Ugrás a tartalomhoz

A farmakológia alapjai

Klára, Gyires, Zsuzsanna, Fürst (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

2. A farmakodinámia alapjai

2. A farmakodinámia alapjai

Rónai András

A farmakológia az a tudományág/szakterület, amely viszonylag kis molekulatömegű hatóanyagok (természetes, félszintetikus, szintetikus kémiai szerkezetek) és a célszervezet élettani/kórtani, valamint biokémiai/patobiokémiai folyamatainak kölcsönhatásait vizsgálja, erősen szem előtt tartva a terápiás szempontokat. Érdeklődési területében és vizsgálati módszereiben rokonságban áll az élettannal – amelynek valójában egyik történeti „leágazása” –, valamint a biokémiával, amely hasonló módon vált ki az élettan tudományterületéből; talán az egyetlen alapvető különbség közöttük a terápiás orientáció kiemelt érvényesülése.

A farmakológia több szempontból is felosztható. Tematikailag a legkézenfekvőbb a farmakodinámiára és farmakokinetikára való felosztás. Leegyszerűsítve, a farmakodinámia foglalkozik mindazon hatásokkal, amelyeket a hatóanyagok a célszervezetre kifejtenek, míg a farmakokinetika azokkal a hatásokkal, amelyeket a célszervezet a hatóanyagokra fejt ki. A farmakológiát „gyakorlók” tevékenységformái szerint elkülöníthetők – bár kevésbé élesen – az alapkutatási, a gyógyszerfejlesztési és a gyógyszer-alkalmazási fázisok. A humán vagy állatgyógyászati alkalmazásra engedélyezett hatóanyagok a gyógyszerek.

A farmakodinámia elemzi a hatóanyagok „kívánatos” (azaz elsődleges terápiás célul kitűzött) hatásainak, valamint a nemkívánatos effektusok (mellékhatások, extrém esetben toxicitás) szerveződési mechanizmusait, ezek mennyiségi mutatóit. A kettő arányának kiemelt jelentősége indokolja azt, hogy a gyógyszerbiztonsággal – beleértve a fertilitás, a terhesség, a perinatalis időszak biztonsági tényezőit, valamint a generációs és a környezeti toxicitást is – önállósult szakágak foglalkoznak. A kívánatos/nemkívánatos hatások megfelelő aránya a szelektivitási tényező biztosításával teremthető meg, amely a gyógyszer kutatási/fejlesztési (K&F) stratégiák egyik legfontosabbika.

Az emberi esendőség okán a gyógyászati törekvések, beleértve a farmakoterápiát is, egyidősek az emberiséggel. Kezdetben, érthetően, empirikus alapon választott természetes (növényi, állati eredetű vagy szervetlen) hatóanyagokat alkalmaztak, véletlenszerűen, majd egyre tudatosabbá váló módon fermentációs, kivonási és elválasztástechnikai eljárások használatával. Az alkalmazások és a primitív kutatási törekvések privilegizált személyek/csoportok tevékenységéhez kötődtek; a tapasztalatokat szájhagyomány útján, később írásos formában adták tovább. A máknövény alkaloidjait, az atropint és a scopolamint, a physostigmint és számos más természetes anyagot ma is alkalmazunk a gyógyászatban. A trópusi nyílméreg kuráre példája nyomán a trópusi növények, állatok (pókfélék, kígyók, békák, hidrák, tengeri csigák) mérgei nagy hatékonyságú és specifikus hatóanyag-tartalmuk révén ma is kiemelt jelentőségű gyógyszerkutatások célpontjai.

Általánosnak tekinthető szabályszerűség az, hogy a matematika fejlődésének meg kell előznie a fizika felívelését, a fizikának a kémiáét, a kémiának pedig a biológiáét (bár kivételek, természetesen, lehetségesek). A szintetikus kémia, kémiai elválasztástechnika és analitika a XIX. század végén–XX. század elején jutott olyan fejlődési szintre, amely lehetővé tette a farmakológia gyorsabb előrehaladását. Ebben az időben a farmakológia – a kémia mellett – az élettudományok közül az immunológiával és a mikrobiológiával mutatott hasonló fejlődési ütemet. Ekkor fogalmazták meg először, hogy a hatóanyagok a szervezetben specifikus célpontokkal lépnek interakcióba.

A farmakológia sajátos kémiai szerkezetek, a hatóanyagok és a célszervezet kölcsönhatását vizsgálja, mindenkor szem előtt tartva a terápiás szempontokat.

A farmakodinámia elemzi a hatóanyagok kívánt (célhatás) és nem kívánt (mellékhatás) hatásainak szerveződési módját és ezek mennyiségi mutatóit.

Ehrlich az antigén–antitest kölcsönhatás specificitását a zár és kulcs illeszkedés módjára képzelte el, amely a „protoplazma megfelelő felépítésű, specifikus oldalláncai” és az ezekkel komplementer ellenanyagok között jön létre. Hasonló koncepció vezette a kemoterápiás szerek terén kifejtett úttörő munkája során is. Langley a kuráréval végzett Claude Bernard-i kísérletek tanulságaira építve felvetette, hogy a harántcsíkolt izmon léteznie kell egy specializált szerkezetnek, amelyet ő „receptív szubsztanciá”-nak nevezett el; ez a mai értelemben vett „receptor” első megfogalmazási módja. A farmakológia a XX. század középső-utolsó harmadában lépett intenzív fejlődési szakaszába; ennek előfeltétele volt a biokémia ezt megelőző intenzív fejlődése. Ebben a időszakban a hatóanyagok szervezetbeni makromolekuláris célpontjait nevesítették, jellemezték. Először a receptorok létét bizonyították közvetett, farmakológiai úton, majd a hetvenes években közvetlenül, az ún. receptorkötési eljárás alkalmazásával. Felismerték és jellemezték az ioncsatornákat, az enzimeket és a transzportproteineket, amelyek hatóanyagok célpontjául szolgálhatnak. Igen jelentős volt az előrehaladás a makromolekulák (elsősorban proteinek) elsődleges kémiai szerkezetének meghatározásában. Újabb mérföldkőnek tekinthető a „humán genom program” sikeres teljesülése (a hivatalos „draft” dátuma 2000. június 26.). Míg egy 1996-os felmérés szerint az akkor alkalmazott hatóanyagok mintegy 483 ismert makromolekulán fejtették ki hatásukat, a genom alapján előre jelezhető potenciális célpontok száma ugrásszerűen, közelítőleg 6500-ra nőtt. E mennyiségi mutató mellett a humán genom ismerete alapvetően megváltoztatta a gyógyszerkutatási/gyógyszerfejlesztési stratégiákat is. Az elkövetkező időszakban a farmakológia várhatóan fokozott mértékben épít a genomika és a bioinformatika tudományterület eredményeire, módszereire. A következő előre látható mérföldkő a „humán proteom projekt” teljesülése lesz, amelynek révén a gyógyszerkutatás még racionálisabb, hatékonyabb tevékenységgé válhat, mivel ekkor válik rendszerezetten ismertté az emberi szervezet fehérjekészlete, a genommal összevethető teljességben.

A hatóanyag-effektusok mennyiségi szempontjai: egy ligand, illetve ligandkölcsönhatások

Dózis–hatás összefüggések, hatékonyság, hatáserősség

Mind a kísérletező farmakológus, mind a farmakoterápiát alkalmazó orvos alapvetően hatóanyagok dózis–hatás összefüggéseit elemzi, illetve gyakorolja. Trivialitásnak tűnik, de a hatásnak mérhetőnek vagy legalábbis számértékben kifejezhető eseménynek kell lennie.

Az elemzésnél a dózis–hatás összefüggéseket virtuális vagy valós xy koordinátarendszerben vesszük fel. A dózis (D) vagy koncentráció (C) a független változó, amelyet konvenció szerint az abszcisszán (x), míg a hatás (E, effektus) a függő változó, amelyet az ordinátán (y) ábrázolunk. A hatás a beadás után nem azonnali, tehát mértéke nemcsak dózis-, hanem időfüggő is (E = f (t, D). Hogy a dózis–hatás összefüggéseket az időtől függetlenítsük, az elemzés céljaira gyakran egyensúlyi vagy csúcshatásokat használunk.

A hatóanyagok által előidézett biológiai válasz (effektus, E) függ a dózistól/koncentrációtól, valamint a beadás után eltelt időtől, képletszerűen E = f(t,D). A dózis–hatás összefüggések mennyiségi elemzéséhez „időfüggetlen” közelítést alkalmazunk (egyensúlyi hatás, csúcshatás)

A biológiai válasz lehet a dózissal fokozatosan növekedő (egy lehetséges maximumig), és mérőszámmal, valamint mértékegységgel jellemezhető („paraméteres”). Lehet a válasz minden vagy semmi jellegű(kvantális, nem-paraméteres). Ez esetben a dózishoz rendelhető hatás mennyiségi mutatója a kritérium teljesülésének mértéke a vizsgált populációban.

A hatóanyagok hatásának jellemző mennyiségi mutatói a hatékonyság (effektivitás, efficacy) és a hatáserősség (potencia, potency). A hatékonyság jó kifejezője az aktuális hatásmaximum, míg a hatáserősség jellemzője az anyag dózis–hatás összefüggését leíró görbe jobb–bal pozíciója egy valós vagy virtuális koordinátarendszerben (azaz a hatást kiváltó dózis/koncentráció).

A hatások egy része mérőszámmal és mértékegységgel kifejezhető, és a mérőszám, egy maximális lehetséges értékig, a dózis növelésével fokozatosan nő (lásd később). Más esetekben a hatás kvantális, azaz egy természetes (például halálozás) vagy kritériumszerűen választott (például egy sztereotip viselkedésmintázat teljesülése) esemény bekövetkezése jellemzi. Ilyenkor a dózis változtatásával az esemény bekövetkezésének gyakorisága változik egy adott populációban (2.1. ábra).

2.1. ábra. A kvantális dózis-hatás összefüggés ábrázolása

Egy hatóanyag hatását, függetlenül a szerveződés módjától, alapvetően két mennyiségi mutató jellemzi. A hatáserősség (potencia), amely megadja, hogy az anyag az adott biológiai hatást milyen dózisban/koncentrációban képes létrehozni, tehát a dózis–hatás összefüggést leíró görbe jobb–bal pozíciója a koordinátarendszerben (azaz az x tengely mentén jellemezhető mutató). A másik, a hatékonyság(effektivitás, efficacy) azt adja meg, hogy az anyag milyen mértékben képes létrehozni egy adott biológiai hatást (azaz mi az aktuális hatásmaximuma), tehát valójában az y tengely mentén jellemzett mutató (2.2. ábra).

2.2. ábra. A hatékonyság és a hatáserősség grafikus értelmezése

A hatás szerveződési módját is figyelembe véve (például receptoriális szerveződés) a hatékonyság fogalmi kiterjesztése némiképp módosul; receptoriális vonatkozásban csak a makromolekulán aktív változást létrehozó hatóanyagra értelmezhető (intrinsic hatékonyság).

Az ED50 (ED: effektív dózis) érték megadja azt a dózist (koncentrációt), amely a maximális hatás 50%-át hozza létre, illetve a kvantális dózis–hatás görbék esetében az a medián effektívdózis érték, amely a kezelt egyedek 50%-ában kiváltja a vizsgált hatást. Használatos a TD50, a medián toxikus dózis fogalma is, amely a kísérleti állatok 50%-ában vált ki egy adott toxikus tünetet. Ha a vizsgált toxikus hatás az állatok pusztulását jelenti, akkor a medián letálisdózisról, az LD50értékről beszélünk. A terápiás index (TI) a TD50, (LD50) és ED50 aránya.

A receptoriális kötődés

Az egyszerű fizikokémiai hatásoktól eltekintve a hatóanyagok hatásának első lépése a specifikus kötődés a célpont makromolekulán.A kötődés valójában a kötődő kismolekula (ligand) és a makromolekula komplementer szerkezeti elemei (ligandfelismerő helyei) között megfelelő sorrendben lezajló kölcsönhatás. A makromolekula azon régiója, amely az endogén ligandot (kémiai jelhordozó, szubsztrát) köti, az a primer vagy ortoszterikus kötőhely, a többi specifikus kötőhely alloszterikus (allotóp).

A kötődés alapvető jellemzői a szelektivitás és az affinitás. A szelektivitás megkülönböztető tulajdonságú és mennyiségi jellemzőjű specifikus kötődés; a megkülönböztetés tárgya lehet például két különböző családba tartozó receptor, azonos családbeli receptortípus/altípus.

Gyakorlati szempontból két nagyságrendnyi szelektivitást jónak, három nagyságrendnyit (és e felett) kiválónak tekintünk. A meg-külön-böztetés szerkezeti háttere a kölcsönható kis- és makromolekula interaktív, töltéssel rendelkező, valamint lipofil elemeinek (ezen belül kiemelt jelentőséggel az aromás, planáris elemek) megfelelő geometriája. A makromolekulán sajátos elrendezésű kötőzsebek hordozzák a kötőhelyeket; a zsebek általános karaktere környezetüktől függ, de többségükben ún. hidrofób teret alkotnak. A ligand vizes közegben közelíti meg a célmolekulát, így hidrátburok veszi körül, úgyszintén hidrátburok fedi a kötőfelszín jelentős részét is a makromolekulán. Távolhatás okán a töltéssel rendelkező elemek „célozzák meg” a kötőhelyet, majd a hidrátburkok kiszorítása lehetővé teszi további kölcsönhatások (ezek az ún. hidrofób kölcsönhatások) kialakulását is, amelyeknél az egyedi kötéserő kicsiny, de ezek összege jelentős kötéserősséget eredményez. A hidrofób kölcsönhatások lehetnek magas szelektivitási, de nem-szelektivitási tényezők is. Számos endogén receptorligand (például katekolaminok, szerotonin) tartalmaz aromás gyűrűt, és ettől két szénatomnyi távolságban, egy flexibilis oldalláncon egy protonálható nitrogént. Jelentős számú félszintetikus és szintetikus hatóanyag tartalmaz kondenzált, aromás elemet is tartalmazó „hidrofób” gyűrűrendszert, és ezen belül vagy egy hajlékony oldalláncban 2-3 szénatomos távolságban egy protonálható nitrogént (triciklusos antidepresszánsok és neuroleptikumok, ergotszármazékok, opioidok stb.). Érthetően ezek a hatóanyagok, változó szelektivitással, több receptorféleség ligandjai lehetnek.

A kis molekulatömegű ligand és a célpont makromolekula kötődési kinetikáját a Langmuir–Hill-egyenlettel írjuk le. Az eredeti egyenletek az oxigén–hemoglobin kötődés és gázatomok fémfelszínre kötődésének jellemzésére szolgáltak. Biológiában az egyenlet egy biológiai rendszerben korlátozott számban jelen lévő makromolekula (esetünkben a receptor) és egy ehhez képest feleslegben lévő kismolekulájú anyag (ligand, hatóanyag) reverzibilis kölcsönhatását írja le, ahol a reakció a tömeghatás törvénye szerint zajlik.

Az általános reakcióséma a következő:

A R k k + AR (2.1)

amelyben [A] a hatóanyag-molekulák száma (vagy moláris koncentrációja), [R] a receptormolekulák száma (vagy moláris koncentrációja), [AR] a hatóanyag-receptor komplex száma/koncentrációja, k+ az asszociáció, k a disszociáció sebességi állandója. A tömeghatás törvénye szerint a reakció sebessége a reakcióba lépő szabad komponensek szorzatával arányos.

A reakció bármely időpontjában az egyenlet bal oldalán szereplő szabad receptorszámot/koncentrációt a biológiai rendszerben jelen lévő összes receptorszám (RT) [AR]-rel csökkentett értéke, azaz [RT – AR] adja. Mivel [A] [RT]-hez képest (így [AR]-hez képest is) nagy feleslegben van, hasonló korrekció [A] értékénél általában nem szükséges.

Egyensúlyi helyzetben (equilibriumb

K+[A]([RT] – [AR]) = K[AR](2.2)

ahonnan

[AR] = [A] [RT] / [A] + K(2.3)

ahol

K = k / k+

a disszociációs konstans egyensúlyi helyzetben, amelyet receptorkötési viszonylatban KD-vel jelölünk. Minimális átrendezéssel ([AR] : [RT] (2.3) lényegében azonos a Hill-egyenlettel. [AR] : [RT] az elfoglalt receptorfrakciót jellemzi (okkupancia).

