β2受体遗传多态性与β2受体激动剂

Context
β2-AG作为一种支气管扩张药物，单独或与ICS联用广泛 用于治疗各种呼吸系统疾病 90年代中期，ADRB2基因的单核苷酸多态性（SNPs） 被发现 体外实验证实一些SNPs与受体的功能相关。此后，人 们在ADRB2编码区的上游启动子区也发现了SNPs 人群研究发现ADRB2的遗传多态性十分普遍，某些位 点的等位基因频率高达40%以上 ADRB2的遗传多态性在不同种族的分布不同 上述研究使人们推测：作为与β2-AG结合的关键因子， ADRB2的遗传多态性可能影响β2-AG的疗效。
β2-AG的立体构象
所有的β2-AG都存在β-OH ,导致分子结构不对称， 因此存在旋光异构体（Ｒ，Ｓ），混合物为消旋体。 右旋异构体与受体的亲和力较高 某些β2-AG分子（非洛特罗、福莫特罗、丙卡特罗） 存在两个不对称中心，因此存在4种异构体（RR、 RS、SR、SS） R-沙丁胺醇的受体亲和力是S的100倍 RR-福莫特罗的受体亲和力是SS的1000倍
PDE
MAPK途径 5’-AMP
ADRB2信号传导通路
经典的cAMP途径
ADRB2/AG interactions
结合的关键位点是Asp113，Ser204，Ser207， Asp293 结合的位点均位于跨膜疏水的α螺旋的核心 受体的氨基酸残基与配体的特定结构域通过不同 的分子间作用力相结合
β2-AG与ADRB2的结合特性与药物本身的特性有关：
PET技术显示
ADBR2在呼吸道的分布显著多于心血管系统。但在正常 人群和哮喘人群无差异 肺组织ADBR2密度与FEV1成反比
ADRB2 activation
ADRB2有激活和失活两种状态，静息时两者处于平衡状 态，失活状态占绝对优势。 ADRB2与Gs-GTP结合时处于激活状态，当GTP降解为GDP时， Gs的α亚基与ADRB2的亲和力与下降，受体与Gs解离，处 于失活状态。 β2-AG可能与Gs-GTP结合，使平衡向激活状态转换。
沙丁胺醇为水溶性药物，可直接到达结合位点，但与受体结合的 时间也较短，所以沙丁胺醇作用迅速，持续时间也短。 福莫特罗有中度亲脂性，可进入形成小的含水囊腔，并逐步从其 中渗透出来与受体位点相结合。含水小囊的大小由福莫特罗的浓 度和剂量有关。因此，福莫特罗作用较沙丁胺醇稍慢，持续时间 长，且与剂量相关。 沙美特罗的亲脂性是沙丁胺醇的1000倍。分子很快弥散入细胞膜 （<1min)，而后缓慢弥散至结合位点（>30min) 。而且其分子的 侧链可以和第4跨膜环上的辅助结合位点结合，一旦结合很难解离。 故其作用缓慢而持续时间长，且与剂量无关。 异丙肾上腺素与受体的亲和力最强，沙美特罗和福莫特罗与配体 的亲和力是沙丁胺醇的3-4倍。
ADRB2活化的MAPK 作用： Gs 1.磷酸化糖皮质激素受体（GR） 的丝氨酸残基，使GR对GCS更 敏感 2.使GR从胞浆向细胞核内移位 ATP 这是ADRB2与GR协同作用的 分子基础
•抑制细胞膜 对Ca2+通道 •抑制肌浆网 Ca2+的释放 •加速胞浆内 Ca2+的摄取
control of muscle tone
ADRB2 distribution in human lung
放射自显影技术显示，ADRB2在肺组织广泛分 布：
airway smooth muscle (30-40,000per cell) epithelialand endothelial cells type II cells mast cells
AC
β2受体失敏感化
受体失敏感化过程在不同的细胞和不同的组织有显著差 异 人淋巴细胞暴露于激动剂后迅速出现受体失敏感化；而 人支气管平滑肌细胞就明显延迟 人支气管平滑肌细胞中的β2受体激酶和G蛋白偶联受体 激酶仅为肥大细胞的10%-20%，这提示人支气管平滑 肌细胞受到受体失敏感化的影响较肥大细胞小 有研究发现接触异丙肾上腺素后肥大细胞的cAMP在90 秒内达峰，人支气管平滑肌细胞而得cAMP水平却没有 平台期，在实验期间以恒定的速率增加，这提示：临床 发现重复使用β2激动剂出现耐药的情况，可能是由于肥 大细胞引起，而不是人支气管平滑肌细胞的β2受体失敏 感化引起
ADRB2 结构图
SNPs导致的AA转换位点： 16 Arg/GLy 27 Gln/Glu 164 Thr/Ile 34 Val/Met 7个跨膜疏水α螺旋 与受体下调 相关的位点
Β2 AG结合位点
半胱氨酸棕榈酰化， 将C段固定于细胞膜 受体失敏感化的 相关区域
与G蛋白结合的区域
•413个氨基酸残基 •46,500道尔顿
体 外 实 验
作者 Reishaus E Green SA Green SA Green SA 位点 16 164 16、27 16、27 对象 转染细胞、 HASMC 转染细胞 转染细胞 HASMC 结果 Gly16组受体下调较其他组显著 Ile164组受体亲和力比Thr164低四倍 Gly16组受体下调增强 Glu27组受体下调减弱 Gly16组受体下调增强 Glu27组受体下调减弱 16位多态性与受体失敏感化无关 Glu27组的受体失敏感化作用减弱 Gly16倾向于受体失敏感化增强 Glu27受体失敏感化增强（与其他人结果矛盾） （—） 时间 1993 1994 2001 1994 1995
全激动剂和部分激动剂
