題，也是藥理學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)，這與配體受體結(jié)合后，信號(hào)傳導(dǎo)的選擇性有關(guān)，細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的整合是通過第二信使通路相互作用實(shí)現(xiàn)的。第二信使的合成、釋放及生物活性反映了這些通路的活動(dòng)狀態(tài)及第二信使間直接或間接的相互作用。cAMP是最早認(rèn)識(shí)的第二信使，許多配體與受體結(jié)合后，使受體激活，通過與腺苷酸環(huán)化酶的連接作用使AMP環(huán)化而產(chǎn)生cAMP。第23頁，共37頁。5.2.8 第二信使與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（續(xù)）cAMP的水解受一些不同的磷酸二酯酶催化，而cAMP從細(xì)胞外排

17、是通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。大多數(shù)cAMP功能的激活是由于激活了cAMP依賴的蛋白激酶（cAMP dependent protein kinase），這種激酶可調(diào)節(jié)許多細(xì)胞內(nèi)蛋白，通過激酶的催化磷酸作用而實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞漿中的Ca2+是另一第二信使，它的濃度是受控于若干不同的膜上 Ca2+通道的調(diào)節(jié)以及從細(xì)胞Ca2+儲(chǔ)存部位釋放。Ca2+通道的開啟是由于膜的去極化，也可被Ca2+本身的作用，cAMP依賴的蛋白激酶磷酸化和GS作用等因素而開放。Ca2+通道可被G及Go而抑制其開啟。第24頁，共37頁。5.2.8 第二信使與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（續(xù)）Ca2+從細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存處釋放被另一第二信使IP3所介導(dǎo)。IP3是從膜上

18、的PIP2水解而來，這水解是由磷酸酯酶C（PLC）催化。已知的PLC有三類酶，作用于不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。Ca2+調(diào)節(jié)細(xì)胞的活性是與若干蛋白介質(zhì)（mediator）有關(guān)，如蛋白激酶C及鈣調(diào)蛋白等。第25頁，共37頁。5.2.9 小結(jié) 受體研究由于受體蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)的闡明，對受體結(jié)構(gòu)功能研究已進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。受體的研究在以下一些方面將會(huì)成為今后新的熱點(diǎn)。受體的結(jié)構(gòu)本質(zhì)隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)的興起，不能停留于分子克隆，在闡明一級(jí)結(jié)構(gòu)的已有成績上，必須進(jìn)一步闡明受體的更高級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)。 受體及其亞型受體的克隆和結(jié)構(gòu)研究將是一個(gè)研究的熱點(diǎn)。受體與配體的結(jié)合位點(diǎn)簡稱受點(diǎn)仍是繼續(xù)研究的課題。受體與配體結(jié)合機(jī)制的研究。 高選擇性受體及其亞型配體的研究將繼續(xù)得到關(guān)注。 采用基因敲出（gene knockout）技術(shù)研究基因在整體動(dòng)物的功能表達(dá)，是一個(gè)非常重要的研究領(lǐng)域。第26頁，共37頁。5.3 藥物的分子作用機(jī)理 一、作用于酶的藥物 二、作用于蛋白質(zhì)合成的藥物 三、作用于DNA的藥物 （一）作用于DNA生物大分子 （二）引起DNA鏈斷裂 （三）影響DNA聚合酶 四、影響RAN的藥物更生霉素五、抗代謝的藥物嘌呤代謝抑制劑、嘧啶代謝抑制劑六、作用于細(xì)胞膜的藥物七、作用于其它的藥物，如影響微管和微絲系統(tǒng)秋水仙堿、長春堿、細(xì)胞松馳素