Könnyen belátható, hogy [AR] = [RT] : 2 esetén [A] számszerűen egyenlő KD-vel, azaz KD számszerűen az a hatóanyag-koncentráció, amely a rendszerben lévő receptorok 50%-os hatóanyag-telítettségéhez (50%-os okkupancia) szükséges; a KD-érték a hatóanyag/ligand affinitásának jellemzője. A (2.3) egyenletből [AR]-t [A] ellenében ábrázolva egy hiperbola görbéjét kapjuk, x ≥ 0 tartományban (2.3. ábra, a) (ez ligandkoncentrációkra természetszerűleg teljesül). Ha tehát a receptorkötési kísérletben a specifikusan kötött ligandkoncentrációt (2.3. ábra, c) ábrázoljuk az alkalmazott radioligand koncentrációjának függvényében, akkor hiperbolát kapunk (ún. telítési görbe,2.3. ábra, b).

2.3. ábra. a), b), c) A receptoriális hatóanyagkötés különböző grafikus megjelenítési formái

Ha az x tengelyt logaritmikus léptékben vesszük fel, akkor a hiperbola szigmoid görbévé alakul. A jelenlegi komputerprogramok lehetővé teszik, hogy nem-lineáris illesztéssel akár a hiperbolából, akár a szigmoid görbéből egzakt módon megkaphatók legyenek a kötődés jellemző paraméterei, az [RT] (biokémikus preferencia szerint Bmax) és a KD, valamint görbefelbontási programmal a kötőhelyek egyneműsége is eldönthető. Korábban a lineáris transzformációt alkalmazták ugyanerre a célra. Ha a (2.2) – (2.3) egyenletet

A R T AR AR = K D (2.4)

szerint rendezzük, továbbrendezve a

AR A = AR K D + R T K D (2.5)

egyenletet kapjuk.

Ha koordinátarendszerünkben

– az x tengelyen [AR]-t,

– az y tengelyen [AR] / [A]-t

ábrázoljuk, akkor az

y = 1 K D x + R T K D (2.6)

explicit egyenletű egyenes grafikonját kapjuk (2.4. ábra). Ez a Scatchard típusú ábrázolásmód (Scatchard-plot).

2.4. ábra. A receptoriális hatóanyagkötés Scatchard szerinti ábrázolása

Az egyenes meredeksége (slope) –1 / KD, amelyből KD egyszerűen számítható. Az x tengelymetszék a rendszerben lévő teljes receptorkoncentráció, azaz a rendszer receptorainak maximális hatóanyagkötő-kapacitása (Bmax). Az y tengely dimenziója, biokémikusok preferenciája szerint, úgy is fogalmazható, mint a kötött és szabad hatóanyag-koncentráció hányadosa (bound/free, B/F). Ha a hatóanyagot a rendszerben egyetlen, homogén affinitási viszonyokat biztosító receptorpopuláció köti, akkor a Scatchard-plot egyszerű linearitást mutat. Fordítva ez nem feltétlenül igaz, ugyanis látszólag egyszerű lineáris plot mellett is lehet a receptorpopuláció heterogén. A receptorpopuláció heterogenitását azonban általában kimutatja a megtört, két egyenes komponensre bontható görbe, amelyből természetesen két-két KD- és Bmax-érték származtatható. Leszorítási kísérletnél egy választott jelzett ligandkoncentráció mellett a receptor más, nem jelzett ligandjai emelkedő koncentrációinak jelenlétében meghatározzuk a specifikus kötésben maradt jelzett ligandkoncentrációt. A „hideg” ligandok leszorítási görbéiből meghatározzuk az 50%-os leszorításhoz szükséges koncentrációt (IC50), amelyből a Cheng–Prusoff-egyenlet alapján

számítható a hideg ligand leszorítási (vagy gátlási) konstansa (Ki),

K i = I C 50 K D x L x + K D x (2.7.)

amelyben [Lx] a jelzett ligandkoncentráció és KDx a jelzett ligand disszociációs konstansa.

A receptorok ligandjai kötődhetnek ahhoz a kötőhelyhez, amelyen a „névadó” ligand a jelátviteli folyamatot elindítja; ez a primer vagy ortoszterikus kötőhely. A specifikus kötődés történhet ettől eltérő kötőhelyen/kötőhelyeken is, amelyről a primer jelátviteli folyamat valamely elemének modulálása szerveződhet. Ez(ek) az alloszterikus kötőhely(ek), ligandja(i) az alloszterikus ligand(ok).

A primer kötőhely ligandjai lehetnek teljes („full”) agonisták, ennek prototípusa a receptor endogén, jelhordozó ligandja. Lehetnek a ligandok parciális agonisták, neutrális (régebbi terminológia szerint tiszta kompetitív) antagonisták és inverz agonisták.

Valamennyi ligand kötődésének erősségére, aviditására jellemző mutató az affinitás; ez az interakció egyetlen mennyiségi mutatója neutrális antagonista esetén. A konvenció szerint ennek jellemző paramétere az a ligandkoncentráció, amely esetén equilibrium állapotában a jelen lévő receptorkészlet 50%-a van ligandkötött formában. Ez a paraméter az equilibrium disszociációs konstans, amelyet a származtatás módjától függően KD, Ki vagy Ke szimbólummal írunk le.

Az agonista ligand további tulajdonsága, hogy a kötődést követően a kötő makromolekulán olyan változást indukál, amely elindítja a jeltovábbítási folyamatot. Ezen változás indukálásának készségét mennyiségileg az agonista intrinsic hatékonysági tényezője jellemzi, amelyet ε vagy τ szimbólummal írunk le. A jeltovábbító makromolekula szintjén a teljes agonista valósítja meg ezt az indukciót maximális mértékben.

A receptoriális kötés és a biológiai hatás összefüggései

Ha egy ligand a receptor primer, ortoszterikus kötőhelyén kötődik, három alapesemény történhet. Az első esetben a ligand olyan konformációváltozást idéz elő a makromolekula kötőegységén, amely a receptorra jellemző jeltovábbítási láncot/lehetséges láncok egyikét aktiválja. Ez a ligand a receptor agonistája. Attól függően, hogy a ligand a jeltovábbítás szempontjából „ideális” konformációt indukálja-e (ha ilyen egyáltalán definiálható) vagy egy átmeneti konformert, teljes („full”) vagy parciális agonistáról beszélünk. A másik végletet képviseli az a ligand, amely specifikusan kötődik a primer kötőhelyen, de jeltovábbításhoz vezető konformációváltozást nem indukál, és a receptor nyugalmi, referenciakonformációs spektrumát sem változtatja meg (G-protein-kapcsolt receptorra értelmezve). Ez a receptor neutrális antagonistája (régebbi terminológiával tiszta, kompetitív antagonistája). A neutrális antagonista észlelhető, aktív biológiai választ nem eredményez, illetve kizárólag a receptor endogén ligandjának leszorítása révén. Jelenlétét jelzi, hogy sajátos dinamikával antagonizálja a receptor agonista ligandjainak hatását (lásd később). A harmadik lehetőség konstitutív aktivitással rendelkező receptorokra értelmezhető. Ez azt jelenti, hogy a receptor referenciakonformációjának spontán fluktuációja aktív konformációs tartományba is bekerülhet, agonista ligand jelenléte nélkül. Az a ligand, amely a referenciakonformációt inaktív tartományba kényszeríti (ezzel megakadályozva a spontán aktivációt), az a receptor inverz agonistája. Az inverz agonista hatása ellenkezője az agonisták hatásának; több, korábban tiszta, kompetitív antagonistaként kategorizált ligandról bebizonyosodott, hogy valójában inverz agonista.

Ha agonista típusú hatóanyag dózis–hatás összefüggéseit ([E] / [A], ahol [E] a biológiai hatás, effektus, [A] a hatóanyag moláris koncentrációja/dózisa) vizsgáljuk, a Hill-egyenlet szerint

E E max = A n H A n H + A 50 n H (2.8)

ahol

Emax a maximális biológiai hatás,

nH a Hill-koefficiens,

[A]50 az Emax 50%-át kifejtő hatóanyag-koncentráció (egyenértékű megnevezés az EC50, és mindkettőnek megadható tízes alapú negatív logaritmusa, a pEC50 vagy p[A]50).

A (2.8) egyenlet erősen emlékeztet a (2.3) egyenlet kissé átrendezett alakjára; [E] [A] ellenében ábrázolva hiperbolát, logaritmikus x tengely esetén szigmoid görbét ad (2.5. ábra).

2.5. ábra. „Fokozatos” (graded) dózis–hatás összefüggés ábrázolása lineáris és fél-logaritmusos koordinátarendszerben

A hatást levezető korai receptorkinetikai elméletek egytényezős összefüggést feltételeztek a hatóanyagkötés és a biológiai hatás között; ennek a szemléletnek Ariëns volt az utolsó jelentős képviselője. A jelenlegi szemlélet Stephenson, Gaddum, Furchgott, Leff és Kenakin munkája nyomán alakult ki. A levezetés az IUPHAR Committee on Receptor Nomenclature and Drug Classification ajánlásai, valamint Kenakin és Leff szerint kerül bemutatásra.

Az érvényes, ún. okkupanciaelmélet szerint a biológiai hatás arányos a hatóanyag által elfoglalt receptorfrakcióval (Y), amely a (2.3) egyenlet alapján

Y = AR R T = A A + K A (2.9)

ahol

KA a KD-nek megfelelő agonista disszociációs konstans.

Az aktivált receptorfrakció által a rendszerrel közölt „stimulus” (S)

S = εY(2.10)

ahol

ε a Furchgott és Kenakin szerint definiált intrinsic hatékonyság, amely közelítőleg az agonista által kiváltott receptoraktiváció mértéke. A receptor által a rendszerrel közölt stimulus egy rendszer/szövet/sejt függő jelerősítő funkció „f” függvényében jelenik meg a biológiai hatásban (E).

E = f ε A A + K A (2.11)

A KA (amely közvetlenül nem határozható meg a biológiai mérésekből), valamint ε receptor- és hatóanyagfüggő tényező, RT, a jelerősítő funkció, „f” szövet/sejt függők, mint ahogy a biológiai hatás (például izomkontrakció, transzmitterfelszabadulás) lehetséges maximuma is. Így lehetséges, hogy a receptorfrakció egy kis hányadának teljes aktiválásakor a kimenő biológiai hatás már maximális lesz. A maradék receptorfrakció a „spare” receptorkészlet, amely szintén szövet/sejt/funkció függő. Mindezek figyelembevételével a teljes („full”) és a parciális agonizmus többféleképpen is értelmezhető, valamennyi értelmezésnek lehet jogosultsága és farmakológiai jelentése. A teljes és a parciális agonizmus, valamint a neutrális antagonizmus alapértelmezését a 2.6. ábra mutatja be.

2.6. ábra. a) Teljes és parciális agonista receptorokkupanciájának és hatásának szemléltetése b) Az okkupancia és a hatás összefüggése antagonista, parciális agonista és teljes agonista esetén

A jelerősítő tényező függvényében azonban a különböző rendszerekben a teljes és a parciális agonizmus eltérően jelenik meg (2.7. ábra). Az A, B és C hatóanyag közül alacsony jelerősítésű rendszerben (I) A teljes agonista, B parciális agonista és C neutrális antagonista. A közepes erősítési tényezőjű (II) rendszerben A és B teljes agonista, C parciális, míg a nagy hatékonyságú erősítéssel jellemzett (III) rendszerben mindhárom teljes agonista, ha úgy definiáljuk, hogy az adott rendszerben a lehetséges maximális hatást létrehozni képes valamennyi hatóanyag teljes agonistának minősül. Abszolút értelemben a teljes agonizmust úgy definiálhatjuk, hogy mely hatóanyag képes a maximális biológiai választ létrehozni „0” spare receptorkészlet esetén. Eszerint 3 + 2 kategóriára szűkül a minősítés, azaz teljes agonistára, parciális agonistára, neutrális antagonistára és inverz agonistára (amely szintén lehet teljes és parciális). Bármely receptoron a teljes agonista prototípusa a receptor endogén agonista ligandja.

Figyeljük meg, hogy a teljes agonista már alacsony receptorfrakció elfoglalásakor is maximális hatást vált ki, míg a parciális agonista még a teljes receptorkészlet elfoglalása esetén is csak a maximumnak egy töredékét képes produkálni

A parciális agonizmus jellemzése több közelítésben lehetséges. Ha találunk olyan rendszert, ahol a parciális agonista agonista hatása nem vagy csak kismértékben érvényesül, akkor meghatározhatjuk a kölcsönhatást egy nagyobb hatékonyságú agonistával (például teljes agonistával). Ilyen helyzetben a parciális agonista antagonizája a teljes agonista hatását; az antagonizmus paramétereiből (lásd később) az antagonista affinitását (Ke-értékét) Kosterlitz és Watt módszerével határozhatjuk meg. Az affinitás és az agonista hatás paramétere (EC50) ismeretében a parcialitás jellemezhető (lásd később). A teljes agonizmus abszolút közelítésű definiálása értelmében (lásd előbb) a parciális agonizmus pontosabban jellemezhető, ha az egy rendszerben jelen lévő receptorok számát csökkentjük, például specifikus, irreverzibilis frakcionális inaktivációval. A módszert és a levezetés egyik lehetséges módját Furchgott és Bursztyn dolgozta ki; a levezetési módot később „null”-módszernek nevezték el. A meghatározáshoz olyan irreverzibilisen ható anyagot kell alkalmazni, amely a biológiai rendszerben lévő receptorok bizonyos hányadát inaktiválja, anélkül hogy a receptoriális jeltovábbítás többi elemét megváltoztatná. Ha a receptorok egy hányada inaktivált, egy „q” frakció (q < 1) működő állapotban maradt, akkor A agonistánk [A] koncentrációját meg kell növelnünk [A’] ahhoz, hogy ugyanazt a biológiai hatást elérhessük. A korábban leírt (3) egyenlet szerint

q A ' R T A ' + K D = A R T A + K D (2.12)

Átrendezés után:

1 A = 1 q 1 A ' + 1 / q 1 K D (2.13)

Ha teljes receptorkészletű és frakcionálisan inaktivált receptorkészletű biológiai rendszerben A agonista dózis–hatás görbéiből (2.8. ábra a) az azonos hatásokat adó A1–A’1, A2–A’2 ... Ai–A’i párokat kétszeresen reciprokális rendszerben ábrázoljuk (2.8. ábra b),

2.7. ábra. Különböző intrinsic hatékonyságú agonisták farmakológiai hatása különböző jelerősítési tényezőjű biológiai rendszerekben

akkor a (13) egyenlet szerint egyenest kapunk, amelynek meredeksége 1/q, y tengelymetszéke

1 / q 1 K D ebből   K D = meredekség 1 y tengelymetszék (2.14)

Az ún. operatív meghatározási módszert Leff és munkatársai vezették be. Az eljárás két lépést tartalmaz, valójában összehasonlító alapú. Az agonista affinitását jellemző értéket (KA) és hatékonyságát (τ) az

E = E max τ n H A n H K A + A n H + τ n H A n H (2.15)

egyenletből származtatjuk, amelyet a kísérletesen meghatározott E/[A] értékek pontjaihoz illesztünk. τ az intrinsic hatékonysággal rokon jelentésű, bár algebrai definíciója ε-tól különböző. A (2.15) egyenlethez Emax ésnH értékét egy teljes agonista kísérletesen meghatározott E/[A] pontjaihoz a Hill-egyenlet (2.8, átrendezve)

E = E max A n H A 50 n H + A n H (2.16)

szerinti illesztésből nyerjük. Ez esetben nH a rendszer jelerősítő tulajdonságával arányos, Emax a kimenő biológiai válasz lehetséges maximuma. A (2.15) egyenlet „manifeszt” parciális agonistára közvetlenül, teljes agonistára vagy látszólag teljes agonistára frakcionális receptorinaktivációt követően alkalmazható. τ értéke vagy a KA/[A50] hányados jellemzi a teljes vagy parciális agonistát.

