阿片受体的分子特性

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阿片系统的分子成分受体，肽和基因。从很早以前的研究中人们就知道阿片生物碱作用于神经系统。脑膜提取液中的高亲和力和饱和结合位点可以显示这些特异的阿片受体。纳洛酮是一种合成阿片类衍生物，可以拮抗吗啡活性并被视为经典的阿片拮抗剂。这样，所有能被纳洛酮逆转的生物活性都被认为是阿片类的特性。近代人们通过化学合成研制了一些新的具有阿片活性的生物碱，并从此发现了几种经典的阿片类受体，通过药理研究确定了3种主要的阿片受体亚型μ，δ和κ的分子结构，但由于含量极少、疏水性强，直到近20年后这些膜受体蛋白的分子特性才被研究清楚。

第一个用于分子水平分析的阿片受体是小鼠δ受体。其cDNA分离是阿片类研究的里程碑，开拓了基因变异途径在体及离体研究阿片系统的新方法。第一步是从分子水平鉴定阿片受体基因家族，包括μ、δ、κ、及ORL1受体。现在人类、啮齿类、两栖类和斑马鱼的阿片受体都已得到克隆，人和大鼠的4种基因在基因内外区都有高度同源性，提示可能来源于相同的祖先。

在20世纪70年代初，阿片结合位点的发现促进了对内源性价键的研究。蛋氨酸－和亮氨酸－脑啡肽，这两种关系紧密的五肽，第一次从脑中提纯并被测序。随后，更多肽类从神经组织、垂体和肾上腺中提取出来。这些肽有共同的N端序列－YGGFL/M，即吗啡的药效基团，并和吗啡的结构部分相同。编码这些肽的3种基因在20世纪80年代被成功克隆，它们能编码大的前体蛋白，前阿黑皮素原、前脑啡肽原和前强啡肽原。前阿黑皮素原形成最大的阿片肽，β-内啡肽以及无阿片活性的肽类；前脑啡肽原和前强啡肽原的前体分别形成多条脑啡肽和强啡肽。阿片肽家族的所有成员都能激动μ、δ和κ受体，具有高亲和力和受体选择性。内源性阿片肽的发现扩展了已知的阿片价键名单，大量脑啡肽衍生物的合成丰富了碱基阿片类系统，便于研究μ、δ和κ受体功能。

2.阿片受体的结构－活性阿片受体属于G－蛋白耦联受体超级家族（GPCRs），这个家族包含了人类基因组中的数百个成员。GPCRs含有7个由短环相连的疏水跨膜区，N端在细胞外，C端在细胞内。最近，第一个GPCR结构（牛视紫质）由X线结晶学揭开，现在视紫质的七螺旋结构已成为了研究GPCR三维模型的经典模板。其他的GPCRs如阿片受体结构可以根据视紫质的序列，通过计算机建模模拟出来。

μ、δ和κ受体高度同源，其中跨膜区和细胞内环最相近（86%～%），但细胞外环和N端、C端差别就相差较大。序列对比和基因突变实验帮助鉴定了具有特殊功能的受体区的结构。阿片受体的结构－活性关系将在下面列出。

（1）结合位点：GPCRs的结合位点在细胞内结构区（如凝血酶受体）或埋在七螺旋束中（小生物胺受体），根据价键的类型而不同。结合位点也可与细胞外和跨膜结构区重叠，例如阿片受体等肽类GPCRs。

阿片受体的细胞外环（e1，e2和e3）通过价键建立靠近结合位点的第一个连接，对μ/δ/κ受体的选择性很重要。对嵌合μ受体（包括δ、κ或血管紧张素Ⅱ受体区）的研究表明，e1和e3是μ受体亲和力的重要决定成分。在无功能和结合解救实验中δ受体中的e3被切割开，从而证明了e3是δ受体中最关键的亲和力决定位点。κ受体中e2的酸性氨基酸残基可能具有内啡肽亲和的特性，而e3也与识别小的非肽类κ－选择性复合物有关。总之，阿片受体的细胞外结构区具有锚定大的阿片价键和过滤阿片类进入结合位点的双重作用。

