1、1分子分子药理学药理学molecular pharmacology 周四桂周四桂广东药学院广东药学院 药理系药理系第1页，共45页。综述范围 细胞信号转导与疾病细胞信号转导与疾病 细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病 氧化应激与疾病氧化应激与疾病 蛋白质组学研究进展蛋白质组学研究进展 细胞自噬的作用及与细胞凋亡之间的联细胞自噬的作用及与细胞凋亡之间的联系系 细胞重编程的研究状况及其医学意义细胞重编程的研究状况及其医学意义 表观遗传学对医药发展的影响表观遗传学对医药发展的影响第2页，共45页。3药物效应动力学药物效应动力学（PharmacodynamicsPharmacodynamics）药物代谢动力学
2、药物代谢动力学（PharmacokineticsPharmacokinetics）作用、作用机制作用、作用机制吸收、分布、代谢、排泄吸收、分布、代谢、排泄第3页，共45页。4 生命科学的发展由宏观到微观，药理学生命科学的发展由宏观到微观，药理学的研究也由整体水平、器官水平、组织的研究也由整体水平、器官水平、组织水平、细胞及亚细胞水平深入到基因及水平、细胞及亚细胞水平深入到基因及其表达产物的分子水平。其表达产物的分子水平。第4页，共45页。5 作为药理学研究对象的药理作用，本来就是药作为药理学研究对象的药理作用，本来就是药物小分子和生物大分子之间的相互作用。物小分子和生物大分子之间的相互作用。分
3、子药理学属于药理学的一个重要分支，是药分子药理学属于药理学的一个重要分支，是药理学发展的一门前沿学科。是以分子为基本功理学发展的一门前沿学科。是以分子为基本功能单位，用分子生物学的理论和技术，从分子能单位，用分子生物学的理论和技术，从分子水平和基因表达的角度，去研究、分析和阐明水平和基因表达的角度，去研究、分析和阐明药物与机体间相互作用的原理。药物与机体间相互作用的原理。第5页，共45页。6 分子生物学方法：研究基础分子生物学方法：研究基础 蛋白质印迹蛋白质印迹(western blot)、PCR、real-time PCR、RNA干扰、重组质粒构建、转基因动物、基因敲干扰、重组质粒构建、转基
4、因动物、基因敲除动物等除动物等 放射配体放射配体-受体结合测定法受体结合测定法 用放射性核素用放射性核素(3H、125I)标记配体与含有受体的组织、标记配体与含有受体的组织、细胞、细胞膜、细胞质或纯化的蛋白，在适宜的条件下细胞、细胞膜、细胞质或纯化的蛋白，在适宜的条件下孵育，使之形成复合体，测定复合体的放射性，通过作孵育，使之形成复合体，测定复合体的放射性，通过作图、计算求得参数，从其参数判断受体的选择性和分型。图、计算求得参数，从其参数判断受体的选择性和分型。分子药理学的研究技术与方法分子药理学的研究技术与方法第6页，共45页。7 电生理学方法：膜片钳技术电生理学方法：膜片钳技术 通过测定细
5、胞膜上众多离子流中单一跨膜离通过测定细胞膜上众多离子流中单一跨膜离子流，从电压与电流之比求出膜电导变化，子流，从电压与电流之比求出膜电导变化，分析离子通道开关的动态变化。分析离子通道开关的动态变化。免疫学检测方法：免疫组织化学、酶联免疫免疫学检测方法：免疫组织化学、酶联免疫吸附法吸附法 生物活性物质的定性和定量检测：荧光分光生物活性物质的定性和定量检测：荧光分光光度法、气相色谱、高压液相色谱等光度法、气相色谱、高压液相色谱等第7页，共45页。8 受体：受体的三级结构、受体及其亚型的克隆及结受体：受体的三级结构、受体及其亚型的克隆及结构研究、受体与配体结合位点的三维构象及结合机构研究、受体与配体