Hatóanyagok farmakodinámiai kölcsönhatásai

Két hatóanyag egymással különböző szinteken léphet kölcsönhatásba. Az interakció megvalósulhat azonos makromolekuláriscélponton, ekkor receptorok esetén receptoriális kölcsönhatásról beszélünk. Az egymást módosító hatás létrejöhet azonos célsejten, de különböző jeltovábbítási láncolaton keresztül. Ennek egy speciális változata, amikor két különböző jeltovábbítási rendszerben működő receptor közül az egyik (ezáltal ennek hatóanyagai) funkcionális vagy molekuláris kapcsolatképzés révén módosítja a másik működését (lásd például receptormozaik). E speciális jelenséget Hollenberg heterológ modulációnak nevezte. Az előbbire (tehát a nem-speciális szituációra) példaként adható hörgősimaizom kontrakciója H1 hisztaminreceptor agonistával, elernyesztése β2 adrenoceptor agonistával. Végül a kölcsönhatás megvalósulhat különböző célsejteken. Részben ilyen az inzulin és a glukagon szénhidrát-háztartáson belüli interakciója, az artériás simaizom konstrikciója α1 adrencoceptor agonistával, dilatációja az endothelből mobilizált nitrogén-monoxiddal (endothelialis m3ACh, 5-HT2 vagy H1 receptorok aktivációja útján). A receptoriális kölcsönhatás és a receptormozaik kivételével e kölcsönhatásformákat funkcionális vagy élettani interakciónak nevezzük.

Receptoriális kölcsönhatás esetén lehetséges A agonista és B antagonista „vetélkedése” a primer vagy ortoszterikus kötőhelyért, amikor is a vetélkedő anyagok reakciója a makromolekulával reverzibilis, és a tömeghatás törvényének megfelelően zajlik; ez a kompetitív antagonizmus hagyományos definíciója (2.9. ábra a).

2.8. ábra. a), b) Agonista affinitásának meghatározása farmakológiai méréssel a receptorok részleges, irreverzibilis inaktiválása segítségével, Furchgott és Bursztyn szerint (magyarázatát lásd a szövegben)

Jelenleg érvényes, óvatosabb megfogalmazás az „egymás kötődését kölcsönösen kizáró, reverzibilis és a tömeghatás törvényének megfelelően zajló interakció”. Az E/[A] görbék jellemző képe a B koncentrációkkal ([B]) arányos párhuzamos jobbra tolódás, azonos Emax-értékek mellett. Az ortoszterikus kötőhelyen történő kölcsönhatás létrejöhet úgy is, ha B antagonista kötődése irreverzibilis vagy igen lassú disszociációjú, „pszeudoirreverzibilis” (2.9. ábra b). Az utóbbi esetben az antagonizmus non-kompetitív.

Alloszterikus kölcsönhatás ugyanazon makromolekula két különböző helyén kötődő ligandok interakciója; B ligand A ligand kötődését/hatását mind gátló (2.9. ábra c), mind fokozó (potencírozó) irányban modulálhatja (2.9. ábra d).

Két anyag kölcsönhatásának tradicionális, bár igen kevéssé informatív vizsgálati/ábrázolási módja az ún. izobolikus forma(2.10. ábra).

2.9. ábra. Kompetitív antagonizmus, pszeudoirreverzibilitáson alapuló „non-kompetitív antagonizmus” és alloszterikus interakció szemléltetése

Választjuk A és B hatóanyag azonos mértékű hatás kiváltásához szükséges dózisát/koncentrációját ([A],[B]), majd különböző hányadok szerinti kombinációik (például 0[A] + 1.0[B]; 0.1[A] + 0.9[B];…. 0.1[B] + 0.9[A]; 0[B] + 1.0[A];) hatását vizsgáljuk, ábrázoljuk. Az ábrán a 2-es görbe egyszerű összeadódást (addíciót), az 1-es görbe potencírozó szinergizmust, a 3-as pedig antagonizmust jelez. A vizsgálati mód nem ad információt a kölcsönhatás szerveződési módjára és egzakt mennyiségi paramétereire.

A kompetitív antagonizmus Arunlakshana és Schild szerinti elemzése jelenleg is jó színvonalúnak elfogadott módszer. Ha A agonista és B tiszta kompetitív (neutrális) antagonista esetében A E/[A] összefüggéseit B növekvő koncentrációja mellett vizsgáljuk, a 2.11. ábra a) részén bemutatott szigmoid görbesort kapjuk.

2.10. ábra. Farmakonok kölcsönhatásának izobolikus ábrázolása (magyarázatát lásd a szövegben) 1. potencírozás, 2. összegződés, 3. antagonizmus

Feltételezve, hogy az agonista az antagonista jelen- és távollétében azonos receptorfrakciók elfoglalása mellett hozza létre ugyanazt a mértékű biológiai hatást (azaz B antagonista a kompetíción kívül a jeltovábbítási lánc más elemét nem befolyásolja), akkor egyenletileg kiküszöbölhetjük az A agonista biológiai hatásában megjelenő, de matematikailag közvetlenül nem nyerhető elemeket (ε, KA, f). Ekkor

A ' A = 1 + B K B (2.17)

ahol [A’] / [A] azonos biológiai hatást kifejtő agonistakoncentrációk hányadosa (az úgynevezett dose ratio, DR) [B] koncentrációjú, KB disszociációs konstansú antagonista jelenlétében, illetve antagonista távollétében.

Átrendezés és tízes alapú logaritmusra térés után

log (DR–1) = log [B] – log KB(2.18)

log (DR – 1) log [B] ellenében való ábrázolása (a számítási lépéseket lásd a 2.l. táblázaton) a Schild szerintieljárás (plot). Kompetitív antagonista esetén 1.0 meredekségű egyenest kapunk, melynek x tengelymetszéke egyenlő log KB-vel. Ha log [B] helyett a negatív logaritmusokra (pAx) térünk, a meredekség –1.0, az x tengelymetszék pA2=-log KB (2.11. ábra b).

1.1. táblázat - 2.1. táblázat A Schild-plot paramétereinek számítása a 2.11a ábra adataiból

Antagonista (B) koncentráció

Agonista (A) EC 50 (A 50 )

Dose Ratio (DR)

Log (DR–1)

–Log (B)(pA x )

0 (kontroll)

10–8 M

10–9 M

5 × 10–8 M

5

0,602

9,0

10–8 M

5 × 10–7 M

50

1,690

8,0

10–7 M

5 × 10–6 M

500

2,698

7,0


Schild-regresszió: y = –1,048 × + 10,047 pA2 (x(y = 0) = 9,587

Ha egyszerűsített számítási eljárást követünk Kosterlitz és Watt szerint, az átrendezett (2.17) egyenlet alapján

K e = B DR 1 (2.19)

ahol Ke azonos KB-vel,az alsó index különbsége csak annak képzési módjára utal.

Mivel a biológiai rendszerekben a receptoriális szinten képződő jel felerősödhet, és mivel a rendszerek kimenő válaszadási készsége maximált, így számos különböző intrinsic hatékonyságú agonista képes lehet létrehozni a kimenő biológiai válasz maximumát, azaz látszólag (és gyakorlati szempontból valósan), full agonistaként működni. Közvetett módszerekkel azonban e rendszerekben is intrinsic hatékonysági sorrendbe rendezhetők az agonisták. Belátható, hogy számottevő jelerősítésű biológiai rendszerekben a jelen lévő receptorok akár kis hányadának maximális aktiválásakor is létrejöhet a kimenő válasz maximuma. Az efeletti receptorkészletet nevezzük spare receptorkészletnek.

A kis molekulatömegű ligandok és a kötő makromolekulák kölcsönhatását egyenletszerűen a farmakológia és a vele rokon tudományterületek (enzimbiokémia, receptorbiokémia) kissé eltérő közelítésben, de lényegében hasonló módon kezelik. A farmakológiában a hatóanyagok (leggyakrabban az agonista hatóanyagok) koncentrációja (A) és hatása (E) közötti összefüggés leírására konvencionálisan a Hill-egyenletet használjuk (lásd 2.8 képlet).

Neutrális antagonista és agonista kölcsönhatásának ajánlott elemzési módja az ún. Schild-analízis.

A és B hatóanyag több szinten léphet farmakodinámiai kölcsönhatásba. A kölcsönhatás létrejöhet azonos makromolekulán, ezen belül ennek ortoszterikus kötőhelyén, illetve egyik ligand az ortoszterikus, a másik (egy) alloszterikus kötőhelyen hatva (makromolekuláris kölcsönhatástípusok). A kölcsönhatás létrejöhet különböző makromolekulákon, azonos sejten és azonos vagy konvergáló jeltovábbítási láncon. Végül a kölcsönhatás létrejöhet különböző kiinduló sejteken indítva, amelyek egyedi válaszai valamely harmadik válaszelemen konvergálnak (élettani kölcsönhatástípusok).

Hatóanyagok célpontjául szolgáló makromolekulák

Igen kevés kivételtől (például savközömbösítők, kelátorok) eltekintve a hatóanyagok a célszervezetben specifikus makromolekulákkal lépnek kölcsönhatásba, és ezek révén fejtik ki hatásukat. A célpontok „tulajdonosa” többnyire maga a terápia célpontjául szolgáló szervezet, de lehet például egy exogén kórokozó is, amikor is a gyógyítandó szervezet „gazda” funkciójú.

A makromolekulák, kémiailag többnyire proteinek,

lokalizáció szerint lehetnek vagy extracellulárisak, vagy plazmamembránban/sejtfalban lokalizáltak, vagy a szubcelluláris térben kompartmenteket határoló membránban, sejtmagban vagy szolubilis állományban lokalizálódók (illetve ezek kombinációja);

funkciójuk alapján lehetnek receptorok, ioncsatornák/vízpórusok, enzimek, valamint transzportproteinek; ezt a funkcionális felosztást követem a leírás során.

Receptorok

A receptorok definíciója, felosztása és funkcióik leírása kapcsán alkalmazott nómenklatúra az IUPHAR illetékes bizottsága ajánlásait (http://pharmrev.aspetjournals.org) követi. Bővebb információ található a kb. háromévenként megjelenő „The Sigma-RBI Handbook of Receptor Classification and Signal Transduction” című kézikönyvben (www.sigma-aldrich.com), valamint a Trends in Pharmacological Sciences szakfolyóirat (többnyire márciusi számában) évente közreadott „Receptor and Ion Channel Nomenclature” szupplementumában.

Az élő szervezetek alapvető készségei közé tartozik a kommunikáció. A belső kommunikációs tevékenységek megvalósulhatnak elektromos és kémiai úton. A receptorok a kémiai típusú kommunikáció kiemelt jelentőségű makromolekuláris átkapcsolóhelyei. A receptorok rendelkeznek azzal a tulajdonsággal, hogy bizonyos kis molekulatömegű szerkezetcsoportokat megkülönböztető módon felismerjenek; a felismerés a kötés eseményében valósul meg. Valamennyi olyan kis molekulatömegű anyag, amelyet a receptor specifikusan, megkülönböztető módon köt, a receptor ligandja. Egy receptor-makromolekulának több specifikus kötő/felismerő helye lehet. Az a kötőhely, amelyhez a receptor endogén jelhordozó ligandja (neurotranszmitter, hormon, citokin, lokális mediátor, intracelluláris messenger stb.) kötődik, az a receptor primer vagy ortoszterikus kötőhelye, az összes többi specifikus kötőhelyre az alloszterikus kötőhely megnevezést alkalmazzuk. A receptor nemcsak specifikus kötőhely, hanem rendelkeznie kell a megkötött szerkezet által hordozott információ felismerésének, dekódolásának, valamint a jeltovábbításnak a készségével, amelynek révén változást kezdeményez az érintett sejt működésében. Egy receptor azáltal lehet egy belső jeltovábbítási láncolat tagja, hogy van endogén, jelhordozó ligandja; szűkebb értelemben tehát ez is beleértendő a receptor definíciójába. Tágabb értelemben receptornak tekinthetünk olyan makromolekulát is, amely rendelkezik a specifikus kötés és jeltovábbítás készségével, de jelenleg nem ismerjük megfelelő paraméterű endogén ligandját (például benzodiazepin-„receptor”, ryanodin-„receptor”, dihydropyridin-„receptor”).

A receptorokat nagycsaládokra (superfamily), családokra, a családokon belül típusokra és altípusokra osztjuk.

A hatóanyagok döntő többsége a célszervezetben (emlős, mikroba) makromolekuláris célpontokon fejti ki hatását/hatásait.

A hatóanyag célszervezetre kifejtett hatása lehet a makromolekulával történt kölcsönhatás közvetlen következménye, amikor is a hatás rövidebb időintervallumon belül realizálódik. Lehet a hatás a hatóanyag ismételt bevitele kapcsán a makromolekuláris célpontról indított, de lassabban realizálódó, komplex adaptív változások következménye.

A makromolekuláris célpont kémiailag többnyire protein, funkcionálisan pedig lehet receptor, enzim, ioncsatorna vagy transzportprotein.

A receptorok a kémiai jeltovábbítás átkapcsoló elemei a szervezetben. Rendelkezniük kell egy kémiai szerkezet felismerésének a készségével, amely a szelektív ligandkötésben realizálódik. Emellett a receptormolekulának jelképző tényezőként is kell működnie.

A receptorokat hagyományosan a jellemző endogén ligand alapján nevezik el, amelynek léte a szorosabb értelemben vett receptordefiníció egyik kritériuma; ritkábban az elnevezés alapja szintetikus ligand is lehet.

A receptorok nagycsaládokba (superfamily) sorolása a lokalizáció, a szerkezeti felépítés és a jeltovábbítási mód alapján történik.

A plazmamembránban található receptorok az ioncsatorna-alkotó (ionotrop), a G-protein-kapcsolt és az enzimkapcsolt nagycsalád tagjai.

A nagycsaládba sorolás alapja: a közös jelátviteli mód és/vagy azonos lokalizáció (2.2. táblázat; 2.12. ábra).

1.2. táblázat - 2.2. táblázat Receptor-nagycsaládok (super family)

Jellemz ő

tulajdons á gok

1. Ionotrop

(ioncsatorna-alkot ó )

2. G-protein-kapcsolt

3. Enzim kapcsolt

4. Sejtmagreceptor

Lokalizáció

sejtmembrán

sejtmembrán

sejtmembrán

sejtmag

Effektor

ioncsatorna

enzim vagy ioncsatorna

enzim

géntranszkripció

Kapcsolat típusa

közvetlen

G-protein, egyéb

közvetlen

DNS-mediált

Példák

nAChR

GABAA

mAChR

adrenerg receptorok

inzulin receptor

ANF-receptor

szteroid hormon-

receptorok

thyroidhormon- receptor


2.12. ábra. A receptor-nagycsaládok és jeltovábbítási módjaik sémája

A következő nagycsaládok ismertek:

Ioncsatorna-alkotó (ionotrop) nagycsalád.

G-protein-kapcsolt nagycsalád.

Intrinsic enzimaktivitással rendelkező nagycsalád.

Ezek a plazmamembránban helyezkednek el. Emellett elkülönítünk további nagycsaládokat is:

Egy jelenleg kevés tagot számláló valódi intracelluláris receptor nagycsaládot (ryanodin és inozitol-trisfoszfát-, IP3-receptor).

Egy jelentős tagszámú, sejtmagban lokalizált nagycsaládot. Az utóbbi esetben lehetséges egy átmeneti, citoplazmatikus receptorformáció is.

A G-protein-kapcsolt receptorok 7 transzmembrán hélixszel jellemzett ligandkötő egységből és egy funkcionálisan kapcsolódni képes heterotrimerikus (α, β, γ) egységből, a névadó G-proteinből állnak.

A 7 transzmembrán helixszel jellemzett receptorok jelátvitele végbemehet G-protein-kapcsolt úton, de ettől függetlenül is lehetséges jeltovábbítás (például arresztin mediálta internalizációs úton).

A G-proteinek a heterogén szerkezetű α-alegység alapján αs, αq, α12,13, αi/o és αsens csoportba sorolhatók.

A receptoraktivációt követő, G-protein-kapcsolt jeltovábbítás történhet részint α-alegység, részint βγ-dimer útján. Az előbbi esetben ún. másodlagos kémiai jelhordozók (cAMP, prosztanoidok, IP3, DAG) képzése vagy a képzés gátlása a jelzés módja, az aktivált/gátolt enzim effektorok az adenilil-cikláz, a foszfolipáz A2 és C lehetnek. A βγ-alegység csatornamoduláció (K+, Ca++) útján továbbítja a jelet.

A 7 transzmembrán helixszel jellemzett receptor-nagycsalád a jelenleg ismert legnépesebb. Idetartozik a „muszkarinos” acetilkolin-receptor, a biogén amin receptorok (az 5-HT3 kivételével), a prosztanoid receptorok, a purinerg mediátorok, glutamát, aszpartát, GABA és glicin metabotrop receptorai és a legtöbb neuropeptid/peptidhormon receptora.

