核医学第8章-受体的放射性配基结合分析.ppt
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1、第八章 受体的放射性配基结合分析radioligand binding assay,RBA受受体体:细细胞胞表表面面或或亚亚细细胞胞组组分分中中的的一一种种分分子子,可可以以识识别别并并特特异异地地与与有有生生物物活活性性的的化化学学信信号号物物质质(配配体体)结结合合,从从而而激激活活或或启启动动一一系系列列生生化化反反应应,最最后后导致该信号物质特定的生物效应。导致该信号物质特定的生物效应。迄迄今今为为止止,所所有有已已发发现现的的受受体体都都是是具具有有特特定定氨氨基基酸酸序序列列和和特特定定构构型型的的蛋蛋白白质质。每每一一种种受受体体在在细细胞胞上都有特定的宏观分布和微观分布。上都有
2、特定的宏观分布和微观分布。1.1.概概 论论 一、受体功能一、受体功能1.1.识识别别特特异异的的信信号号物物质质-配配基基,识识别别的的表表现现在在于于两者的特异结合。两者的特异结合。2.2.把把识识别别和和接接受受的的信信号号准准确确无无误误的的放放大大并并传传递递到到细细胞胞内内部部,同同时时启启动动一一系系列列胞胞内内生生化化反反应应,最最后后导导致致特特定定的的细细胞胞反反应应,使使得得胞胞外外信信号号转转换换为为胞内信号。胞内信号。受体接受细胞外的特定信号受体接受细胞外的特定信号 (神经递质、激神经递质、激素、某些药物和毒物等,称为素、某些药物和毒物等,称为配基,配基,ligand
3、ligand),通,通过受体后特定的信号传递系统,引起细胞特定的过受体后特定的信号传递系统,引起细胞特定的生物效应,因此是高等动物适应环境、协调整体生物效应,因此是高等动物适应环境、协调整体各种细胞功能的关键性分子。各种细胞功能的关键性分子。受体及其信号传递系统参与了体内多种生理、受体及其信号传递系统参与了体内多种生理、病理过程,例如肿瘤的生成、免疫应答、补体激病理过程,例如肿瘤的生成、免疫应答、补体激活等。活等。根据在细胞中的定位,把所有的受体分为根据在细胞中的定位,把所有的受体分为:1.膜受体膜受体2.核受体核受体 二、受体的分类:1 1、膜受体:、膜受体:膜受体的分子一般由几条到几十条氨
4、基酸链膜受体的分子一般由几条到几十条氨基酸链组成组成胞膜外胞膜外、胞膜内胞膜内及及跨膜区跨膜区三部分。三部分。配基从细胞的外侧与受体的胞外部分或跨膜配基从细胞的外侧与受体的胞外部分或跨膜部分上特定的结合位点结合,使受体分子发部分上特定的结合位点结合,使受体分子发生构型变化,通过膜内部分将信息传给相应生构型变化,通过膜内部分将信息传给相应的信息传递机制,引起细胞功能变化。的信息传递机制,引起细胞功能变化。根据膜受体的跨膜结构又可以分为:根据膜受体的跨膜结构又可以分为:a)单链跨膜受体:包括单链跨膜受体:包括酪氨酸激酶型受体酪氨酸激酶型受体,如各,如各种生长因子受体;种生长因子受体;非激酶型受体非
5、激酶型受体,如细胞因子受,如细胞因子受体。体。b)G蛋白偶联受体:受体的氨基酸链蛋白偶联受体:受体的氨基酸链7次跨越细胞次跨越细胞膜,在人体内分布很广泛。膜,在人体内分布很广泛。c)离子通道型受体:受体的几个组成亚单位竖插离子通道型受体:受体的几个组成亚单位竖插入膜,中央形成空隙即为离子通道,如入膜,中央形成空隙即为离子通道,如N-胆碱能胆碱能受体、甘氨酸受体等。受体、甘氨酸受体等。2 2、核受体:、核受体:为一条氨基酸链,可分为四个功能区:为一条氨基酸链,可分为四个功能区:A/BA/B区区:在不同受体中差异最大,主要功能是在不同受体中差异最大,主要功能是选择和激活基因转录。选择和激活基因转录