与细胞外区不同，跨膜（Tm）区结构保守，并在μ，δ和κ受体中形成的结合位点类似。三维电脑模型显示一个结合区穿过螺旋束的上半部分，并由两部分组成：一个跨越Tm3、4、5、6和7、由芳香基组成的大的疏水区，和一个跨越Tm3和7的亲水区域。氨基酸残基由定点突变法测定，对δ受体的研究表明Y（Tm3），W（Tm4），F（Tm5），W，I，I，H，W（Tm6）和L，I，Y（Tm7）构成了疏水区。Y（Tm3）和Y（Tm7）的羟基组和D（Tm3）的羧基组划定了结合位点的亲水区界限，且D被认作是所有阿片价键中质子化氨基的反离子。通过扫描Tm6半胱氨酸人们研究了3种受体的结合裂隙，螺旋的表面部分亲水，与结合区部分穿过螺旋束的推论一致。

（2）受体活化：一些定点突变实验给研究阿片受体活化的决定因素提供了线索。最让人感兴趣的是突变引起了受体的持续活化，即价键非依赖性活性。在δ受体中D（Tm3）被Q、A、K或H取代后可增加受体的自发活性。此外，YF突变体（Tm7）也是一个持续活化的突变体（CAM）的受体。三维建模显示D和Y间可能存在一个氢键，表明Tm3-Tm7螺旋可能与维持受体处于非活化状态有关。有趣的是，Tm4中的一个保守S突变可使经典拮抗剂特别是纳洛酮转变为μ，δ和κ受体激动剂，表明Tm4在活化过程中的重要作用。不过，这些定点突变研究对受体激动剂的结合位点仍然了解甚少。

在一项旨在研究受体活化全过程的随机突变实验中，0个δ受体突变体随机生成并通过基因调控报告检测观察它们的持续活性。30个CAM受体被分离出来，并发现在受体蛋白中遍布多个点突变，表明不少受体区域与受体活化有关。通过受体三维模型螺旋束和e3的突变分析，令人吃惊的是，活化的突变在空间成簇状分布，表明存在着通过受体蛋白的活化途径。从该实验可推断这样一个机制：阿片价键与e3结合，破坏了受体细胞面Tm6-Tm7的相互作用。Tm3-Tm6-Tm7通过亲水和疏水的强作用力紧密结合，两栖类激动剂进入结合区，破坏这种作用力从而激活受体。Tm3移向T4，而T6移向T7，从而各自分开。这种螺旋运动扩展到受体的细胞质面，破坏Tm6和Tm7之间的离子锁。随之产生的i3和C端结构改变有利于G蛋白的活化，然后肽链与i3而不是i2竞争，破坏δ受体耦联。随机突变实验中的很多突变残基都是μ、δ、κ受体以及其他GPCRs中的保守基团，表明该机制适用范围很广。

（3）信号转导：阿片受体与Go/Gi抑制蛋白耦联，且在转染细胞和正常组织中都有许多G蛋白效应器。阿片类抑制电压依赖钙通道或激活内向整流型钾通道，从而降低神经元兴奋性。阿片类还可以抑制cAMP通道并激活丝裂原活化蛋白（MAP）酶瀑布，两者均能影响细胞的转录活性和细胞质内生物过程。最近μ受体和胰岛素受体之间的交联被发现，扩展了阿片受体相关的信号瀑布途径。3种阿片受体的细胞内环具有高度同源性，它们的耦联特性也很相似，不过在异种表达系统中3种受体激活的Go/Gi比例可能有所不同。

细胞生理的最重要特性是受体信号转导的快速调控，激动剂介导的受体活化过程一般包括：细胞内受体被蛋白酶磷酸化，arrestin（一种抑制因子）与磷酸化区域结合，受体从G蛋白上解耦联，受体快速细胞内吞，受体循环或下调。这些都能导致受体信号转导脱敏。阿片受体的切断或点突变实验表明C端在所有信号调控中都具有重要作用。有结果表明磷酸化并不是内化的必备条件，或下调并不一定和脱敏相关。因此许多不同的分子机制都参与调节阿片受体活动，这些活动都包括了细胞内受体区域与特殊细胞质蛋白的相互作用。阿片受体C端的结构差异产生了不同的μ、δ和κ受体生理活动，尽管它们的结合和转导能力相似。比如，激动剂介导的内化后μ受体再循环到细胞表面，而δ受体被溶酶体降解，通过C端交换技术这两种不同的细胞过程可以被改变。

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