大部分β2-AG具有中等效能，如果受体数量足够， 这些药物都是全激动剂，但如果受体数量不足，则 只能是部分激动剂——不能达到应有的最大效应 体外实验发现临床常用剂量的沙美特罗只能占据 4%的ADRB2 ，这意味着有96%的受体储备。因此， 临床上当长期使用沙美特罗的哮喘患者如果出现哮 喘急发，使用沙丁胺醇补救治疗仍然有效
Database & search strategy
Pubmed ; Embase; CNKI (((beta 2-adrenergic receptor*) OR (beta 2adrenoceptor*) OR (beta 2-AR) OR (ADRB2)) AND ((genetic polymorphism) OR (genotype*) OR (gene* encoding*))AND ((beta 2-agonist*) OR (beta2 AG) OR (salbutamol) OR (Salmeterol) OR (formoterol) OR (terbutaline) OR (bambuterol) OR (carbuterol) OR (pirbuterol) OR (Bitolterol) OR (fenoterol) OR (colterol) OR (rimiterol) OR (mabuterol) OR (cimaterol) OR (xamoterol) OR (Reproterol) OR (prenalterol) OR (tulobuterol) OR (ibuterol))
ADRB2遗传多态性
白种人分布频率 Gly16 f = 0. 61 亚洲人群 Gly16 f = 0. 40 黑人 Gly16 f = 0. 50 白种人分布频率 Gln27 f = 0. 57 亚洲人群 Gln27 f = 0. 80 黑人 Gln27 f = 0. 73 白种人分布频率 Ile f = 0. 01
β2受体下调
暴露于激动剂数小时后，细胞膜表面的受体数量减少， 称为受体下调，这一过程并不依赖于受体的磷酸化 通过泛素E3连接酶使受体泛素化，从而激活受体的降解 过程 目前认为β2受体除了通过失敏感化过程来负反馈调节自 身功能外，受体与配体结合的同时也通过cAMP途径调 控β2受体的基因表达 当细胞暴露于高浓度异丙肾上腺素时， β2受体的转录 下降约50%，相反，当使用沙美特罗治疗时，β2受体基 因的表达无明显下调
谢 谢
Arg16组肺功能改善达预计值的人数是 Gly16组的5.3倍，27位点对结果无影响
Arg16组疗效更佳 （—）
1997
1999 1999
Rahman SU
16、27
Gly16组或杂合子组受体下调增强 Glu27组受体下调减弱
1997
β2-AG长期治疗 & ADRB2多态性
作者 Hancox RJ 位点 16、27 方法 规律使用 fenoterol 结果 肺功能改善及其他指标与基因型无关 但Arg16组的气道反应性反而增高 时间 1998
Moore PE
16、27
HASMC
2000
Chong LK
16、27
人肥大细胞
2000
短期SABA & ADRB2多态性
作者 位点 方法 结果 时间
Martinez FD
Lima JJ Lipworth BJ
16、27
16 16、27
儿童，吸入单剂沙 丁胺醇
中度哮喘患者 口服沙丁胺醇6h 单剂福莫特罗吸入 解救乙酰甲胆硷所 致支气管痉挛 口服沙丁胺醇2w后 评估β受体下调 （PET法）
Taylor DR
16
规律使用沙丁 胺醇治疗或沙 美特罗 规律使用沙丁 胺醇治疗，停 用后的肺功能
Arg16组使用沙丁胺醇以后哮喘的急性加重更 常见；而使用沙美特罗后急性加重减少
2000
Israel E
16
Arg16组沙丁胺醇的支气管扩张作用显著下降， 停用后肺功能反而有改善 Gly16组无此情况
2000
β2受体下调
PET扫描发现，连续使用沙丁胺醇2周（4mg po bid/200ug Qid）即导致肺部β2受体密度下降 22%，且沙丁胺醇的支气管扩张作用也下降。 糖皮质激素可以促进β2受体基因的转录，调节 受体数量和受体与腺苷酸环化酶的偶联 在健康个体和哮喘患者，系统使用糖皮质激素 可以逆转由β2激动剂导致的受体下调。但是， 吸入糖皮质激素并不能似乎并不能改善由LABA 引起的受体下调
β2受体失敏感化
伴随受体的活化，开始受体失敏感化的自动调 控，这是为了防止β2受体过度激活 主要步骤：
受体与腺苷酸环化酶失偶联 失偶联的受体内陷 内陷受体磷酸化 磷酸化受体与β抑制蛋白结合 使部分与激动剂结合的β2受体与Gs蛋白解偶联，从而抑制受 体过度激活
受体失敏感化的程度取决于受体与激动剂作用的 强度和持续时间
•定位于染色体5q31-32 •其编码区及非翻译序列 均无内含子 •只有一个外显子 •约1,200个碱基对
基百度文库因 图
ADRB2
ADRB2基因编码区存在9个SNPs
（46 、79 、100 、252 、491 、523 、1053 、1098 、1239）， 其中4个导致受体的AA.转换，分别是： 46 79 100 491 ADRB2基因非编码区，已发现10个SNPs 其中至少2个与受体的功能相关 - 47 - 137
β2受体遗传多态性与β2受体激动剂
YANG MING
Origin
临床发现某些COPD患者使用β2受体激动剂 （β2-AG）雾化吸入后气紧症状反而加重,原 因? 长期规律使用SABA (eg.万托林 )导致β2-AR 下调?其机制是什么?多久开始出现? 长期使用LABA是否同样导致β2-AR下调? 联用ICS是否可以阻止/延缓β2-AR下调?