6、。C C区区:与染色体与染色体DNADNA结合的区域,上面有一定的结合的区域,上面有一定的氨基酸序列,能和靶基因上一定的核苷酸序氨基酸序列,能和靶基因上一定的核苷酸序列列 (称作反应原件称作反应原件,response element),response element)相相结合。结合。D D区区:主要作用是受体在核内的定位。主要作用是受体在核内的定位。E E区区:与配基结合的区,并有转录激活作用。与配基结合的区,并有转录激活作用。受体的亚型受体的亚型受体亚型:在分子结构上既有相似之处,又存在受体亚型:在分子结构上既有相似之处,又存在一定的差别,对一定的配基具有不同的亲和力,一定的差别,对一定的
7、配基具有不同的亲和力,在生物学上具有不同的效应。在生物学上具有不同的效应。在药理实验等研究中发现,许多受体存在着两种在药理实验等研究中发现,许多受体存在着两种或两种以上的亚型。只有内源性配基相同而氨基或两种以上的亚型。只有内源性配基相同而氨基酸序列同源性很高的受体才可列为同一型的不同酸序列同源性很高的受体才可列为同一型的不同亚型。亚型。例如表皮生长因子受体家族就包括表皮生长因子、例如表皮生长因子受体家族就包括表皮生长因子、HER2、HER3、HER4等四个成员。等四个成员。受体数量:受体数量:占细胞蛋白总量十万之一到百占细胞蛋白总量十万之一到百万分之一(一个细胞上仅有数千个受体分万分之一(一个
8、细胞上仅有数千个受体分子),一般方法难以分离和测定受体分子。子),一般方法难以分离和测定受体分子。配体:配体:是指能和受体结合并引起相关效应的是指能和受体结合并引起相关效应的化合物。除了与受体结合外本身并无其他功化合物。除了与受体结合外本身并无其他功能,它不能参加代谢产生有用产物,也不直能,它不能参加代谢产生有用产物,也不直接诱导任何细胞活性,更无酶的特点,它唯接诱导任何细胞活性,更无酶的特点,它唯一的功能就是一的功能就是通知细胞在环境中存在一种特通知细胞在环境中存在一种特殊信号或刺激因素殊信号或刺激因素。三、受体与配体的结合三、受体与配体的结合配体与受体的结合是一种分子识别过程,它靠配体与受
9、体的结合是一种分子识别过程,它靠氢键、氢键、离子键与范德华力离子键与范德华力的作用,随着两种分子空间结构互的作用,随着两种分子空间结构互补程度增加,相互作用基团之间距离就会缩短,作用补程度增加,相互作用基团之间距离就会缩短,作用力就会大大增加,因此力就会大大增加,因此分子空间结构的互补性是特异分子空间结构的互补性是特异结合的主要因素结合的主要因素。同同一一配配体体可可能能有有两两种种或或两两种种以以上上的的不不同同受受体体,例例如如乙乙酰酰胆胆碱碱有有烟烟碱碱型型和和毒毒蕈蕈型型两两种种受受体体。同同一一配配体体与与不不同同类类型型受受体体结结合合会会产产生生不不同同的的细细胞胞反反应应,如如
10、AchAch可可以以使骨骼肌兴奋,但对心肌则是抑制的。使骨骼肌兴奋,但对心肌则是抑制的。配体可以是神经递质、激素、某些药物等。配体可以是神经递质、激素、某些药物等。四、受体与配基结合的特性1 1、可饱和性、可饱和性(saturabilitysaturability):每种受体在一个细胞上的量有一定限度,所以如每种受体在一个细胞上的量有一定限度,所以如果不断增加细胞周围配基的浓度,结合到细胞上果不断增加细胞周围配基的浓度,结合到细胞上的配基将渐趋饱和。的配基将渐趋饱和。2 2、可逆性:、可逆性:如果在放射配基与受体结合后将受体周围多余如果在放射配基与受体结合后将受体周围多余的放射配基移去的放射配
