При рассмотрении кинетических закономерностей взаимодействия лиганд (лекарство) — рецептор (J1-P) используется ряд специальных терминов.
Агонист — вещество, в результате взаимодействия которого с рецептором возникает ответ. Связывание агониста эффективно, и он обладает внутренней активностью. Агонистом может быть как эндогенный нейротрансмиттер или гормон, так и синтетическое БАВ. Если при взаимодействии с рецептором такое вещество вызывает максимальный эффект, его называют полным агонистом.
Частичный агонист — вещество, связывающееся с тем же рецептором, что и полный агонист, но, несмотря на адекватную дозу, в результате такого связывания возникает не максимально возможный ответ, как в случае полного агониста. Антагонист — ингибитор эффекта агониста, который в отсутствии агониста связывается с рецептором, но при этом не индуцирует ответа. Его связывание неэффективно, а внутренняя активность равна нулю. Он может занимать как те же места, с которыми связывается агонист, так и выступать в качестве аллостерического ингибитора. При аллостерическом ингибировании антагонист, связываясь с рецептором, нарушает его структуру, способную связываться с агонистом, т. е. изменяет аффинность рецептора.
Аффинность — аффинитет (сродство), способность лиганда, связываясь с рецептором, образовывать устойчивые комплексы JI-P. Она пропорциональна константе связывания Кд. Лиганды с низкой аффинностью вызывают эффект, аналогичный высокоаффинным при более высоких концентрациях. Антагонисты также характеризуются аффинностью. ЕД50 — характеризует количество вещества, которое необходимо для достижения полумаксимального эффекта или создания эффекта у 50% из участвующих в эксперименте животных. /С50 — ингибирующая концентрация антагониста, характеризующая его полумаксимальный эффект.
Впервые попытку описать кинетику взаимодействия ЛВ с рецептором, основываясь на данных фармакологического эксперимента (влияние ацетилхолина на мышечные клетки), предпринял A.J. Clark в 1926 г. [4, 5, 16]. Он отметил, что зависимость биологического ответа клетки от количества введенного вещества практически полностью соответствует зависимости максимальной скорости реакции от концентрации субстрата, наблюдаемой при изучении кинетики ферментативных процессов. A.J. Clark предположил, что взаимодействие Л-Р есть обратимая бимолекулярная реакция, в которой лекарство (D) и рецептор (R) аналогичны субстратам и ферментам. Полумаксимальный биологический эффект введенного ЛВ развивается при оккупации им 50% рецепторов. Эта теория получила название простой оккупационной теории. Однако, учитывая возможность связывания с рецепторами антагонистов, которые не вызывают ответа, EJ. Ariens (1954 г.) усовершенствовал концепцию, предложенную A.J. Clark, и создал сложную оккупационную теорию. Обобщенные положения, выдвинутые A.J. Clark и E.J. Ariens, носят в настоящее время название «классическая теория действия лекарств». Для математического описания взаимодействия Л-Р A.J. Clark использовал закон действия масс (ЗДМ): Тогда с использованием обозначений, принятых при записи урав нений 3.1 — 3.3, получаем зависимость: Следует отметить, что при проведении фармакологических экспериментов определяют кажущуюся константу диссоциации комплексов Л-Р (/Г), т. к. равновесная концентрация [D-R], как правило, неизвестна. Величина, обратная Кл (т. е. константа ассоциации), отражает аффинность лиганда к рецептору. Константу пропорциональности а из уравнения 3.4 E.J. Ariens назвал внутренней активностью [18], которая отражает величину эффекта относительно количества комплексов JI-P. Следовательно, для того, чтобы БАВ оказывало действие, оно должно обладать как сродством к рецептору, так и внутренней активностью, т. е. взаимодействовать с рецепторами эффективно. Исходя из уравнения 3.4, Кп равна ЕД5п. Чем больше величина константы диссоциации, тем меньше аффинность рецептора к лиганду [4, 7, 18]. Согласно уравнению 3.4, зависимость эффекта is от дозы J1B описывается гиперболой (изотерма сорбции Ленгмюра), соответствующей процессу насыщения (рис.3.6). Именно такой вид довольно часто имеют и экспериментальные кривые «доза-эффект». В координатах Скэтчарда тангенс угла наклона прямой, отражающей зависимость отношения [D — R]/[D] от [D — R], равен — 1/К. Сама же прямая пересекает ось абсцисс в точке, равной начальной концентрации рецепторов R0. График в двойных обратных координатах (1/[D — R], 1/[D]) (рис. 3.8, линия 1), отражающий взаимодействие агониста с рецептором, представляет собой прямую, которая пересекает ось ординат в точке 1/R0 = а ось абсцисс — в точке — 1/ЛГ.
