A gyógyszerhatás fizikai-kémiai alapjai Rozmer Zsuzsanna – Perjési Pál

2.1Sejtfelszíni receptorok

A sejtfelszíni receptorok a sejtmembránba integrálódó komplexek, melyek ligandum-kötőhelyei leggyakrabban az extracelluláris oldalon található. A ligandum-aktivált ioncsatornák és a saját enzimaktivitás nélküli receptorok működésének alapját az inaktív receptor ligandum-kötődés következtében bekövetkező konformáció-változása képezi. Az ioncsatornához kötött receptorok egyes ionok be(ki)áramlását szabályozzák a sejtekbe(ből). A ligandum kötődése vezet a csatorna nyitásához. A G-fehérje kapcsolt receptorok a G-fehérjék aktiválásán keresztül másodlagos hírvivő molekulák (cAMP, IP₃ és DAG) keletkezését indítják be, ami enzimek és gének aktivitásának változásához vezet. Egyes receptorok (pl. citokin receptorok, eritropoetin, interferonok, interleukinek receptorai, Fc receptorok) tirozin-kináz enzimekhez kapcsoltan működnek. A proteolízisen keresztül szabályozó receptorok (pl. tumor nekrózis faktor receptorok) aktiválása proteolitikus folyamatot indítanak el. A feszültségfüggő ioncsatornák a IV. fejezetben kerülnek bemutatásra.

2.1.1Ligandum-aktivált ioncsatornák (ionotróp receptorok)

Az ionok extracelluláris és intarcelluláris koncentrációja több alapvető celluláris funkció kritikus meghatározója. Ezért az ioncsatárnák fiziológiás működése alapvető fontosságú. Az ioncsatornák működésének gátlása és aktiválása egyaránt lehetséges. Az elsődleges inger alapján történő csoportosítás szerint megkülönböztethetők

feszültségfüggő ioncsatornák, és

ligandum-aktivált ioncsatornák.

A ligandum-aktivált ioncsatornák más néven receptor ioncsatornák, vagy ioncsatorna-(ionotróp)receptorok leggyakrabban az idegrendszerben és kontraktilis sejtekben (sima/harántcsíkolt/szívizom) fordulnak elő. A ligandummal történő kölcsönhatás eredményeképpen az ioncsatorna receptorok kinyílnak és az extra- és intracelluláris ionkoncentráció grádiens következtében nátrium-, kálium-, kalcium- vagy kloridionok áramlanak át az ioncsatornán keresztül (II-3. ábra). A gyors ionáramlás eredményeképpen az ioncsatorna receptorok gyors információ/ingerületátvitelt eredményeznek. A feszültségfüggő ioncsatornák a IV. fejezetben kerülnek bemutatásra.

II-. ábra: A receptor ioncsatornák egyszerűsített szerkezete.

Az ioncsatorna receptorokat szerkezetük és működésük mechanizmusa alapján 3 csoportba soroljuk:

I.) Cisz-hurok receptor ioncsatornák.

Nevüket két cisztein egység diszulfid-híd képződése révén kialakított hurokról kapták. Általában pentamer szerkezetű fehérjék, mindegyik alegységük 4 transzmembrán régiót tartalmaz. A cisz-hurok ioncsatorna receptorokat az ioncsatornán áteresztett ionok töltése, illetve a csatornát aktiváló endogén ligandum kémiai struktúrája alapján csoportosíthatjuk.

1. Anion-típusú cisz-hurok receptor ioncsatornák

a.) GABA_A (kloridion) receptorok,

b.) glicin (kloridion) receptorok.

Gátló szerepet töltenek be a központi idegrendszerben.

2. Kation-típusú cisz-hurok receptor ioncsatornák

a.) acetilkolin nikotinos (nAChR) (nátrium-, kálium- és kalciumion) receptor

b.) szerotonin (5-HT₃) (nátrium-, kálium- és kalciumion) receptorok.

Serkentő szerepet töltenek be a központi idegrendszerben.

II.) Glutamát-aktivált receptor ioncsatornák.