6、结合位点的三维构象及结合机制研究、高选择性受体及其亚型的配体研究等。制研究、高选择性受体及其亚型的配体研究等。细胞内信号转导：细胞内信号转导：对发病机制的深入认识对发病机制的深入认识 为新的诊断和治疗提供靶点为新的诊断和治疗提供靶点 新药筛选靶点：应用计算机技术与机器人技术，建新药筛选靶点：应用计算机技术与机器人技术，建立了药物高通量筛选系统，研制高效新药。立了药物高通量筛选系统，研制高效新药。分子药理学的前景展望分子药理学的前景展望第8页，共45页。9 构效关系与新药分子设计：依据分子结构构效关系与新药分子设计：依据分子结构-药理作用药理作用关系，结合计算机图像从屏幕上直观、立体地观看构关系
7、，结合计算机图像从屏幕上直观、立体地观看构型变化，指导药物分子结构的改造，优选出低毒、高型变化，指导药物分子结构的改造，优选出低毒、高效的配体分子，有针对性地设计合成新药。效的配体分子，有针对性地设计合成新药。生物制药：利用基因工程用细菌制造药物。如重组链生物制药：利用基因工程用细菌制造药物。如重组链激酶、人胰岛素、人生长素、白细胞介素等激酶、人胰岛素、人生长素、白细胞介素等分子药理学的前景展望分子药理学的前景展望第9页，共45页。10 基因治疗基因治疗:利用重组利用重组DNA技术在体外组装好一段正常技术在体外组装好一段正常的基因，采用导入技术将该片段导入宿主细胞内进的基因，采用导入技术将该片
8、段导入宿主细胞内进行表达，从而将不正常的基因予以纠正。行表达，从而将不正常的基因予以纠正。免疫治疗：免疫治疗：单克隆抗体：肿瘤的诊断和治疗单克隆抗体：肿瘤的诊断和治疗 器官移植排斥反应的治疗器官移植排斥反应的治疗分子药理学的前景展望分子药理学的前景展望第10页，共45页。11受体药理学受体药理学第11页，共45页。12神经递质与受体神经递质与受体Loewis ExperimentThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1936Henry Dale1875-1968Otto Loewi1873-1961第12页，共45页。13细胞内受体：核受体细胞内受
9、体：核受体细胞膜受体细胞膜受体受体受体离子通道型受体离子通道型受体G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体第13页，共45页。14第14页，共45页。15第15页，共45页。16三种三种类型类型的膜的膜受体受体(细细胞表胞表面受面受体体)第16页，共45页。17（一）一）离子通道型受体离子通道型受体 是细胞膜上的跨膜蛋白质，受体本身构成离是细胞膜上的跨膜蛋白质，受体本身构成离子通道，能识别配体并与其特异结合子通道，能识别配体并与其特异结合 当配体与受体结合后，分子构象改变，使离当配体与受体结合后，分子构象改变，使离子通道打开或关闭，选择性的促进或抑制细子通道打开或关闭，选择性
10、的促进或抑制细胞膜内外离子的快速流动，产生去极化或超胞膜内外离子的快速流动，产生去极化或超极化，在几毫秒内引起膜电位变化，从而传极化，在几毫秒内引起膜电位变化，从而传递信息，产生生物效应递信息，产生生物效应第17页，共45页。18 N-R：烟碱型乙酰胆碱受体 GABAAR：A型r-氨基丁酸受体 GlyR：甘氨酸受体 EAAR：兴奋性氨基酸受体 GluR：谷氨酸受体第18页，共45页。19 离子通道型受体的分子结构：由45个亚基组成，形成一个贯穿脂质双层膜的亲水性通道每一个亚基都有4个疏水跨膜螺旋（M1-M4）M3和M4之间有一较长的细胞内区，此区氨基酸序列高度保守5个亚基的M2围成通道的壁，N
