胆碱受体的研究进展

胆碱受体的研究进展

摘要：胆碱受体分为毒蕈碱样乙酰胆碱受体和烟碱样乙酰胆碱受体，来自不同的遗传基因,所形成的受体蛋白结构分属于两类不同的受体家族。其各自结构与机制都不同，研究其机制与结构对治疗各种疾病都有着重大的意义关键词：胆碱受体；结构；机制

胆碱受体,最初根据其对天然生物碱毒蕈碱(muscarine)和烟碱(nicotine)的药理学反应特性不同,被分为毒蕈碱样乙酰胆碱受体(muscarinicacetylcholinereceptor,mAChR)和烟碱样乙酰胆碱受体(nicotinicacetylcholinereceptor,nAChR)[1]。直到80年代,随着分子生物学研究技术的发展,才从根本上认识到mAChR与nAChR是来自不同的遗传基因,所形成的受体蛋白结构分属于两类不同的受体家族[2]。随着近年来对胆碱受体的深入研究，科学家发现胆碱受体与很多疾病有关联，因此，研究胆碱受体的结构与功能，对于开发其高选择性的激动剂或拮抗剂对于治疗阿尔兹海默病、帕金森病、重症肌无力、哮喘、心肌及胃肠道平滑肌功能紊乱等疾患大有裨益。本文将就胆碱受体的研究进展做一简要综述

一、毒蕈碱样乙酰胆碱受体

1、mAChR的结构

mAChR属G-蛋白偶联的、由第二传导信息介导的受体家族。在中枢神经系统,参与运动控制,体温、血压调节和学习、记忆等过程;在外周组织,调节平滑肌收缩、腺体分泌及心率和心肌收缩力等功能。M受体是由460～590个氨基酸组成的一种单链跨膜糖蛋白,分子量大约为51～66Da,属于G蛋白偶联受体超家族。单链糖蛋白跨膜7次(TM1～7),形成3个细胞外环(o1～o3)、7个A螺旋疏水区域和3个细胞内环(i1～i3),其氨基端位于细胞外侧,羧基端位于细胞内侧。7个A螺旋跨膜区呈束状排列,中间形成类空腔状结构,该结构的狭窄区即为受体与配体的结合位点,与配体结合有关的跨膜螺旋为TM3、TM5、TM6、TM7。M受体各亚型基因序列具有高度的同源性,结构也非常相似,差异较大的为连接TM5与TM6的i3环,研究发现,位于i3环氨基端的Tyr254是决定其与G蛋白结合的关键,M受体就是在此与G蛋白结合而引起生物效应的[3]。

2、M受体的调节机理

M受体可以通过不同的生化机理产生作用。ACh等激动剂和M受体结合,使受体活化使细胞膜上钙离子通道开放,钙离子流入细胞内,与一种专一性蛋白,钙调蛋白结合,然后激活钙调蛋白依存的蛋白激酶。在ATP的存在下,激活的蛋白激酶可催化专一底物蛋白的磷酸化,从而使底物蛋白失活或活化,最后通过一定的反应步骤引起靶细胞的生理、药理效应。钙离子十曾被假设作为第二信使,从膜表面向内传递信息。磷脂酞肌醇占磷脂总量的2~10肠,M受体激活时,使其代谢周转增加,分解为磷酸肌醉和l2一二酞基甘油,之后丙以比激话前更快的速度合成。磷脂疏肌醇代谢周转的增加与激动剂浓度曲线很一致,阿托品能阻滞这种作用。磷脂酞肌醇的变化发生在钙离子进入细胞之前或独立于钙离子,因此,RM允hell 认为是细胞内钙离子浓度增加的原因[5]。他又提出不同于磷脂酞肌醇的多磷酸肌醇磷脂(磷脂酞肌醇一4一磷酸及磷脂酞一4,5一二磷酸)在受体作用机理中更加重要[6],它的两个水解产物三磷酸肌醇和1,2一二酞基甘油都是第二信使,三磷酸肌醇本身能引起钙离子的增加,再产生生理反应,所以钙离子实际上己降级为第三信使。1,2一二酞基甘油既是肌醇磷脂代谢周期的成员,又能激活蛋白激酶c引起