A glutamátreceptorok közös jellemzője, hogy 4 alegységből felépülő heterotetramer szerkezetű fehérjék. Az egyes alegységek 4 membránba (M1-4) ágyazott régiót tartalmaznak. Mindegyik receptor aktiválható glutamáttal, de számos egyéb vegyület létezik, melyek csak adott szerkezetű és felépítésű glutamátreceptorokhoz kötődnek. Ezek alapján 3 receptor alcsalád különíthető el.

1. AMPA (α-amino-3-hidroxi-5-metilizoxazol-4-propionsav)-aktivált (GluA) receptorok

2. Kainát(KA)-aktivált (GluK) receptorok

3. NMDA (N-metil-D-aszpartát)-aktivált (GluN) receptorok.

A receptorok Na⁺-, K⁺- és Ca²⁺-ionok számára átjárhatók. A Ca²⁺-ionokra elsősorban az NMDA receptorok permeabilisek, az AMPA és a kainát receptorok esetében a Ca²⁺-ion permeabilitás általánosan nem jellemző, csak bizonyos esetekben figyelhető meg. Serkentő szerepet töltenek be a központ idegrendszerben.

III. ATP-aktivált receptor ioncsatornák.

Az ATP-aktivált receptorok három homológ alegységből állnak, minden alegység két transzmembrán régiót tartalmaz. A receptorok ioncsatornája ATP kötődése eredményeképpen aktiválódik. E csoportba sorolhatók a purinerg receptorok P_2X alcsaládja. A receptorok Na⁺-, Mg²⁺- és Ca²⁺-ionok számára átjárhatók.

A legfontosabb receptor ioncsatornákat a II-1. táblázat mutatja be.
II- táblázat: Fontosabb ioncsatorna-receptorok.

Receptor	Fiziológiás agonista	Ioncsatorna	Antagonista*
Nikotin	Acetilkolin	Na^+, K^+, Ca^2+	Tubokurarin
GABAA	gamma-Aminovajsav	Cl^-, HCO3^-	Bicucullin
Glicin	Glicin	Cl^-, HCO3^-	Sztrichnin
Szerotonin (5-HT3)	Szerotonin	Na^+, K^+, Ca^2+	Granizetron
AMPA, Kainát	Glutaminsav	Na^+, K^+, Ca^2+	CNQX, DNQX
NMDA	Glutaminsav	Na^+, K^+, Ca^2+	AP5, AP7
P2X	ATP	Na^+, Mg^2+, Ca^2+	Szuramin

*Nem teljes felsorolás

A ligandum-aktivált ioncsatornák egy másik csoportját képezik az intracelleuláris ioncsatornák, melyek másodlagos hírvivőkkel történő kapcsolódást követően aktiválódnak. Ide tartoznak

a) a ciklikus nukleotid-aktivált receptor ioncsatornák (nemszelektív kationcsatornák),

b) az inozitol-trifoszfát (IP₃) receptor ioncsatorna (kalciumion csatorna), valamint

c) a rianodin receptor ioncsatorna (kalciumion csatorna).
A receptor ioncsatornákon ható szerek között számos a központi idegrendszer GABA_A receptorain ható gyógyszermolekulát találunk, melyek közül legfontosabbak a barbiturátok és a benzodiazepinek.

A GABA_A receptoron ható barbiturátok a receptor barbiturát specifikus kötőhelyéhez kapcsolódva – megnövelve a csatorna nyitott állapotának idejét - fokozzák a gamma-aminovajsav (GABA) által kiváltott kloridion áramot, tartósan hiperpolarizálva a membránt és ezáltal csökkentve a neuronok ingerelhetőségét. Nagyobb koncentrációban gátló hatást fejtenek ki a glutamát-aktivált AMPA-receptorokra is.

A benzodiazepinek ún. alloszterikus moduláció útján fejtik ki hatásukat: specifikus kötőhelyükhöz történő kapcsolódásuk eredményeképpen megnövelik a receptor érzékenységét a GABA iránt. Az eredmény a kloridion-csatorna nyitási frekvenciájának megnövekedése. (Különbség a barbiturátok hatásmódjától.)