11、基移去(例如淋洗或透析例如淋洗或透析),则放射配基,则放射配基与受体的复合物会逐步解离,亦即这种结合是可与受体的复合物会逐步解离,亦即这种结合是可逆反应。逆反应。如果向反应系统中加入大量非标记配基,使其如果向反应系统中加入大量非标记配基,使其浓度远高于放射配基,则将取代大部分原已结合浓度远高于放射配基,则将取代大部分原已结合的放射配基,使放射性复合物减少的放射配基,使放射性复合物减少,也说明配基也说明配基与受体的结合是可逆的。与受体的结合是可逆的。解离后的配基是原形,不起代谢变化。解离后的配基是原形,不起代谢变化。3 3、特异性和亲和性:、特异性和亲和性:受受体体的的特特异异性性:受受体体具具
12、有有特特异异识识别别配配基基的的性性能能,因因此此只只有有严严格格构构型型和和构构象象的的配配基基分分子子才才能能选选择择性性地地与受体结合。与受体结合。受受体体的的特特异异性性还还表表现现在在器器官官或或组组织织(靶靶器器官官)的的专专一一性性上上,如如雌雌激激素素对对子子宫宫等等器器官官有有兴兴奋奋作作用用,这这是是因因为为这这些些器器官官上上雌雌激激素素受受体体的的数数量量明明显显高高于于其其它它器官。器官。受受体体的的亲亲和和性性是是指指受受体体和和配配基基的的结结合合能能力力,受受体体亲和性高就说明受体和配基结合牢固,不容易解离。亲和性高就说明受体和配基结合牢固,不容易解离。4 4、
13、与效应的一致性:、与效应的一致性:受受体体的的主主要要功功能能是是介介导导配配体体的的生生物物效效应应,如如果果一一种种蛋蛋白白能能与与某某种种物物质质结结合合而而不不介介导导特特定定的的生生物物效应,那么这种蛋白不能称之为受体。效应,那么这种蛋白不能称之为受体。配配体体与与受受体体结结合合后后,引引起起阳阳性性生生理理效效应应,称称为为激动剂激动剂。配配体体与与受受体体结结合合后后,阻阻断断内内源源性性配配基基的的阳阳性性生生理作用,称为理作用,称为拮抗剂或阻断剂拮抗剂或阻断剂。五、受体的生理调节 正正常常生生理理状状态态下下的的受受体体处处在在一一个个不不断断合合成成与与降降解解的的动动态
14、态平平衡衡中中,但但其其数数量量和和亲亲和和性性也也会会因因疾疾病病、药物作用而发生变化。药物作用而发生变化。1、向下调节、向下调节(down-regulation)细细胞胞所所处处环环境境中中某某种种激激动动剂剂浓浓度度增增高高或或长长期期作作用用,结结果果使使其其相相应应受受体体的的数数量量减减少少,并并出出现现受受体体对此物质的敏感性下降或耐受性增高等现象。对此物质的敏感性下降或耐受性增高等现象。如如哮哮喘喘病病人人长长期期服服用用-激激动动剂剂产产生生耐耐受受性性增增高高,即药效减弱。即药效减弱。2、向上调节、向上调节(up-regulation)细细胞胞所所处处环环境境中中某某种种拮
15、拮抗抗剂剂的的浓浓度度过过高高或或长长期期作作用用,结结果果会会使使受受体体数数量量增增高高,出出现现受受体体敏敏感感性性增高,表现为增敏或撤药后反跳现象。增高,表现为增敏或撤药后反跳现象。如如高高血血压压病病人人长长期期服服用用心心得得安安,若若突突然然停停药药,可出现血压升高的反跳现象。可出现血压升高的反跳现象。由由于于受受体体在在整整体体条条件件下下,随随机机体体状状态态变变化化,会会出出现现生生理理调调节节,因因此此对对受受体体数数量量和和亲亲和和性性测测定定就就成为研究病理变化和评价药效的重要内容。成为研究病理变化和评价药效的重要内容。六、受体与疾病 遗传缺陷与免疫异常遗传缺陷与免疫