E receptor-nagycsalád tagjaira jellemző a homo- és heterodimerekbe, oligomerekbe rendeződés, valamint ún. receptormozaik kialakítása, esetlegesen más membránreceptor nagycsalád tagjainak bevonásával.

Az ionotrop receptorok négy transzmembrán hélixszel jellemzett alegységből épülnek fel. A csatornanyitási mechanizmus gyors jeltovábbítást biztosít. Jellemző képviselői a „nikotinos” acetilkolin-receptor, a glutamát, az aszpartát, valamint a GABA és a glicin ionotrop receptorai, az 5-HT3 szerotonerg és a P2x purinerg receptor.

Az enzimkapcsolt receptorok „beépített” enzimaktivitással, legismertebb módon tirozin-kináz-aktivitással, ritkábban guanilil-cikláz-aktivitással rendelkeznek, és szerkezetükre az 1 transzmembrán hélix jellemző. Az előbbi csoport tagjai az inzulin, számos növekedési faktor, citokinek, valamint a leptin receptora, az utóbbié az atrialis natriuretikus peptid receptora.

Az intracelluláris, citoplazmatikus receptorok nagycsaládja kevéssé feltárt, valószínűleg igen heterogén. Valójában a „sejtmagreceptor”-ként kategorizált receptorok is először a citoplazmában találkoznak ligandjaikkal. A jelentősebb ismert citoplazmatikus receptorok valamely sejtorganellum membránjának ligandvezérelt vagy ligandszenzitív ioncsatornái (például IP3-receptor, ryanodinreceptor).

A sejtmagreceptorok nagycsaládjába a szteroid- és a pajzsmirigyhormonok, valamint a D-vitamin és a retinoidok receptorai tartoznak. E receptorok a DNS-átíródást befolyásolják, így kulcsszerepük van a különböző funkciójú proteinek expressziójának szabályozásában.

A családok elkülönítési alapja: az endogén ligandok alapján (acetilkolin, dopamin, adrenerg, szerotonin, tachykinin, opioid, prosztanoid stb.).

A típusokba/altípusokba sorolás alapja: a jelátviteli mód különbségei, szerkezeti/alegység különbség(ek) és elkülönítő ligandkötési vagy lokalizációs sajátságok Előfordulhat olyan helyzet is, amikor ugyanazon receptorcsalád két típusa két különböző nagycsaládba tartozik (például az acetilkolin nikotinos és muszkarinos receptorai). Általános megjelölési elv, hogy ha egy endogén jelhordozónak ioncsatorna-alkotó és G-protein-kapcsolt receptora(i) is van(nak), akkor az előbbit ionotrop, utóbbit metabotrop receptoroknak nevezzük. Történetileg rögzült elnevezések (lásd nikotinos és muszkarinos acetilkolin-receptor) atavisztikusan színezik a nómenklatúrát.

Ioncsatorna-alkotó (ionotrop) plazmamembrán-receptorok

A nagycsalád tagjai tételesen szerepelnek majd az ioncsatorna-szekcióban is, a ligandfüggő ioncsatorna csoportban. Az ionotrop receptorok a gyors jeltovábbítás eszközei, így elsődleges lokalizációjuk neuronalis, illetve a gyorsan kontraháló harántcsíkolt izom. Az idetartozó receptorok közül a nikotinos acetilkolin-receptor, az 5-HT3-receptor, a GABAA- és a glicinreceptor evolúciós rokonságban áll, így felépítésük is hasonló. Szerkezetileg ezek a receptorok alegységekből épülnek fel, leggyakrabban pentamerikus elrendeződésben. Az egyes alegységek négy transzmembrán helikális szegmentumot (TM1–4) tartalmaznak, amelyek közül a TM2 járul hozzá a pórus lumenének felépítéséhez (lásd 2.12. ábra a, 2.13. ábraa).

2.13. ábra. Az egyes receptor-nagycsaládok általános molekuláris szerkezete

Az előbbiektől és egymástól is eltérő szerkezetűek a glutamát ionotrop receptorai és a P2X receptor. A funkcionális ciklusok alapján a receptor–csatorna komplexek lehetnek nyugalmi, aktív (csatorna nyitott) és inaktív állapotban. A receptor primer kötőhelyén agonista típusú ligand (lásd később) kötődése olyan konformációváltozást indukál, amely a csatorna aktív, nyitott állapotát eredményezi. Egy ligandkötődési ciklushoz több nyitási ciklus is tartozhat. A receptorok alloszterikus kötőhelyein kötődő ligandok vagy a nyitási frekvencia, vagy a nyitvatartási idő, vagy egyéb paraméter változtatása útján modulálják a receptoraktiválás fő irányát. A receptor által alkotott ioncsatorna valódi blokkolói az ioncsatorna lumenében lévő kötőhely(ek)en kötődnek. Az ioncsatornák vagy nem szelektív, főleg monovalens kationra áteresztő pórusok, vagy Ca++-ot (is) áteresztők, illetve egy csatorna anionra (Cl) átjárható (GABAA,C- és glicinreceptor).

Nikotinos acetilkolin-receptor (nACh-R)

A legrégebbi ismert ionotrop receptor.

Pentamerikus felépítése α- (10 izoforma), β- (4 izoforma), γ-, δ- és ε-alegységek homomerikus (α7) vagy heteromerikus elrendeződéséből adódik. Az acetilkolin-kötőhelyek dominánsan az α-alegység elemeiből szerveződnek, hozzájárulhatnak azonban a szomszédos alegység elemei is. A homomerek öt, a heteromerek tipikusan két kötőhelyet tartalmazhatnak.

Lehetnek központi idegrendszeri és perifériás lokalizációjúak. Az előbbieket α-bungarotoxinra érzékeny, illetve inszenzitív altípusokra osztjuk, az utóbbiak lehetnek neuronalis (vegetatív ganglion) vagy harántcsíkolt izom véglemez altípusúak.

5-HT3-receptor

A biogén aminok receptorai közül az egyetlen ionotrop receptortípus. Szerkezetileg ez a receptor mutatja a legnagyobb fokú homológiát a nikotinos acetilkolin-receptorral; hasonlóképpen az alkotott csatorna elsődlegesen monovalens kationokra, kisebb mértékben kalciumra átjárható. A receptor neuronalis lokalizációjú mind a központi idegrendszerben, mind a periférián. Farmakológiailag legnevezetesebb szerepe a daganatos betegségek kemoterápiájában alkalmazott szerek okozta hányinger-hányás mediációja.

Ionotrop GABA- és glicinreceptorok

GABA-receptorok. Az ionotrop GABA- (elsődlegesen a GABAA-), valamint a glicinreceptorok a gyors jelképzésű neuronalis gátlás legfontosabb szervezői a központi idegrendszerben. Ezek a receptorok kloridion-csatornát alkotnak; a csatorna nyitásával előidézett hiperpolarizáció a gátlás mechanizmusa. A GABAA-receptor elsősorban az előagyban és a felső agytörzsben, a glicin-R az alsó agytörzsben és a gerincvelőben fordul elő.

A GABAA-receptor jellegzetes pentamerikus elrendezése α-alegységek (6 izoforma), háromféle β-, γ- és ρρ-, valamint egy-egy izoformában ismert δ-, π-, és θ- alegység kombinációjából adódik. Az előagyi–felső agytörzsi GABAA-receptor jellemző alegység-összetétele 2α1,2, γ2. A GABAC-receptor az ismert leglassabb aktivációs–inaktivációs kinetikájú ionotrop receptor; jellegzetes előfordulási helye a retina, de megtalálható az agyban is. A receptoralkotó alegységek között gyakoriak a ρ-izoformák, homo- vagy heterooligomerikus elrendezésben.

A GABAA-receptor a primer kötőhely (agonistái a γ-aminovajsav és a GABA-analóg muscimol, antagonistája a bicucullin) mellett számos alloszterikus modulátor kötőhelyet tartalmaz. Ezek az egymástól is különböző lokalizációjú kötőhelyek a támadáspontjai számos ismert hatóanyagcsoportnak (benzodiazepineknek, barbiturátoknak, neuroszteroidoknak, számos általános anesztetikumnak, az etanolnak). Úgy tűnik, hogy több alloszterikus helyen mind agonista, mind antagonista, mind inverz agonista típusú ligandok (lásd 25. fejezet) kötődhetnek; ez a benzodiazepin kötőhely/receptor tekintetében a legalaposabban feltárt jelenség. Az agonisták pozitív modulátorok, azaz a GABA-erg transzmissziót serkentik, például a benzodiazepinek a csatornanyitási frekvencia, a barbiturátok a nyitvatartási idő fokozása útján. A pozitív modulátorok terápiásan szorongásoldó, szedatív, elalvást elősegítő, általános aneszteziát előidéző, antiepileptikus, centrális támadáspontú izomrelaxáns és – kevésbé kívánatos módon – anterográd amnéziát okozó hatást eredményezhetnek (lásd 22., 25., 26., 27. fejezet). A neuroszteroidok lehetséges kivételével egyik alloszterikus kötőhely esetén sem ismert olyan paraméterekkel bíró endogén ligand, amely felvetné egy élettani jeltovábbító láncolat meglétét. Nem egyértelműek az állásfoglalások a tekintetben, hogy a picrotoxin a Cl-csatorna blokkolója vagy a receptorkomplex negatív modulátora-e.

Glicinreceptorok

A pentamerikus glicinreceptor négy izoformában ismert α-alegység és egyetlen izoforma β-alegység kombinációjából állhat össze. Lehetséges a csak α-alegységekből épülő homooligomer és a 3α2, 2β heterooligomerikus elrendezés is.

A glicinreceptor primer kötőhelyének agonistái a glicin, a taurin és a β-alanin. A receptor ismert antagonistája a görcskeltő sztrichnin; bár a glicin- és sztrichninkötőhelyek kölcsönösen interaktívak vagy átfedőek (azaz egymást a kötésből leszorítják), nem tisztázott, hogy a ligandok kölcsönhatása valódi, kompetitív antagonizmus-e. A receptor alloszterikus, pozitív modulátorai a neuroszteroidok, az illékony általános anesztetikumok, a propofol és az etanol (lásd 27. fejezet).

Ionotrop glutamát/ receptorok (iGlu-R)

Az agy és a gerincvelő izgató aminosavtranszmittereinek, a glutamátnak és az aszpartátnak ionotrop receptorai. Mivel a glutamát a domináns transzmitter, megjelöléskor csak ezt szokás feltüntetni.

Az iGlu-receptorok szerkezetileg és alegységfelépítésükben közelebb állnak a 2TM alegységekből építkező, oligomerikus elrendezésű K+-csatorna-alcsoporthoz (lásd később), mint a 4TM alegységekből épülő, pentamerikus többi ionotrop receptorhoz.

Az iGlu-receptorokat N-metil-D-aszpartát (NMDA), α-amino-3-hidroxi-5-metilizoxazol-4-propionsav (AMPA) és kainát altípusba soroljuk; „orfan” státusú iGlu-receptor a δ1- és δ2-receptor. Az egyes altípusok a típusos aktiváló hatóanyag mellett különböznek alegységszerkezetükben, a kationpermeabilitási jellemzőkben és az aktiváció–inaktiváció kinetikai paramétereiben is. Valamennyi iGlu monovalens kationokat és Ca++-okat enged át; az NMDA-receptor permeabilitása Ca++ iránt nagy, az AMPA-receptoré kicsi. Az AMPA-receptor gyors, az NMDA relatíve lassú aktivációs–inaktivációs kinetikát mutat.

NMDA-receptorok

Az NMDA-receptor NR1-, 2A-D- és NR3A-alegységekből épülhet fel, oligomerikus elrendezésben.

Az NMDA-receptor két aminosav-kötőhelyet tartalmaz, egyet a glutamát/aszpartát (primer kötőhely), a másikat a glicin számára; mindkét hely ligandkötése (agonista típusú liganddal) szükséges a receptoraktivációhoz. Nyugalmi membránpotenciálhoz közelálló feszültségeken a csatornát a lumenbe kötődő Mg++ blokkolja. Mivel a blokk depolarizációkor megszűnik, így az NMDA receptor–ioncsatorna együttes korlátozottan feszültségfüggőnek is tekinthető. A csatorna lumenébe kötődő, ismert blokkoló hatóanyagok a phencyclidin (PCP), a ketamin és a dizocilpin (MK-801). A receptor-makromolekulán számos moduláló kötőhely található, amelyen Zn++, H+, poliaminok, oxidáló és redukáló ágensek fejthetik ki hatásukat. Az NMDA-receptor gyakran extraszinaptikus elhelyezkedésű, aktivációjához excesszív vagy sajátos mintázatú szinaptikus aktivitás szükséges. A receptor plaszticitási, adaptív, indukción alapuló, valamint excitotoxikus jelenségek szerveződésének egyik központi eleme (29. fejezet).

AMPA-receptorok

Az oligomerikus elrendezésű AMPA-receptor lehetséges alegység-összetevői a GluR1–4 alegységek.

A primer, glutamátkötőhely mellett a makromolekula, jelenlegi ismereteink szerint, egy alloszterikus kötőhelyet tartalmaz non-kompetitív inhibitorok (például GYKI 52466) számára és egy ettől különböző alloszterikus kötőhelyet a deszenzitizáció modulálására. Az AMPA-receptor gyakrabban fordul elő szinaptikus, mint extraszinaptikus relációban; ez az agyi és gerincvelői idegsejtek gyors excitatorikus kommunikációját bonyolító legjellemzőbb receptortípus.

Kainátreceptorok. A kainátreceptorok élettani/kórtani szerepe kevésbé tisztázott, mint az NMDA- és az AMPA-receptoroké. Szerkezetileg GluR5–7- és KA1,2-alegységekből épülhetnek fel.

Purin P2X-receptor

A hétféle (P2X1–7) altípus alegységeire jellemző az

–intracelluláris N- és C-terminus, „konszenzus”-kötőhelyekkel különböző protein-kinázok számára,

–két TM-régió, TM1 a csatornavezérlő, TM2 a pórusalkotó,

–nagyméretű extracelluláris hurok, 10 konzervatív ciszteinnel, amelyek révén számos diszulfidhíd képződik,

–a csatornavesztibulum közelében egy hidrofób H5-régió, amelyen Mg++, Ca++,Zn++, Cu++ és H+ fejthet ki moduláló hatást,

–egy ATP-kötőhely, amelyet valószínűleg az extracelluláris hurok TM1 és TM2 közeli részei alkotnak. Három alegység alkot egy feszített trimert; homomerikus elrendezés jellemző a P2X1–5,7 altípusokra de előfordulhatnak heteromerikus variánsok is (P2X2/3, P2X2/6, P2X4/6, P2X1/5).

A receptornak az extracelluláris, transzmitter funkciójú ATP az endogén ligandja. A hétféle P2X-receptor-altípus kationcsatonát alkot. Kiemelkedő a Ca++-permeabilitás a P2X1,3,4 esetén, jelentős a P2X2 altípusnál.

Az egyes altípusok egymástól jelentősen eltérő deszenzitizációs tulajdonságokkal rendelkeznek.

A P2X-receptorok jellemzően neuronális lokalizációjúak, de előfordulnak hámsejteken és osteoclastokon is. Jelentős mértékben részt vesznek a szenzoros jeltovábbításban. A P2X7 permanensen nyitott pórussá alakulhat, és sejtpusztulást okozhat.

G-protein-kapcsolt (7TM) receptorok

Ez a jelenleg ismert legnépesebb receptor-nagycsalád. Idetartoznak az acetilkolin muszkarinos receptorai (mACh), az 5-HT3-receptor kivételével valamennyi biogén amin receptor, az izgató és gátló aminosav-transzmitterek metabotrop receptorai (mGlu, GABAB), a peptid mediátorok (neuropeptidek, peptidhormonok, lokális mediátorok) receptorainak legalább 90%-a, valamint az eikozanoidok és más lipid mediátorok receptorai és számos purinerg receptor (adenozin és P2Y).

E receptorok funkcionális egységei a ligandkötő makromolekula, a jelátvitelt legjellemzőbben közvetítő heterotrimerikus (αβγ), guanil nukleotid kötő „G-protein” és az effektor egység, amely lehet másodlagos kémiai jelhordozót (second messenger) képző enzim vagy ioncsatorna. A ligandkötő makromolekula hét helikális transzmembrán régióval (7TM) jellemezhető, ez a második névadó (lásd 2.12. ábra b, 2.13. ábra b).