2.1.2Saját enzimaktivitás nélküli receptorok (metabotróp receptorok)

Mivel gyógyszerkincsünk jelentős hányada G-fehérjéhez kapcsolt receptorokon fejti ki hatását, ezért e tananyag keretében a saját enzimaktivitással nem rendelkező sejtfelszíni receptorok közül csak a G-fehérjéhez kapcsolt receptorok kerülnek bemutatásra. A tirozin-kinázhoz kapcsolt receptorok és a proteolízisen keresztül szabályozó receptorok szerkezetéről, működéséről és szabályozásáról számos jó összefoglaló mutatja be.

2.1.2.1G-fehérjéhez kapcsolt receptorok

A G-fehérjéhez kapcsolt receptorok (GFKR) szupercsaládjába nagyszámú receptor tartozik, és az emberi genom egyik legnagyobb (a kódolt fehérjék kb. 3 %-a) családját alkotják. E receptorok mind a belső környezetből (hormonok, neurotranszmitterek), mind a külső térből érkező információ (fény, szagok, ízek) közvetítésében részt vesznek. E receptorcsaládba 300-nál is több receptor tartozik, így a ma használt gyógyszerek közel 50%-a is GFKR-en keresztül hat. A receptorok nem rendelkeznek intracelluláris effektor funkcióval, ligandumjuk kötésének következtében az adott receptorra jellemző sejten belüli jelpályák indulnak be, melyek kiváltják a sejtválaszt.

A G-fehérjékhez kapcsolt receptorok hét transzmembrán régióval, valamint extra- és intracelluláris hurokrendszerrel rendelkeznek, és monomer vagy oligomer formát is ölthetnek. A receptorokhoz kötődő vegyületek biológiai hatásának kialalkulásában alapvető fontosságú G-fehérjék ugyancsak a membránba ágyazódnak, de a receptorral ellentétben mobilisak, és kapcsolatot tudnak létesíteni a receptor és az effektor molekulák között. Ez utóbbiak lehetnek (a) intracelluláris ioncsatornák (mint pl. káliumion-csatorna, feszültségfüggő kalciumion-csatornák), vagy (b) sejten belüli jelátvivő enzimek (mint pl. az adenilát-cikláz, guanilát-cikláz vagy a foszfolipáz-C). A jelátvitel ezen második szintjét az effektor által felszabadított másodlagos messenger (hírvivő) molekulák szabályozzák. A G-fehérjék által aktivált legfontosabb hírvivő molekulákat (ionokat) és azok legfontosabb tulajdonságait a II-2. táblázat foglalja össze.

II- táblázat: A legfontosabb hírvivő molekulák (ionok) tulajdonságai.

Hírvivő molekula (ion)	Forrás	Intracelluláris cél-molekulák/sejtalkotók	Elimináció
Kalciumion	I. Plazma membrán: a.) feszültségfüggő kalcium-csatornák b.) ligandum-vezérelt kalcium-csatornák II. Endoplazmatikus retikulum: IP3 receptorok Rianodin receptorok	Kalmodulin Protein-kinázok Protein-foszfatázok Ioncsatornák További kalciumion-kötő fehérjék	I. Plazma membrán: 1. Na^+/Ca^2+-csere-transzport 2. Ca^2+-ATPáz II. Endoplazmatikus retikulum: Ca^2+-ATPáz III. Mitokondrium belső membrán: Ca^2+-uniporter
Ciklikus AMP (cAMP)	Adenilát-cikláz-ATP reakció	Protein kináz A Ciklikus nukleotid-vezérelt intracelluláris receptorok	cAMP-foszfodieszteráz
Ciklikus GMP (cGMP)	Guanilát-cikláz-ATP reakció	Protein kináz G Ciklikus nukleotid-vezérelt intracelluláris receptorok	cAMP- foszfodieszteráz
Inozitol-trifoszfát (IP3)	Foszfolipáz C-PIP2 reakció	Inozitol-trifoszfát (IP3) receptorok (endoplazmatikus retikulumon)	Foszfatázok
Diacil-glicerin (DAG)	Foszfolipáz C-PIP2 reakció	Protein kináz C	Számos enzim