16、异常为受体性疾病的常见原因为受体性疾病的常见原因 1 1、基基因因突突变变致致使使受受体体异异常常,引引发发功功能能障障碍碍,绝绝大大多多数数是是功功能能降降低低或或完完全全丧丧失失,有有家家族族史史,病病情情严严重重。如如睾睾酮酮受受体体基基因因突突变变致致该该受受体体缺缺陷引起睾丸完全雌性化病。陷引起睾丸完全雌性化病。2 2、机机体体对对受受体体产产生生自自身身抗抗体体,激激动动(如如GravesGraves综综合合症症患患者者产产生生TSHTSH受受体体抗抗体体,直直接接持持续续激激动动甲甲状状腺腺TSHTSH受受体体)或或阻阻断断(如如重重症症肌肌无无力力患患者产生者产生N-AchN-
17、Ach受体抗体,占领但不激动受体)受体。受体抗体,占领但不激动受体)受体。3 3、某某些些病病有有受受体体异异常常,非非原原始始发发病病环环节节,为为发发病病重重要要环环节节,采采取取针针对对措措施施可可控控制制病病情情。甲甲亢亢用用肾肾上上腺腺素素阻阻断断剂剂,哮哮喘喘用用肾肾上上腺腺素素激动剂。激动剂。4 4、受受体体与与肿肿瘤瘤:某某些些受受体体基基因因可可突突变变成成为为癌癌基基因因,引引发发肿肿瘤瘤;激激素素受体在肿瘤中存在与否决定治疗方案(乳腺癌,白血病)。受体在肿瘤中存在与否决定治疗方案(乳腺癌,白血病)。2.受体-配基结合反应的基本原理 RBA(radioligand bind
18、ing assay)的的基基本本原原理理与与IRMA基基本本相相同同,应应用用放放射射性性标标记记配配体体,在在一一定定条条件件下下与与受受体体(R)结结合合成成配配体体与与受受体体复复合合物物(R*L),分分离离并并测测定定R*L的的放放射射性性,然然后后经经数数据据处处理理,对对受受体体的的性性质质进进行行定定性性和和定定量的分析。量的分析。1.定性定性RBA:是通过反应的量效关系的变化来判断:是通过反应的量效关系的变化来判断受体的类型,单位点或多位点结合式,及受体与受体的类型,单位点或多位点结合式,及受体与配体结合的特点,反应的可逆性、协作性等。配体结合的特点,反应的可逆性、协作性等。2
19、.定量定量RBA:是在已知配体与受体反应性质的基础:是在已知配体与受体反应性质的基础上,通过结合反应,给出一定量的组织或细胞中上,通过结合反应,给出一定量的组织或细胞中能与该放射性配体结合的受体数及结合的平衡解能与该放射性配体结合的受体数及结合的平衡解离常数或结合位点数(最大结合容量)。离常数或结合位点数(最大结合容量)。RBA的优点:的优点:1.高灵敏度:高比活度的配基和高亲和力的受体反高灵敏度:高比活度的配基和高亲和力的受体反应必然会产生高灵敏度的分析技术。应必然会产生高灵敏度的分析技术。RBA的灵敏的灵敏度可以达到度可以达到10-15mol/l;2.特异性强:受体和配基的结合特异性和专一
20、性保特异性强:受体和配基的结合特异性和专一性保证了方法的特异性证了方法的特异性;3.受体制剂的多样性:同一组织或细胞上有多种受受体制剂的多样性:同一组织或细胞上有多种受体,因此某种组织或细胞制剂可以用多种配基做体,因此某种组织或细胞制剂可以用多种配基做受体分析;受体分析;4.动物受体和人的受体存在相容性,在动物上获得动物受体和人的受体存在相容性,在动物上获得的知识,多数可以用于人类。的知识,多数可以用于人类。(一一)简单单点系统受体与配基相互结合的简单单点系统受体与配基相互结合的基本规律基本规律 简简单单单单位位点点系系统统:对对某某种种受受体体而而言言,其其所所有有的的受受体体具具有有完完全