A ligandkötő „zsebeket” a transzmembrán régiók alakítják ki, de hozzájárulhatnak az extracelluláris hurkok is. Nemcsak a zsebek, hanem a zsebek hozzáférhetősége is meghatározó az egyes receptor típusok-altípusok ligandkötési szelektivitásában. A G-protein-kötőhelyeket az intracelluláris C-terminális alalakítja ki, a harmadik citoplazmatikus hurok hozzájárulásával; az intracelluláris régiókban számos foszforilációs hely is található.

A G-proteinek α-alegységei változatos szerkezetűek és funkciójúak, a βγ dimerek szerkezete konzervatív. Az α-alegységeket cholera (CTX) és pertussis (PTX) szenzitivitás, lokalizáció és funkció alapján öt családba soroljuk.

Ezek a következők:

Az adenilil-cikláz-stimuláló αs-család (CTX-szenzitívek, tagjai az ubiquiter αs és a szaglóhámban található Golf).

A CTX-PTX inszenzitív αq-család, tagjai az ubiquiter αq, α11, 14, és a vérképző sejtekben található α15, 16.

A CTX- és PTX-inszenzitív, ubiquiter α12, 13-család.

Az αi-család (az αz kivételével valamennyi PTX-szenzitív), amelynek tagjai a főként neuronalis–glia–endokrin sejt lokalizációjú αo, αi1–i13 és a thrombocytákban található αz.

A CTX- és PTX-szenzitív, szenzoros α-alegység család (αrod és αgust ).

A korábban egyedülállóként ismert jeltovábbítási séma szerint a ligandkötő egységre agonista kötésekor a korábban különálló, „nem elkötelezett” αβγ trimer (α-alegységen GDP) a receptorhoz kötődik, ahol is egy Mg++-függő GDP → GTP csere történik, amelyet követően az α(GTP) önállósul, és különböző effektorokhoz kötődve azokat aktiválja, míg a βγ dimer stacioner, passzív. Az α-alegység intrinsic GTP-áz aktivitása visszaállítja az α(GDP) alaphelyzetet, amelyet követően ismét összeáll az „el nem kötelezett” állapotú αβγ trimer. Az α-alegység útján megvalósuló legismertebb jeltovábbítási módok a serkentő és gátló kapcsolat az adenilil-cikláz enzimmel, illetve a stimulatív kapcsolat a foszfolipáz Cβ (PLC) és a foszfolipáz A2 (PLA) enzimmel; ezen esetekben a jeltovábbítás másodlagos kémiai jelhordozók (cAMP, inozitoltrisfoszfát – IP3, diacilglicerol – DAG, arachidonsav-származékok) képzésével, illetve a képződés gátlásával történik. A jeltovábbítás közvetítője azonban a βγ-alegység is lehet; a két jeltovábbítási mód néhány példáját a 2.3. táblázat mutatja be. Kérdéses, hogy a K+-csatorna-aktiváció és a Ca++-csatorna-gátlás α-alegység vagy βγ dimer közvetítésével valósul-e meg, esetleg régió/funkció specifikus módon mindkét út lehetséges.

1.3. táblázat - 2.3. táblázat G-protein-mediált jeltovábbítási utak

G-protein-alegység

Effektor

Receptor (példa)

αs

adenilil-cikláz-stimuláció

D1 dopamin, β1,2 adrenerg, melanokortin, EP2,4-prosztanoid

αi/o

adenilil-cikláz-gátlás

D2 dopamin, α2 adrenerg, m2ACh, GABAB,

MOP, DOP, KOP, NOP, szomatosztatin

K+ATP ATP- és más K+-csatornák aktiválása

(?) α2 adrenerg, m2ACh, MOP, DOP, KOP,

NOP, GABAB, A1 adenozin

L és N típusú Ca2+-csatornák gátlása

(?) α2 adrenerg, m2ACh, GABAB, MOP, DOP,

KOP, NOP, A1 adenozin

αq/11

PLC-stimuláció

α1 adrenerg, m1,3ACh, EP1, FP,

TP prosztanoid, AT1 angiotenzin,

B1,2 bradykinin, NT1,2 neurotenzin, endothelin

βγ

K+ir-csatornák aktivációja

α2 adrenerg, m2ACh, GABAB, MOP, DOP,

KOP, NOP, A1 adenozin

N, P/Q és R típusú Ca++-csatornák gátlása

α2 adrenerg, m2ACh, GABAB, MOP, DOP,

KOP, NOP, A1 adenozin

PLC-stimuláció

foszfatidil-inozitol-3-kináz- (PI-3-) stimuláció

Ismeretlen

mitogénaktivált protein-kináz

AT1-angiotenzin, MOP, DOP, KOP, NOP

(MAP-kináz) stimuláció


[Rövidítések – ACh: acetilkolin; DOP, KOP, NOP, MOP: δ-, κ-opioidreceptor, nociceptin- (ORL-1) receptor, μ-opioidreceptor]

Látható, hogy egy receptor több G-protein-típushoz is kapcsolódhat (és viszont), illetve egy enzim effektor több másodlagos jelhordozót is képezhet. Ha tekintetbe vesszük azt is, hogy ugyanaz a másodlagos jelhordozó intracellulárisan több közvetítő molekulával (különböző protein-kinázok etc.) is kölcsönhatásba léphet, könnyen belátható a lehetséges jeltovábbító láncolatok szerteágazósága. Bizonyos utak specificitását azonban egy dinamikus váz („wiring”) kiépülése biztosíthatja (lásd később); ez lehet egyszersmind számos plaszticitási, adaptív és egyszerű „tanulási” mechanizmus egyik alapja is.

További komplexitást ad a 7TM-receptorok működésének, hogy a jeltovábbítás nemcsak G-proteinek útján, hanem egyéb módokon is szerveződhet. Szemléletileg talán helyesebb, ha a ligandkötő 7TM egységet úgy tekintjük, mint egy olyan makromolekulát, amelynek különböző (jellemzően agonista ligand indukált) konformációs állapotához más-más jelátviteli mód tartozik (2.14. ábra).

2.14. ábra. A hét transzmembrán helixszel jellemzett (7TM-) receptorok proteinjének konformációs állapotai és ezek funkcionális jellemzői

Az ábra a nyugalmi, el nem kötelezett „referencia”-konformáció mellett a G-protein-kötést biztosító, foszforilációt lehetővé tévő, internalizációt előidéző és dimerizáló/oligomerizáló konformációs állapotok valószínűségi görbéit mutatja be. Az a terület, amelyet a referencia konformációs valószínűségi görbe más görbékkel átfed, a receptor konstitutív, spontán (azaz ligand nélküli) aktivitási állapota.

Intrinsic enzimaktivitású plazmamembrán-receptorok

E nagycsaládba az inzulin, a leptin, növekedési faktorok, citokinek, számos onkogén-mitogén, valamint az atrialis natriureticus faktor receptora tartozik. Az intrinsic enzim kináz, legjellemzőbb módon tirozin-kináz aktivitású, ritkábban szerin- vagy treonin-kináz, míg az atrialis natriureticus faktor receptor integráns enzime a guanilil-cikláz. Ez utóbbi jeltovábbítása másodlagos kémiai jehordozó (cGMP) útján történik, a többi receptor a nagycsaládra jellemzően sajátos jelzési láncolattal rendelkezik (lásd 2.2. táblázat harmadik oszlop, 2.12. ábra c, 2.13. ábra c). A receptorok közös szerkezeti jellemzője, hogy a nagyméretű extra- (N-terminális) és intracelluláris (C-terminális) régiót egyetlen transzmembrán helix köti össze. Az inzulinreceptorban az extracelluláris polipeptidláncot diszulfidhíd köti a többi régióhoz, míg a növekedési faktor receptorokban a receptorprotein egyetlen összefüggő láncból áll. Az extracelluláris, hatóanyagkötő helyet tartalmazó régió összetétele nagy változatosságot mutat az egyes receptorok között.

A receptoraktiváció első lépése a dimerizáció–oligomerizáció, amelyet jellemzően agonista ligand kötődése indukál, de kémiai keresztkötés is aktiváló hatású. A tirozin-kináz az inzulin- és növekedési faktor receptoroknál az aktiváció előtt is a molekula integráns része, a citokinreceptoroknál viszont az aktivációt követően kapcsolódik a proteinlánc intracelluláris részéhez (2.15. ábra a).

2.15. ábra. A kinázkapcsolt receptorok működési sémája (Rövidítések – Grb2: growth factor receptor-bound protein 2; Jak: Janus-kináz; MAP-kináz: mitogénaktivált protein-kináz; Mek: mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase; Ras: rat sarcoma; Raf: receptor activated factor; SH2: Src homology 2; Stat: signal transduction and activation of transcription)

Jelenleg két fő jeltovábbítási láncot ismerünk, a Ras/Raf/MAP kináz útvonalat és a Jak/Stat utat; az előbbi a növekedési faktorok és számos mitogén, az utóbbi a citokinek jellemző jeltovábbítási módja. Az előbbi út első lépéseként a dimerizációt követően az integráns tirozin-kináz autofoszforilálja az intracelluláris lánc tirozinjait, amelyek kötőhelyet alakítanak ki a számos SH2-domén [rövidítés az src-(onkogén)-homológia alapján] protein egyike, a Grb2 számára. Az SH2-domén proteinek közös jellemzője, hogy komplementer kötőzsebeket tartalmaznak a receptoron kialakított foszfotirozin formációk felismerésére.

A kötött Grb2-t a receptor tirozin-kináza szintén foszforilálja, és a ledisszociált Grb2-foszfát aktiválja a Ras- (név a „rat sarcoma” alapján) egységet GDP/GTP cserével, mely utóbbi ezt követően G-protein-szerűen vesz részt a jelzésben. Az aktivált Ras aktiválja a Raf egységet, ez egy szerin/treonin kináz lánc első tagja, amelyek mindegyike foszforilációval aktiválja a következő jeltovábbító elemet. A lánc utolsó tagja a MAP-kináz (mitogénaktivált protein-kináz), amely foszforilációval egy vagy több transzkripciós faktort aktivál, ez utóbbiak génexpresszió kezdeményezésével számos sejtválaszt (például sejtosztódás) indukálhatnak.

A Jak/Stat útvonal első lépéseként a citoszolikus Janus-kinázok egyike kötődik a dimerizált receptorhoz, amelyet autofoszforiláció és a receptoron tirozinfoszforiláció követ (2.15. ábra b). A kialakított foszfotirozin kötőhelyhez a Stat (szignál transzducer és transzkripció aktivátor) protein kötődik, amely szintén az SH2-domén proteinek csoportjának egy tagja. A Stat foszforilálódik, ledisszociál, majd dimer képződése után a dimerizált egység transzkripciós folyamatot aktivál.

Az intrinsic kináz aktivitású receptorok és a jeltovábbítási lánc elemei ígéretes célpontok gyulladásos folyamatok, immunológiai hátterű kórképek és malignus proliferatív folyamatok terápiáját szolgáló hatóanyagok kifejlesztésére.

Intracelluláris, citoplazmatikus receptorok

Kevéssé feltárt, valószínűleg igen heterogén nagycsalád. Valójában a kortikoszteroid-receptorok, amelyeket hagyományosan a sejtmagreceptorok nagycsaládjába sorolunk, heat-shock proteinhez (hsp), főként hsp90-hez kötődve a citoplazmában „találkoznak” először a plazmamembránon átjutó liganddal, majd a ligandkötődés után a hsp90-ről leváló együttes kerül a sejtmagba.

A valós citoplazmatikus receptorok valamely sejtorganellum membránjában található ligandvezérelt vagy ligandszenzitív ioncsatornák. Ilyenek a ryanodinreceptorok (RyR) és az inozitol-trisfoszfát- (IP3-) receptorok, amelyek a kalcium intracelluláris raktárakból való felszabadulását szervezik. Szerepük lehet epileptiform jelenségek, malignus hyperthermia és hirtelen szívhalál bekövetkezésében.

Emlősökön a RyR három, genetikusan is különböző izoformáját ismerjük. A RyR1 a domináns izoforma harántcsíkolt izmon, a RyR2 szívizmon, a RyR3 pedig ubiquiter. A mitokondriális ATP-szenzitív K+-csatornák (mito KATP) szíven az ischaemiás prekondicionálásként ismert jelenség szervezésében játszhatnak szerepet.

Sejtmagreceptorok

A szteroid hormonok, a pajzsmirigyhormon (T3), a D-vitamin és a retinoidok receptorai tartoznak a nagycsaládba. Az előző szekcióban említett módon a szteroid hormonok lipofil jellegük folytán szabadon belépnek a plazmamembránon, kötődnek receporaik ligandkötő doménjéhez, majd bejutnak a sejtmagba. A ligandkötő domén mellett jellemzően megtalálható a receptormolekulán a DNS „hormon-reszponzív elemét” kötő domén („cink-zsebek”) és a transzkripciót moduláló domén (lásd 2.12 ábra d, 2.13 ábra d, 2.16 ábra).

2.16. ábra. A szteroidhormon-receptor működési sémája (Rövidítés – hsp: heat shock protein)

Az aktivált receptorok többnyire dimerizációt követően kötik a DNS-t, majd speciális gének transzkripciójának szabályozása (serkentése vagy gátlása) útján fejtik ki hatásukat. Példaként a glukokortikoidok gyulladásos folyamatokra kifejtett több támadáspontú hatásai közül az egyik a ciklooxigenáz-2 expressziójának a gátlása, másrészt a lipokortin-expresszálás révén a foszfolipáz A2 gátlása.

A mineralokortikoid aldoszteron rendelkezik olyan hatással is, amely nem sejtmagszinten szerveződik. A vese-gyűjtőcsatornában serkenti a preformált Na+-csatornák luminalis membránba helyeződését és sejtmagbeli támadásponttal fokozza a csatornaprotein expresszióját.

Ioncsatornák és vízpórusok (aquaporinok)

A szekció anyaga a 2003-ban a Pharmacological Reviewsban megjelent „IUPHAR Compendium of Voltage-Gated Ion Channels” összefoglaló-sorozatra és a Sigma-RBI (sigma-aldrich.com/cellsignaling) „Ion Channels” ismertetőjére (2004) épül. Az egyes csatornákra vonatkozó összefoglaló irodalmat alszekciók tartalmazzák. Az ioncsatornák farmakológiájának áttekintését a tankönyv jelen fejezetében, a nátriumcsatornák részletes farmakológiáját a Helyi érzéstelenítők, Antiaritmiásszerek és az Antiepileptikumok fejezetben, a kalciumcsatornákét a Vegetatív idegrendszer,A simaizom farmakológiája, az Antiaritmiás szerek és az Antihipertenzív szerek, a káliumcsatornákét pedig az Antiaritmiás szerek, Érsimaizomra ható szerek és az Oralisantidiabetikumok fejezetben/szekcióban találja meg az olvasó. Jelen áttekintés az általános szerkezeti és működési elveket mutatja be, az egyes csatorna-makromolekulák szerkezetének specifikus helyeihez rendelve a különböző hatóanyagcsoportok hatását. Bővebben kerülnek tárgyalásra azok a szempontok, amelyek jelentősek lehetnek ugyan, de szűkebb értelemben nem tartoznak az egyes fejezetek anyagához, vagy ismertetésük ott nem lehetséges súlyuknak megfelelő módon.

Az ioncsatornák alapvetően két nagycsaládba sorolhatók:

Ligandfüggő nagycsalád.

Feszültségfüggő nagycsalád.

Kisebb önálló csoportokat alkotnak a következők:

A két transzmembrán (2TM) és négy transzmembrán (4TM) káliumcsatorna (lásd később).

A heterogén szerkezetű, lokalizációjú és működésű kloridion-csatornák.

Aquaporinok.

Ligandfüggő ioncsatornák. A ligandfüggő ioncsatornák „Ioncsatorna-alkotó (ionotrop) receptorok” címszó alatt a megelőző szekcióban kerültek tárgyalásra.

Feszültségfüggő ioncsatornák. A nagycsalád magját a nátrium- és a kalciumcsatornák alkotják, mind szerkezeti elv, mind valódi feszültségfüggés tekintetében, de jól besorolhatók a feszültségfüggő káliumcsatornák is. A közös szerkezeti jellemző a hat transzmembrán helikális (6TM) szegmensből álló domén, amelyből négy vagy összekapcsoltan, vagy tetramerikusan rendeződve adja a makromolekuláris együttes centrális alegységét (jellemzően az α-alegységet).

