藥理學/受體動力學

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藥理學

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受體動力學一般用放射性同位素標記的配體（L）與受體（R）做結合試驗研究。取一定量組織，磨成細胞勻漿，分組加入不同濃度的放射性同位素標記的配體（藥物），溫孵待反應達平衡後，迅速過濾或離心分出細胞，用緩衝液洗去尚未結合的放射性配體，測定標本的放射強度，這是藥物與細胞結合的總量，此後用過量冷配體（未用同位素標記的配體）洗脫特異性與受體結合的放射性配體再測放射強度，這是藥物非特性結合量。將總結合量減去非特性結合量就可以獲得L-R結合（B）曲線。如果L只與單一R可逆性結合，以B為縱座標，［L］為橫座標，L-R結合曲線為直方雙曲線（圖2-5）。如將橫座標改用log［L］（［］表示摩爾濃度）則呈典型的S形量效曲線。

按質量作用定律

（E代表效應）

反應達到平衡時

（K_D是解離常數）

因為［R_T］=［R］+［LR］（R_T為受體總量），代入上式並經推導得

由於只有LR才發揮效應，故效應的相對強弱與LR相對結合量成比例，即

按此公式以E為縱座標，log［L］為橫座標作圖，結果與實驗數據圖形完全一致。

當［L］=0時，效應為0，　

當［L］>>K_D時，［LR］/［R_T］=100%，達最大效能，即［LR］_max=［R_T］。

當［LR］/［R_T］=50%時，即EC₅₀時，K_D=［L］。

K_D表示L與R的親和力（affinity），單位為摩爾。各藥（L）與R親和力不同，K_D越大時親和力越小，二者成反比。令pD₂=-logK_D則其值不必用摩爾單位、數值變小且與親和力成正比，在半對數座標上也較易理解，故pD₂較為常用。

藥物與受體結合產生效應不僅要有親和力，還要有內在活性(intrinsic activity),後者用α表示，0≤α≤100%。故上述公式應加入這一參數：E/E_max⁼ α［LR］/［R_T］。兩藥親和力相等時其效應強度取決於內在活性強弱，當內在活性相等時則取決於親和力大小（圖2-6）。

將上述受體動力學基本公式（［LR］/［R_T］=［L］/K_D+［L］）加以推導改變可將S形量效曲線改變為直線關係，使計算方便很多也準確很多：

1．雙倒數圖　將上述基本公式兩側取倒數後加以推導得1/［LR］=K_D/［L］［R_T］+1/［R_T］。以1/［LR］為縱座標、1/［L］為橫座標作圖得直線（圖2-7）,斜率為K_D［R_T］,即K_D/E_max，與縱座標交點為1/［R_T］，即1/E_max ，與橫座標交點為-1/K_D。

2．Scatchard圖 推導得公式［LR］/［L］=［R_T］/K_D-［LR］/K_D以［LR］/［L］，為縱座標，［LR］為橫座標作圖也呈直線（圖2-8），斜率為-1/［K_D］ ，與縱座標交點為［R_T］/K_D，與橫座標交點為［R_T］。

這些直線關係圖解在受體研究中有重要用途，也可加深對受體動力學的理解

圖2-6   藥物與受體的親和力及其內在活性對量效曲線的影響
A圖  a,b,c三藥與受體的親和力（pD2）相等，但內在活性（E_max）不等
B圖 a,b,c 三藥與受體的親和力（pD2）不等，但內在活性（E_max）相等

圖2-7  受體結合量效關係的雙倒數作圖

圖2-8  受體結合量效關係的Scatchard作圖

一些活性高的藥物與相應受體結合的量效曲線 （B-log［L］曲線）並不一定與結合後產生效應的量效曲線（E-log［L］曲線）相重合。因為這類藥物只需與一部分受體結合就能發揮最大效應（E_max），剩餘下未結合的受體為儲備受體(spare receptor)。這對理解拮抗藥作用機制有重要意義，因為這類拮抗藥必須在完全佔領儲備受體後才能發揮其拮抗效應。