21、全相相同同的的结结合合特特异异性性和和生生理理效效应应,且且所所有有受受体体都都只只有有一一个个结结合合位位点点,以以1 1:1 1的的关关系系与与配配基基结合,不表现明显的正负协同效应。结合,不表现明显的正负协同效应。有有时时,一一个个受受体体系系统统中中存存在在两两(多多)种种亚亚型型,但但结结合合的的配配基基无无选选择择性性,尽尽管管亚亚型型的的生生物物效效应应可可能能不不全全相相同同,结结合合反反应应却却表表现现出出完完全全相相同同的的特特征征,这这时时,也可作为单位点系统来看待。也可作为单位点系统来看待。将上式展开重排,得到将上式展开重排,得到可可以以看看出出,RL(RL(复复合合物
22、物浓浓度度)和和LT(LT(配配基基总总浓浓度度)并非线性关系,而是曲线关系。并非线性关系,而是曲线关系。对对一一定定数数量量(RT(RT(受受体体总总浓浓度度)固固定定)和和一一定定亲亲和和力力(KD(KD固固定定)的的受受体体来来说说,配配基基浓浓度度从从零零开开始始上上升升时时,复复合合物物浓浓度度先先是是上上升升很很快快,以以后后逐逐渐渐变变慢慢,最最后后绝绝大大多多数数受受体体都都变变为为复复合合物物,也也就就是是受受体体被被饱饱和和了了。这这就就是饱和曲线。是饱和曲线。曲线的高度曲线的高度主要反映受体的数主要反映受体的数量多少,受体越多,曲线高度量多少,受体越多,曲线高度越高;越高
23、;曲线上升的快慢曲线上升的快慢取决于配基与受取决于配基与受体的亲和力,所以,体的亲和力,所以,KDKD越小越小(亲和亲和力越大力越大),饱和曲线上升越快,饱和曲线上升越快,KDKD越大越大(亲和力越小亲和力越小),饱和曲线上,饱和曲线上升越慢。升越慢。(二二)Scatchard作作图图:将将改写成改写成在绘制饱和曲线时,以复合物浓度在绘制饱和曲线时,以复合物浓度RL为横为横坐标,以复合物和游离配基的浓度比值坐标,以复合物和游离配基的浓度比值RL/L 为纵坐标,则对简单单位点系统来为纵坐标,则对简单单位点系统来说,将得到一条逐渐下降的直线。说,将得到一条逐渐下降的直线。Scatchard作图作图
24、目前,目前,Scatchard作图主要用于定性,即判断是否简单单作图主要用于定性,即判断是否简单单位点,还是有其它复杂情况。例如同一系统中同一种受体位点,还是有其它复杂情况。例如同一系统中同一种受体有两种以上亲和力的亚型,或者受体有正协同或负协同作有两种以上亲和力的亚型,或者受体有正协同或负协同作用用(Scatchard作图呈曲线作图呈曲线)(三)正负协同作用(三)正负协同作用 当当一一部部分分受受体体与与配配基基结结合合后后使使相相邻邻的的受受体体的的亲亲和和力力发发生生改改变变,倘倘若若亲亲和和力力逐逐步步下下降降,称称之之为为负负协协同同作作用用如如曲曲线线(2)(2),亲亲和和力力逐逐
25、步步增增大大,称称之之为为正正协协同同作作用用如如曲线曲线(3)(3)。负协同正协同(四)非特异(四)非特异结结合(合(non-specific binding,NSB)上上述述饱饱和和曲曲线线是是受受体体与与配配基基的的特特异异结结合合形形成成的的。这这种种结结合合的的特特点点是是低低容容量量和和高高亲亲和和力力,所所以以容容易易饱饱和和。但但是是,任任何何受受体体标标本本除除特特异异结结合合外外,还还会会有有一一部部分分非非特特异异结结合合,当当分分离离特特异异结结合合的的复复合合物物测测量量放放射射性性时时,这这部部分分非非特特异异结结合合的的放放射射性性混混在在一一起起,测测到到的的是
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