Mind a feszültségszenzor helye és felépítése, mind a pórusalkotó TM szegmensek erősen konzervatívak (lásd később). A nagycsaládba sorolt „ciklikus nukleotid modulált” (CNG vagy HCN, lásd később) és „tranziens receptor potenciál”-lal jellemzett ioncsatornák (TRP, legismertebb képviselői az. ún. vanilloid receptorok, lásd később) feszültségfüggése kismértékű, de szerkezetükben némiképp hasonlóak a 6TM családhoz.

Nátriumcsatornák

A nátriumcsatornák a leghagyományosabb, relatíve legegyszerűbb feszültségfüggő ioncsatorna-család. A működésért alapvetően az α-alegység felelős, a β-alegységek a működési kinetikát modulálják. Az α-alegység négy (I–IV) homológ, 6TM helixet tatalmazó doménből áll (2.17. ábra).

2.17. ábra. A feszültségfüggő nátriumcsatornák szerkezeti sémája, funkcionális és ligandkötő helyei (Rövidítések – LA: „helyi érzéstelenítő” kötőhely; P: pórus; a-ScTX: a-skorpiótoxinok kötőhelye; b-ScTX: b-skorpiótoxinok kötőhelye; TTX: tetrodotoxin-kötőhely; TX: neurotoxin-kötőhelyek; VS: feszültségérzékelő)

Doménenként a 4. TM helix a feszültségszenzor, az 5 és 6 TM helixek a pórusalkotók, és közöttük található egy járulékos extracelluláris hurok, amely a csatornabemenetet szűkíti. A csatornaalegységen kötődő nevezetes toxinokat, farmakonokat, ezek kötődési helyeit a 2.17. ábra, illetve a 2.4. táblázat mutatja be.

1.4. táblázat - 2.4. táblázat A feszültségfüggő nátriumcsatornák ligandkötő helyei

Kötőhely

Ligand

Domén

neurotoxin (TX) 1

tetrodotoxin (TTX), saxitoxin (blokkolók)

(I)S5-6, (II)S5-6, (III)S5-6, (IV)S5-6

neurotoxin (TX) 2

veratridin, akonitin (tartós aktiválók)

(I)S6, (IV)S6

neurotoxin (TX) 3

α-skorpiótoxinok, tengeri anemona toxin (inaktivációlassítók)

(I)S5-6, (IV)S3-4, (IV)S5-6

neurotoxin (TX) 4

β-skorpiótoxinok (aktivációfokozók)

(II)S1-2, (II)S3-4

neurotoxin (TX) 5

brevetoxinok, ciguatoxinok (serkentő modulátorok)

(I)S6, (IV)S5

neurotoxin (TX) 6

δ-konotoxinok (inaktivációlassítók)

ismeretlen

„helyi érzéstelenítő”

helyi érzéstelenítők, I. osztályú antiaritmiás szerek, számos antiepileptikum (blokkolók)

(I)S6, (III)S6, (IV)S6


A feszültségfüggő ioncsatornák általános felosztási rendje az α-alegység szerint osztályoz. Az első jelzés az ionpermeabilitást (Na), a második a fő élettani szabályzó (voltage, NaV), a harmadik a génalcsaládot (mivel nátriumcsatornáknál jelenleg csak egyet ismerünk, így NaV1), a negyedik pedig az izoformákat adja meg.

Ez utóbbiból Na+-csatornák esetében kilencet ismerünk, amelyek legalább 50%-os szekvenciaazonosságot mutatnak. A NaV1.1–3 és 1.7 egymással közeli filogenetikai rokonságban állnak, neuronokban fordulnak elő, és erősen tetrodotoxinszenzitívek. Hasonlóképpen magas a rokonsági fok a NaV1.5 és 1.8, 1.9 között, amelyek szívben és hátsó gyöki ganglionban találhatók, és tetrodotoxinérzékenységük változó mértékű. A NaV1.4 izoforma a vázizomban, az 1.6 elsősorban a központi idegrendszerben fordul elő.

A hagyományos nátriumcsatornákat depolarizáció aktiválja, működési ciklusuk nyugalmi („m”-kapu zárt), aktív, áteresztő („m”-kapu nyitott) és inaktivált (inaktivációs, „h”-kapu zárt) (lásd Helyi érzéstelenítők fejezet). Akciós potenciál képzésében, vezetésében, inváziójában, valamint repetitív firing-ben játszanak szerepet.

Az előbbiektől eltérő sajátságú a hiperpolarizációra aktiválódó nátriumcsatorna (Ih), amely valójában a ciklikus nukleotid modulált csatornák csoportjába (HCN) tartozik.

A cAMP-szint növekedése serkentő irányba tolja el a csatornaáramot, amely közvetlen cAMP–csatorna kölcsönhatás, és nem csatornafoszforiláció következménye. Neuronalis pacemakereken található, nevezetes lokalizációja a sinoatrialis csomó, ahol a diastolés depolarizációt szervezi. β1-adrenoceptor-agonisták cAMP-növekmény révén a pacemakeráramot serkentik (pozitív kronotropia), az m2ACh-receptorok agonistái (negatív kapcsolódás adenilil-ciklázzal) ellentétes hatásúak (negatív kronotropia).

A feszültségfüggő nátriumcsatornák később ismertetendő, terápiásan kiemelkedően jelentős farmakológiai profiljai mellett egyre több kórállapotot ismerünk, ahol az eltérő genotípusú/fenotípusú csatornák adják a patomechanizmus egyik jelentős hátterét.

Ilyenek a veleszületett vagy gyógyszerindukált hosszú QT-szindrómát kísérő arrhythtmiák (ahol káliumcsatorna genotípus/fenotípus-variáns is valószínű), valamint a neuropathiás fájdalmak (traumás neuropathia, diabeteses neuropathia, neuralgiák, migrénfajták, toxikus neuropathiák), ahol indukált fenotípuseltolódás adja az egyik fontos hátteret.

Nem feszültségfüggő nátriumcsatornák a savérzékelő nátriumcsatornák (ASIC), amelyek bizonyos neuronokban találhatók, és a periférián a szöveti acidosis okozta fájdalom percepcióját szervezik, valamint az epithelialis nátriumcsatornák (ENaC), amelyek a vese-gyűjtőcsatornában, a légutakban és a distalis colonban lokalizálódnak. Szerepük a nátriumforgalom helyi szabályozása, de érintve lehetnek a cysticus fibrosis patomechanizmusában is. Az ASIC és ENaC populáció közös farmakológiai sajátsága, hogy a legtöbb idetartozó csatornát az aldoszteron szabályozta nátriumcsatorna (vese-gyűjtőcsatorna, lásd diuretikumok) blokkolója, az amilorid szintén blokkolja.

Kalciumcsatornák

A kalciumcsatornák legnagyobb csoportját a feszültségfüggő csatornák képezik, de emellett ismerünk intracelluláris, ligandfüggő csatornákat (IP3- és ryanodinreceptorok, lásd az Intracelluláris receptorok részben) és raktárfüggő, Ca++-felszabadulás útján aktivált csatornákat (ICRAC) is.

Felosztásuk alapja:

Elektrofiziológiai sajátságaik.

Inhibitorprofiljuk.

Így elkülönítettek magas (HVA) (L, P/Q, N, R) és alacsony (LVA) (T) feszültséggel aktiválható csatornákat, amelyek közül az L-csatornák tartós (long-lasting), a T-csatornák átmeneti (tranziens) áramvezetéssel jellemezhetők. Az L-csatornák az ún. organikus csatornablokkolókkal (dihydropyridinek, fenilalkilaminok, benzothiazepinek) gátolhatók, míg a P/Q, N- és R-csatornák ezekre inszenzitívek, de ismertek specifikusan gátló toxinok. A dihidropiridinek, fenilalkilaminok és benzothiazepinek további szelektivitási tényezőit szöveti, membránpotenciál és dinamikus működési sajátságok határozzák meg (lásd a Vérnyomáscsökkentők és az Antianginás szerek fejezet). Az organikus csatornablokkolókkal foglalkozó későbbi fejezetek és a 2.5. táblázat adatainak összevetésekor felvetődhet, hogy ezek a hatóanyagok miért nem fejtenek ki jelentősebb hatást a vázizom működésére, noha receptoraik itt is megtalálhatók. A vázizom organikus kalciumcsatorna-blokkoló receptorainak szerkezete jelentősen eltér mind a szívizom, mind a simaizom hasonló receptoraitól, mint ahogy a plazmamembrán kalciumcsatornáinak a funkciója is jellemzően eltérő a három izomtípuson. A szívizom excitáció–kontrakció folyamata erősen, a simaizomé jelentősen extracelluláris kalcium függő, a vázizmon azonban mérsékelten. Az utóbbi esetén jellemző a plazmamembrán folytatásaként működő T-csatornák és a szarkoplazmatikus retikulum szoros térbeli kapcsolata. E kapcsolatba épül bele az organikus csatornablokkoló receptor, leginkább feszültségszenzorként értelmezhető szerepben.

Az L- és T-csatornák további felosztására előfordulási helyüket és funkciójukat használták (2.5. táblázat). Jelenleg ajánlott felosztásuk alapja – a feszültségfüggő nátriumcsatornákéval analóg módon – az α1-alegység.

1.5. táblázat - 2.5. táblázat A kalciumcsatornák felosztása, lokalizációja és funkciói

Ca V

Típus

Aktivációs feszültség

Inhibítor

Lokalizáció

Funkció

1.1

L

HVA

organikus blokkolók

vázizom

excitáció–kontrakció

1.2

L

HVA

organikus blokkolók

szív- és simaizom,

idegsejt, szekretoros sejt

excitáció–kontrakció

integráció, hormonfelszabadítás

1.3

L

HVA

organikus blokkolók

idegsejt, szekretoros sejt

integráció, hormonfelszabadítás

1.4

L

HVA

? organikus blokkolók

retina

transzmitterfelszabadítás

2.1

P/Q

HVA

ω-agatoxin IVA

idegvégződés, dendrit

transzmitterfelszabadítás

2.2

N

HVA

ω-conotoxin GVIA

idegvégződés, dendrit (periféria)

transzmitterfelszabadítás

2.3

R

HVA

SNX-482*

idegsejttest

repetitív firing

3.1

T

LVA

nem ismert

idegsejttest, dendrit, szív

repetitív firing, pacemaker

3.2

T

LVA

nem ismert

idegsejttest, dendrit, szív

repetitív firing, pacemaker

3.3

T

LVA

nem ismert

idegsejttest, dendrit, szív

repetitív firing, pacemaker


* tarantellatoxin-analóg

Jelenleg ugyanis három α1-gén-alcsaládot ismerünk, az elsődleges osztás CaV1–3, az alcsaládon belüli sorrend megközelítőleg a felfedezés időrendjét követi (lásd 2.5. táblázat); a csatorna felépítési sémáját a 2.18. ábra mutatja be.

2.18. ábra. A feszültségfüggő Ca++-csatornák alegységszerkezete

Szembetűnő az α1-alegység és a nátriumcsatorna hasonló egysége közötti analógia.

Az ún. organikus kalciumcsatorna-blokkolók közül csak a fenilalkilaminok a valódi blokkolók, amelyek a nátriumcsatornák helyi érzéstelenítő kötőhelyének megfelelő kalciumcsatorna-szegmensen kötődnek. A dihidropiridinek alloszterikus modulátorok (mind a terápiásan jelentősebb gátlás, mind serkentő hatás lehetséges); a kötőhely részlegesen átfed a fenilalkilaminokéval, de nem a lumen felől. A benzothiazepinek is modulátorok, és egy harmadik, szintén részlegesen átfedő kötőhelyhez kapcsolódnak.

Számos second messenger jelzési láncolat módosíthatja a kalciumcsatornák működését, mind serkentőleg, mind gátlólag. Ennek leggyakoribb módja a foszforiláció, amelynek példái az L típusú csatornák serkentése cAMP-függő protein-kináz útján (például szív), illetve a PKC általi szabályozás. Emellett azonban főként neuronalis, GV2. alcsaládbeli N és P/Q típusú csatornákat G-protein-kapcsolt (Gi/o) receptorok, így α2 adrenoceptorok, μ-, δ-, és κ-opioidreceptorok és nociceptin (ORL1, NOP), valamint GABAB és A1 adenozinreceptorok βγ-alegység direkt kapcsolódása útján gátolják (lásd 2. 3. táblázat). Ez a mechanizmus jelentős több transzmitter felszabadulásának szabályozásában. A gátlás a csatornaáram aktivációs kinetikájának megváltoztatásán alapul, és nagy depolarizációk esetén a gátló hatás megszűnik.

Több sejtféleségen, így T-lymphocytákon, fibroblastokon és bizonyos daganatsejteken a proliferációt eredményező kezdeti eseménysor jelentős tényezője a raktárfüggő, Ca++-felszabadulás útján aktivált kalciumcsatornák (ICRAC) működése, amelyet K+-csatornák is szabályoznak (lásd később).

Káliumcsatornák

Szerkezetileg a legheterogénebb és működésileg is a legszerteágazóbb kationcsatorna-csoport. A terápiás célú hatóanyag-fejlesztések látókörébe eddig elsősorban az akciós potenciál repolarizációs szakaszában szereplő feszültségfüggő csatornák és az ún. ATP-szenzitív K+-csatornák kerültek (lásd Antiarithmiás szerek, Vérnyomáscsökkentők fejezet), de a lehetőségek ennél lényegesen kiterjedtebbek (lásd később).

Számos felosztási elvet alkalmaztak, a működési jellemzők, a pórusalkotó α-alegység szerkezete és ennek genomikai meghatározottsága (Human Genome Organization, HUGO) alapján. Alapvetően a következőket különítik el:

Feszültségfüggő (KV) csatorna.

Ca++-aktivált (KCa) csatorna.

Befelé egyenirányító (inward rectifier, Kir) csatorna.

(Ezek valamennyien egypórusú, P1-csatornák).

Kétpórusú (2P, K2P) csatornák.

A feszültségfüggő nátrium- és kalciumcsatornákkal rokon szerkezetűek a KV-csatornák és az alacsony és közepes konduktanciájú KCa-csatornák α-alegységei (6 TM régió, pórusformáló a TM5 és a TM6). A 6TM alegységek nem eleve összekapcsoltak, hanem tetramerikus elrendeződésben alakítják ki az egy közös pórust. Két transzmembrán helix (2TM) jellemzi az egyszerű befelé egyenirányítókat, a KATP Kir-csatornákat és a G-protein-kapcsolt Kir-csatornákat. C- és N-terminálisok citoplazmatikusak, tetramerek adják az egy közös pórust. 7TM csatorna a magas konduktanciájú KCa-csatorna (Slo), pórusalkotó a TM6 és TM7. A C-terminális intracelluláris, N-terminális extracelluláris, tetramerikus elrendeződés adja a közös pórust. A negyedik formánál 6TM/1P szegmens kapcsolódik 2TM/1P szegmenshez, és a 8TM/2P egységek dimerikus elrendeződése adja a működő csatornát. Végül a K2P-csoportban két 2TM/1P kapcsolódik, és a 4TM/2P dimerizációja képezi a csatornaformációt.

A káliumcsatornák jelenleg ajánlott felosztását, feltüntetve a hagyományos neveket is, az 2.6.táblázat tartalmazza.

1.6. táblázat - 2.6. táblázat A káliumcsatornák felosztása

α-alegység-szerkezet, alosztály, működés

K xxx kód

Hagyományos név

6TM, 1P

Feszültségfüggő, K V

– feszültségfüggő

KV 1.1–1.7

Shaker

– feszültségfüggő

KV 2.1–2.2

Shab

– feszültségfüggő

KV 3.1–3.4

Shaw

– feszültségfüggő

KV 4.1–4.3

Shal

– feszültségfüggő

KV 5.1

Silent

KV 6.1–6.3

KV 8.1

KV 9.1–9.3

– feszültségfüggő

KV 10.1

EAG

KV 10.2

EAG2

KV 11.1–11.3

RG1–3

KV 12.1–12.3

ELK1–3

– feszültségfüggő (KVLQT-related)

KV 7.1–7.5

KCNQ1-5

Kalciumaktivált, K Ca

– kalciumaktivált, alacsony konduktancia

KCa 2.1–2.3

SK1–3

– kalciumaktivált, közepes konduktancia

KCa 3.1

IKCA

7TM, 1P

– kalciumaktivált, magas konduktancia

KCa 1.1

Slo-1

4.1

Slo-2 (Slack)

5.1

Slo-3

2TM, 1P

Befelé egyenirányító, K ir

– befelé egyenirányító

Kir 1.1

ROMK1

– befelé egyenirányító

Kir 2.1–2.4

– befelé egyenirányító

Kir 3.1–3.4

G-protein-szabályozott

– befelé egyenirányító

Kir 4.1–4.2, 5.1, 7.1

– befelé egyenirányító

Kir 6.1–6.2

ATP-szenzitív

4TM, 2P (K 2P )

K2P 1.1

TWIK-1

K2P 6.1

TWIK-2

K2P 2.1

TREK-1

K2P 10.1

TREK-2

K2P 3.1

TASK

K2P 5.1

TASK-2

K2P 9.1

TASK-3

K2P 15.1

TASK-5

K2P 7.1

KCNK7

K2P 4.1

TRAAK

K2P 13.1

THIK-1

K2P 12.1

THIK-2

K2P 16.1

TALK-1

K2P 17.1

TALK-2


A moduláló β-alegységek szintén sokféle szerkezetűek, lokalizációjúak és működésűek lehetnek.