Преобразование Лайнуивера—Берка используют для оценки конкуренции нескольких лигандов за связывание с одним и тем же рецептором. При конкурентном связывании число мест связывания не меняется, зато изменяется аффинность. Указанное приводит к тому, что в двойных обратных координатах точка пересечения графика (рис. 3.8, линия 2) с осью ординат остается постоянной, а точка пересечения с осью абсцисс изменяется. Соответствующие им графики представлены на рис 3.7 и 3.8. Все рассмотренные нами модели взаимодействия Л-Р (кроме линии 2 на рис. 3.8) относятся к случаю, когда с рецептором связывается один тип лигандов. Это условие может быть соблюдено только при исследованиях, проводимых in vitro. Однако in vivo в микроокружении рецепторов одного типа, как правило, присутствует достаточно большое количество различных лигандов, отличающихся по степени сродства и специфичности к данному типу мишеней. Признаком того, что взаимодействие Л-Р осуществляется по более сложной схеме, чем один лиганд — один рецептор, является отклонение экспериментально установленной зависимости доза ЛВ — эффект от изотермы сорбции Ленгмюра или от прямой линии в координатах Скэтчарда. Поэтому для определения модели ре- цепторного связывания используют отличные от описанных методы преобразования координат, например, преобразование Хилла 3.10. В координатах Хилла принято анализировать так называемые кооперативные взаимодействия Л-Р: Под кооперативностью понимают изменение сродства лиганда к рецептору при его частичной оккупации. Точка пересечения изотермы насыщения с осью абсцисс равна логарифму равновесной константы диссоциации комплекса Л-Р. Анализ более сложных моделей можно найти в изданиях [4, 7, 19]. В целом различают следующие виды взаимодействия нескольких лигандов с одним типом рецепторов [7]. изменению аффинности рецептора к лигандам другого вида; • с изменением аффинности, когда связывание одного или нескольких лигандов приводит к изменению сродства рецептора к остальным лигандам. 3. По наличию взаимодействия между лигандами: • без взаимодействия, когда концентрация двух и более видов лигандов в окружении одного типа рецепторов изменяется только за счет процессов Л-Р взаимодействия; • с взаимодействием, когда концентрация лигандов изменяется за счет протекания химической реакции между ними. Особое значение при взаимодействии нескольких лигандов с рецептором имеет случай, когда между лигандами наблюдается антагонизм. Он проявляется в различиях реализации биологических эффектов в ответ на связывание Л-Р.
Механизм действия антагонистов имеет разную природу. Так, различают: • химический антагонизм, проявляющийся в развитии химической реакции между агонистом и антагонистом. При этом концентрация агониста уменьшается, и, следовательно, снижается индуцируемый им эффект; • функциональный антагонизм, имеющий место на уровне передачи сигнала от рецептора в клетку. При этом агонист взаимодействует с одной системой проведения сигнала, стимулируя клеточную функцию, а антагонист взаимодействует с другой системой, угнетая эту функцию; • физический антагонизм, проявляющийся при развитии фармакологического ответа, например, когда действие одного препарата нивелируется за счет эффектов другого. При этом они взаимодействуют с различными органами и тканями (гипотетический случай совместного применения JIB сосудосуживающего и диуретического действия). С точки зрения кинетики формально-математическое описание взаимодействия агонистов и антагонистов с рецепторами в большинстве случаев идентично. Поэтому ряд исследователей рассматривает понятие антагонизма скорее как фармакологическое, а не как биокинетическое. В медицинской химии при поиске лигандов к рецепторам из числа так называемых малых органических молекул с целью создания на их основе новых JIC чрезвычайно актуальна проблема структурного подобия между агонистами и их конкурентными антагонистами. В целом дать однозначный ответ на вопрос о том, насколько должны быть структурно близки агонисты и антагонисты, невозможно. Составить представление о таком подобии можно на примере некоторых нейротрансмиттеров и их конкурентных антагонистов (рис. 3.10) [9]. Примером чрезвычайно близкого структурного родства могут служить молекулы агонистов и антагонистов опиоидных рецепторов (см. разд. 10). Однако если поместить в этот ряд эндогенные агонисты — эндорфины, имеющие пептидное соотношение.
Добавить комментарий