Megjegyzés: PIP₂: foszfatidil-inozitol-biszfoszfát
A táblázatban szereplő molekulák mellett megemlítendő a nitrogén monoxid (NO), (mint intracelluláris jelátviteli molekula) ami a nitrogén monoxid szintáz által L-argininből szintetizálódik. A simaizom sejtekben a NO a guanilát-ciklázt aktiválja, ami a GTP-t cGMP-vé alakítja. A cGMP a protein-kináz G-t - egy szerin/treonin-kinázt - aktivál. A kináz részt vesz a simaizom relaxációjában, a trombocita funkció szabályozásában, a spermium sejtek anyagcseréjében, a sejtosztódásban és a nukleinsav szintézisben.
A G-fehérjék a receptor intracelluláris IL2 és IL3 részeihez kötődnek. A trimer G-fehérjék α-, β- és γ alegységekből álló komplexek. Inaktív formában a G-fehérje α alegysége GDP-t köt. Ligand kötés hatására a GDP GTP-re cserélődik, ami egy aktív formát eredményez. Az aktív G_α disszociál a komplexről és effektor fehérjékhez asszociálódik. Végül a GTP-t a G_α hidrolizálja és az inaktív G_α újból asszociálódik a G_βγ-7-TM receptor komplexhez. A G_γ alegység C-terminális izoprenil lánccal rendelkezik, ami az alegységet a plazma membránhoz horgonyozza (II-4. ábra). Ha a jeltovábbítás a G_-alegység révén történik, a jeltovábbításban ioncsatorna-moduláció (kalcium- és kálium-ioncsatornák) játszik szerepet.

II-. ábra: A G-fehérjéhez kapcsolt receptorok aktiválásának modellje.


Szerkezetük és funkciójuk alapján hét különböző Gα alegységet különítünk el II-3. táblázat).

II- táblázat: A G-fehérjék osztályozása -alegységeik alapján.

G-fehérje -alegység	Előfordulás	Funkció
Gs	minden szövet	Adenilát-cikláz aktiválás Kalciumion-csatorna aktiválás
Gs(olf)	szaglóideg	Adenilát-cikláz aktiválás
Gi	csaknem minden szövet	Adenilát-cikláz gátlás Káliumion-csatorna aktiválás
Gt	retina	cGMP-foszfodieszteráz (transzducin) aktiválás
Go	agy	Kalciumion-csatorna gátlás
Gq	csaknem minden szövet	Foszfolipáz C aktiválás
G12/13	minden szövet	Monomer („kis”) G-fehérjék aktiválása

A legfontosabb, transzmitterekkel aktivált G-fehérjékkel kapcsolt receptorokat, valamint gyógyszerként alkalmazott agonistáit és/vagy antagonistáit a II-4. táblázat foglalja össze.

II- táblázat: Transzmitterekkel aktivált G-fehérjékkel kapcsolt receptorok jellemzése.