Lehetnek egyszeres transzmembránproteinek [minK és minK-related (mirp) proteinek], intracelluláris proteinek, és egy nevezetes csoport tagjai, az ún. sulfonylurea-receptorok (SUR) a „nagy ATP-kötő kazettás” transzportproteinekkel mutatnak felépítési rokonságot. Az ismert β-alegységeket és az azonosított partnercsatornákat a2.7.táblázat mutatja be.

1.7. táblázat - 2.7. táblázat A káliumcsatornák moduláló β-alegységei

β-alegység

Partnercsatorna

minK

KCNQ1, ERG1

mirpl

ERG1, KCNQ2, KCNQ3, Kv4.2

mirp2

KCNQ1, KCNQ4, Kv3.4

BK β1 – β4

Slo-1

Kv β1 – β3

Kv1.x

KCHIP1-3

Kv4.x

KCHAP

KV2.1, KV4.3

SUR1, SUR2

Kir6.1, 6.2


A feszültségfüggő káliumcsatornák az elektromos jeltovábbítás készségével is jellemzett szöveteken (izom, ideg) leginkább az akciós potenciál repolarizációjában játszott szerepükről nevezetesek. A kalciumaktivált káliumcsatornák feszültségfüggése változó mértékű, és szerepük eltérő elektromosan excitabilis, illetve más sejtféleségeken. Ideg- és izomsejteken szerepük az intracelluláris Ca++-szint kontrollja (excesszív értékek megakadályozása).

T-nyiroksejteken, bizonyos daganatsejteken és fibroblastokon a tartós Ca++-áram a raktárfüggő, Ca++-felszabadulás aktiválta Ca++-csatornákon (ICRAC, lásd előző rész) proliferációt eredményez; az aktivációs kaszkád korai lépése az IP3→Ca++ felszabadulás. T-nyiroksejten (valószínűleg a többi proliferáló sejtfélén is) két káliumcsatorna-populáció is található, bármelyik aktiválása az elektromos hajtóerő révén kedvez a Ca++-belépésnek. Az egyik K+-populáció-szerkezet és inhibitorprofil alapján KV1.3-nak megfelelő, ez a nyugvó nyiroksejtek fázisos aktivációjában lehet jelentős. A Ca++-aktivált csatornák száma mitogén stimulus hatására drámaian megnövekszik, és ez a populáció lehet a proliferáció szempontjából jelentősebb.

A befelé egyenirányító káliumcsatornák (Kir) elsősorban hiperpolarizációs feszültségtartományban működnek, depolarizált membrán mellett Mg++ és poliaminok zárva tartják. Nevüknek megfelelően aktivációjuk esetén több K+ áramlik intracelluláris irányba, mint kifelé; jelentős szerepük van a nyugalmi potenciál fenntartásában. Speciális jelentőségű a Kir-csoporton belül az ATP-szenzitív és a G-protein-aktivált káliumcsatorna-populáció. Az előbbieknél az intracelluláris ATP-szint növekedése gátolja az aktivációt, ezzel funkcionális kapcsolat létesül a sejtmetabolizmus és a membránpotenciál között. Szerepüket az inzulinszekrécióban és különböző simaizmok elernyedésében további fejezetek ismertetik.

Hypoxiás szívizmon szerepük érthető módon fokozott, és arhythmiák képződését segíthetik elő. Nem plazmamembránban, hanem mitokondriálisan lokalizált KATP-csatornák (mito-KATP) játszanak szerepet az ischaemiás prekondicionálás jelenségében, ahol rövidebb ischaemiás időszakok cardioprotectiv hatásúak lehetnek a hosszabb időtartamú ischaemiás insultusokkal szemben.

Káliumcsatornák G-protein-aktivációja a kalciumcsatornák negatív modulációjával analóg szerveződésű és jelentőségű. Gi/o-kapcsolt receptorok (lásd korábban) βγ-alegység útján transzmitterek felszabadulását modulálják (gátlás); szíven az m2ACh-receptorok atrialis hatásai jelentős mértékben ezen az úton érvényesülnek.

Velőshüvellyel rendelkező idegrostokon a fedett szakaszokon a káliumcsatornák funkcionálisan inaktívak, azonban demyelinisatiókor aktiválódásuk szerepet játszhat a neurológiai tünetek kialakulásában.

Ciklikus nukleotid aktivált csatornák

Bár a csatornák feszültségfüggése mérsékelt, szerkezeti rokonság (6TM) alapján a feszültségfüggő csatornák közé tartoznak. Elsősorban monovalens kationokra permeabilisak; bár a csatornák kalciumra is átjárhatók, a Ca++ feszültségfüggő módon blokkoló is lehet. Két csoportra oszthatók, a ciklikus nukleotid függő (CNG) csatornákra és a hiperpolarizációra aktivált, cilikus nukleotid függő (HCN) csoportra. A CNG-csatornákat cGMP vagy cAMP csatornaproteinhez kötődése aktiválja; a szaglóhám neuronjaiban és a fotoreceptor-neuronokban fordulnak elő. A HCN-csatornák legismertebb képviselője a sinoatrialis csomó pacemakeráramát adó Ih-nátriumcsatorna (lásd ott).

Tranziens receptorpotenciállal jellemzett (TRP) csatornák

Tágabb értelemben ez a receptorcsalád is a 6TM nagycsaládhoz tartozik, bár a transzmembrán régiók keverten hordozzák a bakteriális káliumcsatornákra (KcsA) és a hagyományos 6TM nagycsaládra jellemző szerkezeti elemeket. Három nagy (TRPC1–7, TRPV1–6 és TRPM1–8) és két kisebb (TRPP és TRPML) alcsaládra oszthatók.

A TRP-csatornák általában nem-szelektív kationcsatornák.

Kivétel a TRPM5, amely monovalens kation szelektív, a TRPV5, 6 ahol a Ca++-permeabilitás mintegy százszorosa a nátriuménak, és a TPRV1, amely bár kisebb mértékben, de szintén Ca++-preferenciát mutat.

A legismertebb TRP receptor a VR-1 vanilloidreceptor (TRPV1). Ennek ismert aktivátora a vanilloid szerkezetű kapszaicin, lehetséges endogén ligandja a kannabinoid receptoragonista anandamid. A csatorna 43 ºC-nál magasabb hőre aktiválódik; az aktivációs áramot savas pH növeli, és az aktivációs hőmérsékletet intracelluláris foszfoinozitol-difoszfát is módosítja (gátlás). Ez a csatorna szerepet játszhat a fájdalom intenzitású hőérzékelésben és a gyulladás és egyéb szöveti károsodás okozta fájdalom szerveződésében.

Kloridion-csatornák

Változatos szerkezetű, funkciójú és lokalizációjú csatornacsalád. A plazmamembránban található csatornák a szervezet ionháztartása egyensúlyának fenntartásában, a sejttérfogat szabályozásában, transepithelialis transzportfolyamatokban, valamint az izmok és az idegek excitációs folyamatainak szabályozásában játszanak szerepet. Az intracelluláris csatornáknak a sejtszervekbe irányuló anionos szubsztrátok transzportjában, a térfogat-szabályozásban és a kompartmentek savas pH-jának beállításában jelentős a szerepük.

A csatornák öt alcsaládba sorolhatók:

–Feszültségérzékeny csatornák (9 csoport).

–Volumenregulált csatornák.

–cAMP-regulált, cysticus fibrosis transzmembrán konduktancia szabályozó csatornák.

–Kalciumaktivált csatornák.

–Maxi vagy magas konduktanciájú csatornák.

Vízpórusok (aquaporinok)

Az aquaporinok a „major intrinsic protein” családként ismert csatornaalkotó proteinek közé tartoznak. Szerkezetükre jellemző a 6 TM helix, C- és N-terminális intracellulárisan. A TM2 és 3, illetve TM5 és 6 közötti hurkok, a bennük található igen konzervatív NPA-szekvenciával, alkotják a két „félpórust”, amelyek óraüveg-formációba összeállva alakítják ki a csatornát.

Emlősökön 10 + 1 csatornát (AQP0–10) különítünk el. Az AQP0 a szemlencsében található, adhéziós szerepű, a cataracta patofiziológiájában érintett. A többi vagy vízcsatorna, vagy vízmolekulák mellett glicerint és egyéb kis molekulákat is átengedő pórus (3, 7, 9). Nevezetes a vesében található, ADH-szabályozott AQP2 és a szekretoros epitheliumban (könnymirigy, nyálmirigy, verejtékmirigy, légút, cornea) lokalizálódó AQP5 (asthma, Sjögren-szindróma).

Transzportproteinek

Farmakológiai szempontból nevezetes transzportproteinek a vesében a proximalis tubulus szerves sav transzportere, a Na+,K+,2Cl-kotranszporter (kacsdiuretikumok támadáspontja), a distalis tubulusban a Na+,Cl-transzporter (ún. thiazid diuretikumok támadáspontja), az ubiquiter Na+-pumpa [Na+,K+ (Mg++)-aktivált ATP-áz] (szívglikozidok), valamint a gyomorban a protonpumpa (H+,K+-aktivált ATP-áz) (omeprazol). Neuronalis vonatkozású transzporterek a vezikuláris biogén amin transzporter (gátló reserpin), a biogén amin transzporterek („újrafelvétel”, uptake I) a plazmamembránban (gátló cocain, triciklusos antidepresszánsok, szelektív szerotonin-reuptake-inhibitorok), a nagy affinitású kolintranszporterek (gátló hemikolinium) és a glialis GABA- és glicintranszport. Metabolikus szempontból jelentősek a glukóztranszporterek és az aminosavtranszporterek.

Enzimek

Az enzimműködéseket befolyásoló hatóanyagok rendszerezett listáját a függelék (XVIII.) adja meg, itt csak néhány példát említek meg. Az antimikrobiális szerek jelentős része enziminhibitor vagy valamely mikrobiális enzim hamis szubsztrátja. Hatóanyagok célpontjául szolgáló neuralis vonatkozású enzimek a biogén amin szintetikus láncok enzimei, az aminosav-transzmitterek készleteit meghatározó enzimek, a kolin-észterázok, valamint a monoamino-oxidáz A és B. Farmakológiai „sikertörténetként” említhetők a ciklooxigenáz-inhibitorok, valamint az angiotenzin-konvertáló enzim inhibitorok. A karboanhidráz enzim mind a vesében (bikarbonátreszorpció a proximalis tubulusban), mind a csarnokvíz és a liquor cerebrospinalis termelésében jelentős szerepet tölt be, és így inhibitorai számos kórállapot kezelésére alkalmazhatók.

A jeltovábbítás szupramolekuláris szerveződési formái

A G-protein-kapcsolt receptorok, a másodlagos jelhordozók és intracelluláris kommunikációs partnereik kutatásának korai szakaszában is feltűnt az az ellentmondás, ami a jeltovábbítás lehetőségeinek szerteágazósága, az intracelluláris partnerek felkeresésének esetlegessége és a neuronalis jelzési láncolatok ismert hatékonysága és specificitása között fennállt. A lehetséges racionális magyarázatokhoz először a receptorkötési technikának és az értékelő eljárások precizitásának, majd a G-protein útján – helyesebben a 7TM receptorok által – megvalósított jeltovábbítást elemezni, mennyiségileg jellemezni képes eljárások kellő fejlesztésére volt szükség.

A szupramolekuláris szerveződés jelenleg ismert formái a receptor dimerizáció/oligomerizáció, „receptormozaikok” kialakulása a plazmamembránban és kiépült, dinamikus jeltovábbítási váz intracellulárisan, beleértve a sejtmag irányába mutató kommunikációs utakat.

Receptor dimerizáció/oligomerizáció

Limbird és munkatársai 1975/76 során a β-adrenoceptorok kötési kinetikáját elemezve ún. negatív kooperativitási jelenséget észleltek, amelynek egyik legkézenfekvőbb lehetséges magyarázata a dimer forma léte. Jelenleg olyan jelentős számú dimert/oligomert ismerünk (homo és hetero elrendezésben, lásd később), nemcsak 7TM receptorok ligandkötő egységei, hanem 7TM receptor–ionotrop receptor, valamint 7TM receptor–intrinsic enzimaktivitású receptor között is, hogy joggal felvetődik, hogy nem ez-e az általános, funkcionális receptorszerveződési forma. A tirozin-kináz aktivitású receptoroknál már korábban ismert volt, hogy az aktiválás dimerizáció útján valósul meg.

Emlékeztetőül, évtizedekig az uralkodó Dale–Eccles-szabály értelmében az „egy neuron–egy transzmitter” elvben hittünk, jelenlegi ismereteink szerint viszont a kotranszmissziós forma tűnik általánosnak.

Mivel a jelenlegi géntechnológiai eljárások lehetővé tették, hogy „végtelenített” sejtvonalak stabil módon expresszáljanak jóformán tetszőlegesen választott receptorspeciest, felvetődött a műtermék lehetősége is, azaz hogy az afiziológiás feleslegben előállított receptorok jellemzője volna a dimerképződés. A jelenség azonban natív receptorpopuláción in situ is kimutatható, mind biokémiai/morfológiai, mind funkcionális módon.

Mivel a jelenséget legkiterjedtebben 7TM receptorok vonatkozásában tanulmányozták, a leírás is elsősorban ezekre vonatkozik.

A kapcsolódási felszíneket a ligandkötő egység 5 és 6 TM helikális szegmense alakítja ki, ezeket köti össze a leghosszabb intracelluláris hurok, amely fokozott mobilitást biztosít; a kapcsolódás dinamikájában ritkábban részt vehet a C-terminális szegmens is.

A dimerizáció/oligomerizáció lehet homológ, amikor is azonos receptortípus/altípus ligandkötő egységei kapcsolódnak, de képződhetnek heterodimerek/oligomerek is. A dimerizációt/oligomerizációt jellemzően agonista ligand kapcsolódása indukálja a „társuló” receptorokon, de megtörténhet ligand kapcsolódása nélkül is. Nevezetesebb heterodimerek a GABAB1/GABAB2 komplex, a δ/μ és a δ/κ opioidreceptor dimer és a striatalis A2A adenozin/D2 dopamin- és mGlu5/D2 dopaminreceptor komplex. A komplexálás megváltoztathatja az egyes résztvevők ligandkötési affinitását és szelektivitási sorrendjét, valamint a jeltovábbítási sajátságokat, beleértve az internalizációt és új típusú G-protein felhasználását is (például Gz δ/μ opioidreceptor komplex esetén). GABAB-receptorok esetén a heteromerizáció kiemelt jelentőségét bizonyítja, hogy míg a GABAB1 és GABAB2 monomerek nem kapcsolódnak funkcionálisan (G-protein-közvetítéssel) a K+ir-csatornákhoz (aktiváció), Ca++-csatornákhoz és adenilil-ciklázhoz (gátlás), addig a heterodimerek funkcionálisan kapcsolttá válnak. Ebből következik, hogy valószínűleg a dimer az uralkodó, natív GABAB-receptorforma.

Továbbá az antiepileptikus hatású gabapentin hatásmechanizmusára korábban csak bizonytalan magyarázatok adódtak; bebizonyosodott azonban, hogy a szer a heteromerikus GABAB-receptorkomplexek szelektív agonistája. E mechanizmus jó morfológiai háttere a GABAB1- és GABAB2-receptorok ismert ko-lokalizációja agykérgi neuronok dendrittüskéin. Az antagonisztikus működésű A2A/D2 és mGlu5/D2 dimer (az A2A és az mGlu5 receptor a D2-receptor modulációja tekintetében szinergisztikus) eltérő módon szabályozza a dorsalis striopallidalis GABA-erg neuronok és a striatumból a ventralis pallidalis régióba vetülő GABA-erg neuronok működését. Ez az ismeret új utakat nyithat az atípusos neuroleptikumok új generációjának tervezésében.