细胞反应。M受体激动后也可引起cGMP增加,最大可增加200倍,药物引起或抑制cGMP增加的EC50。也和它们抑制〔3H〕QNB结合的Ki值相近,说明受体与鸟普酸环化酶偶联。神经递质引起cGMP增加的高峰是0.5一l分钟内。很快被3,,5,一环核普酸磷酸二醋酶水解或运出细胞外。cGMP通过激活有关的蛋白激酶,引起内源性蛋白的磷酸化,产生相应的生理反应。在中枢神经系统,离子导入cGMP能模拟ACh对皮质神经元的M样作用。一部分M受体被一部分M受体被激活后,可以经鸟核普酸结合蛋白,抑制腺普酸环化酶,使cAMP的生成减少。M 受体的性质可受离子、核普酸、核普酸结合蛋白及药物的影响。含MgZ下、MnZ\的缓冲液使受体处于高亲和性状态,尤其是心脏的M受体。相反,含EDTA的缓冲液使受体处于低亲和性状态。GppNHp等明显增加M:受体和〔3H〕QNB的结合,减少〔3H〕CD(激动剂)的结合。GTP类会引起心脏M受体构象变化,选择性地减少H型受体的亲和性,或者使H型变为L型。加拉明(gallamine)等药物作用于受体表面,产生别构效应,抑制配体与受体的结合,这是由于加拉明是一种非竞争性变构抑制剂,导致受体发生“负协同效应”。对氯汞基苯甲酸盐是改变M受体性质的又一例子[9]。受体与有关的蛋白之间也有交互作用,一种蛋白质的构象会影响其他蛋白质的构象及功能状态。有关蛋白质在与受体亚单位形成复合物时,以三种方式影响受体:¹作为结合部位的辅助性成分,影响配体的结合,受体亚型不同,与其缔合的蛋白不同,并可被配体所识别。配体引起有关蛋白,包括受体的构象变化。受体的构象变化引起有关蛋白的构象变化,受体不同构象间的平衡受有关蛋白的约束[10]。

二、烟碱样乙酰胆碱受体

nAChR属于离子通道偶联的受体家族,主要通过对膜电位的调节而进行信息传导。近年Lorenzon等[8]认为,nAChR活性也受G-蛋白的调控。nAChR又分为外周型和中枢型,中枢型nAChR包括神经节nAChR和脑nAChR。又分为N1受体和N2受体。外周型nAChR包括成熟型nAChR和胚胎型nAChR[9]。

1、nAChR的分子结构

nAChR蛋白是由5个亚单位组成,以五角形排列,中央形成一个离子通道。主要调控细胞内外Na+,K+和Ca2+的流动。构成nAChR的每一个亚单位都含有4个跨膜螺旋结构,分别称为M1,M2,M3和M4。每个亚单位的M2跨膜区都位于内侧,构成离子通道的内衬面。因为M2螺旋上含有较多的酸性氨基酸残基,使通道形成负性电位,吸引正性离子,所以nAChR通道是一选择性的阳离子通道。在哺乳动物中,最先被纯化和克隆出的是外周型nAChR(神经肌肉接头),它由(1)215个亚单位组成。然而,随后用同样的方法研究中枢nAChR,无论在神经节还是在脑组织中,仅发现有和两类亚单位。迄今为止,在中枢神经系统(CNS)中已发现和克隆出8个亚单位(2～9)和4个亚单位(2～5)。中枢nAChR,一般认为是由2个亚单位和3个亚单位组合而成。所有的亚单位的氨基酸序列上的第192和193位都是半胱氨酸(Cys),而所有亚单位的氨基酸序列的相同位置上都不含Cys〔3〕。分子物理学研究证明,这个部位恰是烟碱的结合位点。所以目前公认,nAChR上的亚单位是激动剂的结合亚单位,亚单位被称为结构亚单位。目前,从人脑组织中也已克隆出2～5,7,2和4亚单位。Seguela等〔4〕发现,鸡、大鼠和人的中枢nAChR的相同亚单位的遗传基因编码有高度同源性,大于70%的氨基酸序列是完全一致的[10]。

而近年来的研究则发现,许多免疫细胞表面也表达不同程度的nAChR,接受神经信号调控细胞因子的释放。

2、nAChR的药理作用机理