Receptor	Fiziológiás agonista	Nem-fiziológiás agonista*	Antagonista*
Ópiát (mu, kappa, delta)	enkefalinok	Morfin	Naloxon, Naltrexon
Dopamin (D1-D5)	dopamin	Apomorfin (D2-D5) Brómkriptin (D2) Pergolid (D2-D4)	Klórpromazin (D2) Levopromazin (D2) Szulpirid (D2/D3) Tiaprid (D2/D3)
Szerotonin (5-HT1-5-HT7	szerotonin (5-HT)	Ergotamin (5-HT1B), Meszkalin (5-HT2A), Tradozon (5-HT2C), 5-Metoxi- triptamin (5-HT7)	Klozapin, Riszperidon, Mianszerin (5-HT2A), Amitriptilin, Klozapin, Fluoxetin (5-HT2C), Amitriptilin, Klozapin, Imipramin (5-HT7)
Muszkarin	acetilkolin	Pilokarpin	Trihexifenidil, Metixén, Atropin, Homatropin, Ciklopentolát, Prociklidin
Adrenerg (alfa)	noradrenalin, adrenalin	Fenilefrin, Klonidin, Guanfacin,	Fentolamin, Ergotamin, Prazozin, Teratozin, Doxazozin
Adrenerg (alfa+béta)	noradrenalin, adrenalin	Izoprenalin, Dobutamin, Efedrin
Adrenerg (béta)	noradrenalin adrenalin	Szalbutamol, Terbutalin, Fenoterol,	Oxprenolol, Propranolol, Pindolol, Atenolol, Betaxolol
GABAB	GABA	Baklofén	Szaklofén
Glutamát (NMDA)	Glutaminsav	N-metil-D-aszpartát (NMDA)	Amantadin
Hisztamin (H1)	hisztamin	2-Piridiletilamin	Difénhidramin, Dimetindén, Kloropiramin, Cetirizin, Prometazin, Loratidin, Terfenadin, Asztemizol
Hisztamin (H2)	hisztamin	5-Metilhisztamin	Cimetidin, Ranitidin, Famotidin
Angiotenzin-I	Angitenzin-II	Novokinin	Lozartán, Valzartán, Irbezartán

*Nem teljes felsorolás.

2.1.3Saját enzimaktivitással bíró receptorok

Saját enzimaktivitással bíró receptorok több alegységből álló transzmembrán fehérjék, melyek intracelluláris doménje saját (intrinsic) enzimatikus aktivitással rendelkezik. A ligandum-kötődés hatására konformáció változás jön létre a transzmembrán hélixben, ami az enzimatikus aktivitás kialakulásához és a jelátviteli kaszkád beindulásához vezet.
A saját enzimaktivitással bíró receptorok a következő csoportokba sorolhatók:

1. 
   Receptor tirozin-kinázok (RTK) (pl. EGF, VEGF, PDGF, inzulin és FGF receptorok)
   
2. 
   Receptor tirozin-foszfatázok (pl. leukocita common antigen (CD45))
   
3. 
   Receptor guanilát-ciklázok (pl. pitvari (atrialis) nátriumürítő faktor (ANF) receptorok)
   
4. 
   Receptor szerin/treonin-kinázok (pl. aktivin és TGF-β receptorok)
   

A saját enzimaktivitással rendelkező receptorok közül farmakológiai szempontból kiemelkedő jelentőségűek tirozin-kináz aktivitással rendelkező receptorok. E receptorok közé tartoznak bizonyos (a) hormonok, mint pl. az inzulin, (b) az immunrendszer jelátvivő anyagainak, a citokineknek (pl. interleukin-1-béta, TNF-alfa) a receptorai, valamint (c) az ún. növekedési faktorok (pl. EGF, VEGF, PDGF) receptorai. E két utóbbi receptorcsaládon ható újfajta gyógyszerek robbanásszerű fejlődést eredményeztek a gyógyszerfejlesztés egyes területein. Így megemlítendők

1. A daganatsejtekben túlexpresszált, tirozin-kináz aktivitással bíró epidermális növekedési faktor (EGF) aktivitását gátló (kismolekulájú) imatinib; valamint

2. A daganatsejtekben túlexpresszálódó EGF, valamint vaszkuláris endothel növekedési faktor (VEGF) aktiválódásának gátlása ún. monoklonális ellenanyagokkal. Előbbi (EGF) esetén a rituximab, és a cetuximab, utóbbi (VEGF) esetén a bevacizumab a megemlíthető példa.

A fenti gyógyszerek (receptor tirozin-kináz gátlók és monoklonális ellenanyagok) a tirozin-kináz receptorokhoz kapcsolódó jelátviteli utak befolyásolásával eredményesen tudják megakadályozni az autoimmun betegségekben kórosan fokozott gyulladáskeltő citokinek termelődését, illetve egyes rosszindulatú daganatok növekedését.