Receptormozaik

A mozaik az oligomerikus receptorkomplexek magasabb rendű szerveződési formája a plazmamembránban. A receptoregyüttes kialakulását, majd a formáció rögzülését ún. adapter proteinek segíthetik elő a szinaptikus membrán környezetében. A mozaik egy integráló egység, amelyben nemcsak 7TM receptor mono-, di- és oligomerek, hanem ionotrop receptorok és intrinsic enzimaktivitású receptorok is találhatók, egymás működését programozottan befolyásoló együttesben. A mozaikoknak az intracelluláris tér felé történő kommunikációját egy kiépült váz („scaffold”) teszi rendezetté (lásd később). A mozaikok kezdeti, átmeneti stabilizálása lehet a rövid távú memória szerveződési alapja, amely egy adott mintázatú bemeneti információhoz kiemelt szinaptikus mintázatot rendel.

Intracelluláris jeltovábbítási váz

A mozaikok kommunikációját az intracelluláris tér felé egy dinamikus váz rendezi (vázképző, „scaffolding” és horgonyzó, „anchoring” proteinek révén), amelynek mentén a másodlagos jelhordozók irányítottan felkereshetik partnermolekuláikat, enzimek szubsztrátjaikat. Ez biztosítja a korai célsejtválasz gyors, hatékony és specifikus lezajlását, amely szabad diffúziós rendszerben nem jöhetne létre hasonló módon. Ugyanez a vázrendszer irányítja hosszabb távú működések kiépülését is, amilyenek az adaptív jelenségek és a hosszú távú memória. Ezekhez az szükséges, hogy az intracelluláris jelzések továbbvezetődjenek a sejtmag felé, és ott transzkripciós folyamatokat aktiváljanak.

A c-fos gén által kódolt indukálható transzkripciós faktor, a c-Fos expresszióját konstitutív transzkripciós faktorok, úgy mint CREB (cAMP response element binding protein) és TCF/Elk-1 protein (ternary complex factor/Elk-1) szabályozzák. Foszforilációt követően a CREB és a TCF/Elk-1 a c-fos promoter szabályozó elemeihez kötődve aktiválja az átírást. Régebbi álláspont szerint a CREB-et elsősorban a PKA (protein-kináz A), a TCF/Elk-1-et a MAPK (mitogén aktivált protein-kináz, aktivációs út PKC vagy CaMK) foszforilálja. Úgy tűnik azonban, hogy a CREB és a MAPK aktivációját konvergens módon mind a cAMP/PKA, mind a PLC/PKC-CaMK (Ca++/calmodulindependens protein-kinázok) jeltovábbítási vonal elemei elvégezhetik. További interaktív út lehet a nem receptoriális tirozin-kináz Src 7TM receptorok általi aktivációja, G-protein-független módon.

Adaptív mechanizmusok: ismételt hatóanyag-bevitel kapcsán észlelhető jelenségek

Ismételt, illetve folyamatos hatóanyag-bevitelkor megváltozhat a biológiai rendszer válaszkészsége az adagolt farmakon iránt. Ha a válaszkészség csökkenő tendenciájú, akkor a jelenséget a legáltalánosabban toleranciának nevezzük; ha ez rövid idő alatt létrejön, akkor a tachyphylaxia vagy akut tolerancia kifejezés használható. Kissé pontatlanul bár, de szinonimaként alkalmazzák még a refrakterré válás, a rezisztencia és a deszenzitizáció kifejezést is.

A rezisztencia kifejezés használatát elsősorban antimikrobiális és daganatellenes terápia kapcsán javasoljuk; ennek szerveződési módjai speciálisak, és így ezzel a megfelelő fejezetek foglalkoznak. A „refrakterré válás” kifejezést csak általános szóhasználat szintjén tartjuk elfogadhatónak. A „deszenzitizáció”, különösen, ha hozzátesszük a „receptoriális” jelzőt, már a mechanizmusra is utal, míg a többi megjelölés nem tartalmaz információt a mechanizmust illetően. A válaszkészség változása (csökkenése, ritkábban növekedése) hátterében lehet farmakokinetikai vagy farmakodinámiai tényező. Mindkét mechanizmuscsoport valójában adaptív jellegű, azaz a szervezetnek a farmakológiai beavatkozással kapcsolatos alkalmazkodása.

Nem farmakodinámiai hátterű hatáscsökkenéshez vezet a farmakonok ismételt vagy tartós bevitelekor jelentkező fokozott metabolikus degradáció; részmechanizmusként ez is szerepel a barbiturát-, illetve etanoltoleranciában.

Farmakodinámiai okokra vezethetők vissza a receptoriális szintű adaptív változások (affinitásváltozás, jelátviteli hatékonyság változása, receptorszám-változás), az esetleges mediátorkészletek kimerülése és az élettani adaptív mechanizmusok. A receptordeszenzitizációnak az a módja, mikor az agonista affinitása a receptoron csökken, viszonylag ritka, de ismert. Gyakoribb a receptordeszenzitizáció korai szakaszában az agonistakötődés és az effektorrendszer működésének „szétkapcsolása” mind ioncsatorna-alkotó, mind G-protein-kapcsolt receptoron. A receptoriális deszenzitizáció következő fázisa a receptorszám csökkenése. Ennek korai szakaszában a receptor még a sejtmembránban van, de ligand számára nem elérhető; a későbbiekben a receptorok bizonyos hányada bekerül a sejt belsejébe, azaz internalizálódik. A receptoriális működés csökkenésével járó adaptív jelenséget szokás a receptor down-regulációjaként is jelölni; van olyan állásfoglalás is, hogy ezt helyesebb azon esetekre alkalmazni, ahol az elérhető receptorkészlet csökken.

A receptoriális tolerancia minden részjelenségében kulcsszerepet játszik a receptorprotein foszforilációja; erre receptoronként megvannak a jellemző foszforilációs helyek és a sejtekben a különböző specificitású foszforiláló enzimek.

Ha egy receptoragonistával kiváltott tolerancia hatóanyag/receptor specifikus, homológ regulációról (homológ tolerancia) beszélünk, ha kiterjed más receptorra is, heterológ vagy keresztregulációról beszélünk.

Nemcsak a receptorszám csökkenése, hanem növekedése is előidézhető farmakológiailag. Óvatos általánosítással állítható, hogy tartós expozíció receptorantagonistával a receptorszám növekedéséhez (up-reguláció) vezet. Valószínűsíthető, hogy receptorokról indított homológ és keresztregulációs folyamatok több farmakon hatásában játszhatnak döntő szerepet, mint azt jelenleg sejtjük. Ismert példaként említhetjük a biogén amin reuptake-gátló típusú antidepresszánsokat. Antidepresszív hatásuk nem vezethető le közvetlenül akut hatásukból, és nem is azonnal, hanem bizonyos kezelési idő után válnak hatékonnyá. A hatékonyság megjelenésével azonos időállandójú a központi idegrendszeri α2- és β-adrenoceptorok downregulációja.

Típusos, magas potenciájú neuroleptikumkezelés kapcsán fellépő ún. késői extrapyramidalis tünet a tardív dyskinesia, amelynek hátterében a D2 típusú dopaminreceptorok régióspecifikus up-regulációja áll.

A mediátorkészletek kimerülése lehet az oka például a rövid intervallumonként ismételt, biogén amin felszabadító indirekt szimpatomimetikumok hatáscsökkenésének.

Élettani adaptív mechanizmusok. Minden hatóanyag-bevitel a primer válasz mellett helyreállító, homeosztatikus folyamatokat is elindít a szervezetben. Valójában a receptoriális szintű regulációs események is homeosztatikus jellegűek, az „élettani” jelzőt azokra a folyamatokra alkalmazzuk, ahol ezek a homeosztatikus működések összetettebbek, és a reguláció szintje „távolabb” esik a kiváltó beavatkozástól.

Tolerancia és fizikai dependencia. Gyakran együtt járó, de nem azonos lényegű jelenségek. Általános közelítésben egy farmakonhoz fizikai dependencia akkor alakul ki, ha a szervezet egy tartós gyógyszerjelenlét alatt olyan adaptív mechanizmusokat épít ki, amelyek a gyógyszer jelenlétét „feltételezve” (mintegy beépítve) biztosítják az érintett rendszerek normális élettani paraméterű működését. Gyógyszerelvonáskor vagy gyógyszer-antagonista alkalmazásakor ezért az adaptív mechanizmus jellegétől függően vagy túlműködési, vagy hiánytünetek lépnek fel az érintett rendszerekben (lásd Kábítószerabúzus című fejezet).

Végül egy, az említett kategóriákba rosszul illeszthető, de farmakológiailag fontos jelenséget említenék. Enziminhibitorok tartós alkalmazásakor a gátolt enzim endogén szubsztrátjának átalakulása eltolódhat más enzimatikus irányokba, és így olyan produktum(ok) jelenhet(nek) meg nagyobb mennyiségben, amely(ek) terápiásan kedvező vagy kedvezőtlen hatást fejt(enek) ki. Tartós angiotenzinkonvertáló enzim inhibitor terápia kapcsán (lásd A szív és az érrendszer gyógyszertana című fejezetet) bizonyos érterületeken (például koszorúserek) az angiotenzin (1–7) fokozott mennyiségben keletkezhet, és ez értágító hatása révén kedvező irányba szélesíti az antihipertenzív spektrumot.

A hatóanyagok lehetséges szelektivitási tényezői

A racionális hatóanyag-tervezés és a biztonságos farmakoterápia alapvető tényezője a hatóanyagok szelektivitásának mértéke, azaz a kívánt terápiás hatás eléréséhez, illetve a nemkívánatos hatások megjelenéséhez rendelhető hatóanyag-koncentrációk/dózisok aránya.

A szelektivitást biztosíthatják egyrészt farmakodinámiai, másrészt farmakokinetikai mechanizmusok.

A farmakodinámiai hátterű legnagyobb szelektivitást az antimikrobiális kemoterapeutikumok néhány csoportjában tapasztalhatjuk. Ez azon alapulhat, hogy a makromolekuláris célpontul szolgáló mikrobiális alkotóelem (például a sejtfalszintézis elemei) nem található meg a „gazdaszervezetben”, vagy egy mikrobiális makromolekula hatóanyag-kötési paraméterei 3-4 nagyságrendű eltérést mutatnak a hasonló funkciójú, emlősállatbeli makromolekulához képest (például dihidrofólsav-reduktáz enzim).

Ha a makromolekuláris célpont az emlősszervezetben van (ez a gyakoribb alaphelyzet), akkor a kívánt szelektivitást a következő farmakodinámiai tényezők biztosíthatják:

Választhatunk hatóanyag-fejlesztés célpontjául olyan makromolekulát, amelynek expressziója élettani körülmények között igen alacsony szintű, de az expresszió kórfolyamat-specifikus módon fokozódhat (indukció). Példái a ciklooxigenáz-2 (COX-2), az „indukálható” NO-szintáz és a bradykinin B1 típusú receptora. Lehetséges olyan kórfolyamat is, amelynek kapcsán egy funkcionális makromolekula vonatkozásában fenotípuseltolódás történik (Na+-csatorna-protein, K+-csatorna-protein), és ezek lehetnek hatóanyagok célpontjai (neuropathiás fájdalom, arhythmiák bizonyos típusai).

Ha a makromolekula receptor, és fenti szelektivitási mechanizmus nem adódik, a hatóanyag receptorspecificitása, receptorosztály-, típus- és altípusszelektivitása lehet differenciáló tényező. További lehetséges szelektivitási faktor egy agonista ligand parciális vagy teljes agonista hatásjellege. A korábbi szekcióban levezetett összefüggések alapján egy parciális agonista hatása annak is a függvénye, hogy egy adott funkció tekintetében milyen a „spare receptor” készlet. Nagy spare receptor hányad esetén egy parciális agonista is lehet teljes hatékonyságú agonista, míg csekély vagy nem létező spare receptor készlettel jellemzett funkcióban antagonistaként viselkedik (lásd 2.7. ábra).

Ha a makromolekula enzim vagy transzportprotein, a hatóanyag szelektivitása függvénye részint annak, hogy a különböző izoformákhoz milyen mértékben kötődik, illetve a célpont-makromolekula szubsztrátszelektivitása milyen mértékű (például angiotenzinkonvertáló enzim széles szubsztrátskálája, többszubsztrátú biogén amin transzporterek).

A hatóanyag-fejlesztés során a szelektivitási tényező felmérését egy humán makromolekuláris célpont csomagon (50–200 célpont) elvégzett szűrővizsgálat szolgálja. Még e kiterjesztett szűrővizsgálat mellett is lehetséges, hogy bizonyos kis előfordulási valószínűségű nemkívánatos hatásokat csak a gyakorlati alkalmazás során, nagyobb betegpopuláción gyűjtött adatok alapján ismerhetünk fel. Az előzetes felismerési arányt javíthatja a teljesített humán genom program után indított humán proteom program előrehaladása. Az azonosított és rendszerezett funkcionális proteinszerkezetek ismeretében a fejlesztésre szánt hatóanyagokra modellezhető lesz a lehetséges „kis affinitású, de specifikus kötőhelyek” csaknem teljes listája.

A farmakokinetikai és/vagy metabolizációs mechanizmusú szelektivitás szerkezeti feltételei viszonylag egyszerűen biztosíthatók, de az alkalmazási terület korlátozott. Egyszerű szerkezeti módosítással elérhető az, hogy egy hatóanyag ne penetráljon a vér-agy gáton, így hatásai a perifériára korlátozódjanak. Példái a nem penetráló kolin-észteráz-inhibitorok, muszkarinos és nikotinos acetilkolin-receptor-antagonisták, valamint az l-DOPA kombinációja perifériás DOPA-dekarboxiláz inhibitorral.

Irodalom

Agnati, L. F., Ferré, S., Luis, C., Franco, R., Fuxe, K.: Molecular mechanisms and therapeutical implications of intramembrane receptor/receptor interactions among heptahelical receptors with examples from the striopallidal GABA neurons. Pharmacol. Rev. 55:509–550, 2003.

Arunlakshana, O., Schild, H., O.: Some quantitative uses of drug antagonists. Br. J. Pharmacol. 14:48–58, 1959.

Cheng, Y. C., Prusoff, W., H.: Relationship between the inhibition constant (Ki) and the concentration of inhibitor which causes 50 percent inhibition (I50) of an enzymatic reaction. Biochem. Pharmacol. 22:3099–3108, 1973.

Furchgott, R. F., Bursztyn, P.: Comparison of dissociation constants and of relative efficacies of selected agonists acting on parasympathetic receptors. Annals N. Y. Acad. Sci. 144:882–899, 1967.

Ion channels (2004–2005) www.sigma-aldrich.com/cellsignaling

Kenakin, T., Onaran, O.: The ligand paradox between affinity and efficacy: can you be there and not make a difference? Trends in Pharmacol. Sci. 23:275–280, 2002.

Leff, P., Prentice, D. J., Giles, H. et al: Estimation of agonist affinity and efficacy by direct, operational model-fitting. J. Pharmacol. Methods 23: 225–237, 1990.

Pharmacological Reviews (2003) 55:575–596 (http://www.iuphar-db.org/iuphar-ic/)

Ross, E. M., Kenakin, T. P.: Pharmacodynamics. Mechanisms of drug action and the relationship between drug concentration and effect. In: Hardman, J. G., Limbird, L. E. (eds.): Goodman & Gilman’s „The pharmacological basis of therapeutics” Consulting. 10th Ed. Chapter 2, pp. 31–43. Goodman Gilman A., McGraw-Hill, New York, 2001.

Stephenson, R. P.: A modification of receptor theory. Br. J. Pharmacol. 11:379–393, 1956.

Tallarida, R. J., Jacob, L.: The dose-response relation in pharmacology. Springer, New York, 1979.

Terstappen, G., C., Reggiani, A.: In silico research in drug discovery. Trends in Pharmacol. Sci. 22: 23–26, 2001.

The Sigma-RBI handbook of receptor classification and signal transduction. 4th Ed. Watling K. J., Sigma-RBI, Natick, USA, 2001. www.sigma-aldrich.com