受體激動藥（L）對相應受體有較強的親和力，也有較強的內在活性，α達100%。受體拮抗藥（I）雖然也有較強的親和力，但缺乏內在活性，α=0，本身不能引起效應，卻佔據一定量受體，拮抗激動藥的作用。競爭性拮抗藥(competitive antagonist)能與激動藥互相競爭與受體結合，這種結合是可逆性的。在實驗中如果L與I同時存在則［R_T］=［R］+［LR］+［IR］，代入上述基本公式並加推導得

可見L和I同時存在時，如L這一因素固定不變，藥理效應大小取決於［I］/K₁（K₁是I的解離常數）。［I］越高及（或）K₁越小時效應越弱，即拮抗效果越強。當［L］>>［I］時，［LR］/［R_T］→100%，這就是競爭性拮抗藥使量效曲線平行右移（E_max不變）的理論解釋（圖2-9）。

在有一定量的競爭性拮抗藥［I］存在時，增加［L］至［L』］仍可使藥理效應維持在原來單用［L］時的水平。據此，

將之推導得

［L』］/［L］是劑量比 (dose ratio)，即將［L］增加［L』］/［L］倍就能克服［I］的拮抗作用。該比值也取決於［I］/K₁而與［L］絕對值或K_D無關。將此公式兩側取log，並以log（［L』］/［L］-1）為縱座標、以-log［I］為橫座標作圖，呈直線，斜率為1，與橫座標交點為-logK₁，即pA₂此即Schild 圖（圖2-10）。按Schild定義，拮抗參數pA_x是指劑量比為X時競爭性拮抗藥濃度的負對數值。常用pA₂，即 ［L』］/［L］=2時的數值，則pA₂=-log［I］=-logK₁，些參數反映拮抗藥的拮抗強度，其值越大表示拮抗作用越強。

圖2-9 競爭性拮抗藥（A圖）、非競爭性拮抗藥（B圖）及部分
激動藥（D圖）對激動藥（虛線）量效的影響及激動藥（C圖）
對部分激動藥（虛線）量效曲線的影響

圖2-10 競爭性拮抗作用的Schild作圖

非競爭性拮抗藥(noncompetitive antagonist)與R結合非常牢固，分解很慢或是不可逆轉，使能與L結合的R數量減少。另一類非競爭性拮抗藥可阻斷受體後某一中介反應環節而使受體-效應功能容量減少。二者共同特點是使量效曲線高度（E_max）下降。但L與剩餘的R結合動力學不變，即K_D不變。在雙倒數圖中更易看出這一關係（圖2-11）。

圖2-11 競爭性拮抗作用與非競爭性拮抗作用比較
A圖 量效曲線 B圖 雙倒數曲線 
X 單用激動藥 Y 競爭性拮抗藥對激動藥的拮抗作用
Z 非競爭性拮抗藥對激動藥的拮抗作用

還有一類藥物稱為部分激動藥(partial agonist)和R結合的親和力不小，但內在活性有限，α<100%，量效曲線高度（E_max）較低。與激動藥同時存在時，當其濃度尚未達到E_max時，其效應與激動藥協同，超過此限時則因與激動藥競爭R而呈拮抗關係，此時激動藥必需增大濃度方可達到其最大效能。可見部分激動藥具有激動藥與拮抗藥兩重特性。（圖2-9C、D）

目前放射性配體-受體結合技術已普遍用於受體研究，但必需和藥理效應實驗結合進行才有意義。

為什麼化學結構類似的藥物作用於同一受體有的是激動藥，有的是拮抗藥，還有的是部分拮抗藥？還可用二態模型(two-state model) 學說解釋。按此學說，受體蛋白有兩種可以互變的構型狀態：靜息狀態（R）與活動狀態（R^*）（圖2-12）。靜息時平衡趨向R。活動藥只與R^*有較大親和力，L-R^*結合後充分發揮藥理效應。部分激動藥（P）與R及R^*都能結合但對R^*的親和力大於對R的親和力，故只有部分受體被激活而發揮較小的藥理效應。拮抗藥對R及R^*親和力相等，且能牢固結合，但保持靜息狀態時兩種受體狀態平衡，拮抗藥不能激活受體但能阻斷激動藥作用。個別藥物（如苯二氮卓類）對R親和力大於R^*，結合後引起與激動藥相反的效應，稱為超拮抗藥(superantagonist)。這一學說容易理解，但有待進一步實驗證實。

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