11、末端和C末端都在质膜的外侧受体上识别配体并与之结合的位点，门控着离子通道第19页，共45页。20乙酰胆碱受体的结构与其功能乙酰胆碱受体的结构与其功能第20页，共45页。21第21页，共45页。222022-7-3022-氨基丁酸氨基丁酸(GABA)(GABA)是由谷氨酸在谷氨酸脱羧酶是由谷氨酸在谷氨酸脱羧酶(GAD)(GAD)作用下脱作用下脱羧而成，是一种中枢抑制性神经递质。羧而成，是一种中枢抑制性神经递质。第22页，共45页。232022-7-3023第23页，共45页。24（二）二）G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体 G protein coupling receptors，GPCRs 目前研
12、究最广泛、深入的受体类型，已通过分子克隆技术确定了上百种G蛋白耦联受体结构 此型受体与配体结合后，效应时程一般为数秒到数分钟第24页，共45页。25 G G蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体：神经递质受体神经递质受体(肾上腺素受体肾上腺素受体(、-R)-R)、多、多巴胺受体、巴胺受体、5-HT)5-HT)多肽激素受体多肽激素受体(血管紧张素血管紧张素IIII受体、内皮素受体、内皮素-1-1受体受体)肿瘤坏死因子受体肿瘤坏死因子受体 M M-乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体第25页，共45页。26 与通道型受体不同，G蛋白偶联受体均是单一的多肽链，肽链由400500个氨基酸残基组成 N端位于细胞外表面，C端在
13、胞膜内侧 整个肽链有7个跨膜螺旋区 跨膜区氨基酸序列呈高度保守，连接跨膜螺旋的有3个细胞外环和34个细胞内环第26页，共45页。27G蛋白 G G蛋白蛋白全称为全称为GTPGTP结合蛋白或结合蛋白或GTPGTP结合调节蛋白，在受体结合调节蛋白，在受体与效应蛋白之间起传递信息作用与效应蛋白之间起传递信息作用 G G蛋白蛋白位于细胞内侧，是由位于细胞内侧，是由、和和亚基构成的三聚亚基构成的三聚体体 不同来源的不同来源的和和亚基十分相似，而亚基十分相似，而亚基结构不同亚基结构不同（目前已发现（目前已发现2020多种），形成了不同的多种），形成了不同的G G蛋白蛋白 活化的活化的G蛋白的蛋白的亚基主要
14、作用于生成或水解细胞内亚基主要作用于生成或水解细胞内第二信使的酶，如第二信使的酶，如AC、PLC等效应分子，改变它们等效应分子，改变它们的活性，从而改变细胞内第二信使的浓度。的活性，从而改变细胞内第二信使的浓度。第27页，共45页。28Alfred G.GilmanMartin Rodbell1994 年医学和生理学诺贝尔奖获得者年医学和生理学诺贝尔奖获得者第28页，共45页。29G蛋蛋白偶白偶联系联系统：统：表面表面受体受体(七次七次跨膜跨膜)、G蛋蛋白和白和效应效应物物第29页，共45页。30第30页，共45页。31（一）（一）G蛋白的活化启动信号转导蛋白的活化启动信号转导 信号转导途径的
15、基本模式信号转导途径的基本模式：配体配体+受体受体G蛋白蛋白效应分子效应分子第二信使第二信使靶分子靶分子生物学效应生物学效应第31页，共45页。32G蛋白循环 G蛋蛋白自身白自身的活化的活化和非活和非活化作为化作为一种分一种分子开关子开关，将膜，将膜外的信外的信号转换号转换为膜内为膜内的信号的信号并进一并进一步放大步放大信号信号G G蛋白循环蛋白循环第32页，共45页。33第33页，共45页。第二信使第二信使 G-G-蛋白蛋白,cAMP,cAMP,cGMP,cGMP,肌醇磷脂肌醇磷脂 Ca Ca 2+2+第34页，共45页。35与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶活性，与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶
16、活性，如胰岛素受体如胰岛素受体、表皮生长因子受体、血小板表皮生长因子受体、血小板生长因子受体等。生长因子受体等。（三）酪氨酸蛋白激酶受体（三）酪氨酸蛋白激酶受体第35页，共45页。36 在结构上分为三个区域：在结构上分为三个区域：位于质膜外的配位于质膜外的配体结合域：肽链的体结合域：肽链的N N端端跨膜区：与跨膜区：与G G蛋白偶蛋白偶联受体和通道性受联受体和通道性受体多次跨膜不同，体多次跨膜不同，每条肽链只跨膜一每条肽链只跨膜一次次处于胞浆侧的催化处于胞浆侧的催化域，具有酶的活性，域，具有酶的活性，并具有自磷酸化位并具有自磷酸化位点点第36页，共45页。37作用模式：作用模式：配体（如表皮生
17、长因子、胰岛素）与配体（如表皮生长因子、胰岛素）与受体结合，引起受体二聚化受体结合，引起受体二聚化 二聚体的酪氨酸蛋白激酶被激活，彼此二聚体的酪氨酸蛋白激酶被激活，彼此使对方的某些酪氨酸残基磷酸化，这一使对方的某些酪氨酸残基磷酸化，这一过程称为自身磷酸化。过程称为自身磷酸化。利用酪氨酸蛋白激酶活性进而影响细胞利用酪氨酸蛋白激酶活性进而影响细胞内信息传递体系，产生生物效应内信息传递体系，产生生物效应效应时程一般为数小时效应时程一般为数小时第37页，共45页。第38页，共45页。39胰岛素的作用机制胰岛素的作用机制 胰岛素与特异性受体结合，引起一系列的信号转胰岛素与特异性受体结合，引起一系列的信号
18、转导，最终引起葡萄糖转运蛋白导，最终引起葡萄糖转运蛋白(GLUT4)(GLUT4)激活，将激活，将葡萄糖携带入细胞内葡萄糖携带入细胞内第39页，共45页。40（四）核受体（四）核受体位于细胞内的受体多为转录因子，与相位于细胞内的受体多为转录因子，与相应配体结合后，能与应配体结合后，能与DNADNA的顺式作用元件结合，的顺式作用元件结合，调节基因转录。调节基因转录。包括糖皮质激素受体、雌激素受体、雄激包括糖皮质激素受体、雌激素受体、雄激素受体、甲状腺素受体、维生素素受体、甲状腺素受体、维生素D D受体等。受体等。第40页，共45页。41高度可变区高度可变区位于位于N端，为转录激活结构域端，为转录
19、激活结构域DNA结合区结合区位于中部，含有锌指结构位于中部，含有锌指结构激素结合区激素结合区位于位于C端，结合配体或热休克蛋端，结合配体或热休克蛋白，含有核定位信号，使受体二白，含有核定位信号，使受体二聚化，激活转录聚化，激活转录铰链区铰链区含有核定位信号含有核定位信号第41页，共45页。42 作用模式：作用模式：在细胞内，受体与抑制性蛋白（如在细胞内，受体与抑制性蛋白（如Hsp90Hsp90）结合形成复合物，处于非活化状态结合形成复合物，处于非活化状态 配体（如皮质醇等甾体激素）与受体结合，导配体（如皮质醇等甾体激素）与受体结合，导致抑制性蛋白从复合物上解离下来，从而使受致抑制性蛋白从复合物上解离下来，从而使受体暴露出体暴露出DNADNA结合位点而被激活结合位点而被激活与靶基因结合，调节其转录、表达，从而影与靶基因结合，调节其转录、表达，从而影响靶细胞的代谢响靶细胞的代谢 效应时程为数小时甚至数天效应时程为数小时甚至数天第42页，共45页。43核核受受体体第43页，共45页。44胞内受体调节生理过程胞内受体调节生理过程第44页，共45页。45第45页，共45页。
