G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)家族的明星成員 β2腎上腺素受體(β2AR)
當人和動物感知到有害事件、攻擊或生存威脅時,巨大的壓力會使人要么與恐懼的事戰(zhàn)斗要么開溜,這種行為稱作“戰(zhàn)斗或逃跑”反應(yīng)??茖W家們認為這種“戰(zhàn)斗或逃跑”反應(yīng)對于原始人面對野獸攻擊和其他類似危險時是非常重要的。進化至今,只要有任何危險產(chǎn)生,相同的反應(yīng)過程仍然會產(chǎn)生,無論面對的是一只咆哮的狗,還是一項社會性研究。在“戰(zhàn)斗或逃跑”反應(yīng)過程中,身體系統(tǒng)的各個器官在面對危險后作出反應(yīng)。例如,呼吸系統(tǒng)提供額外的氧氣,循環(huán)系統(tǒng)運輸更多的養(yǎng)料到身體需要的部分;肌肉系統(tǒng)輪流為骨骼提供服務(wù),使人能更快速的作出反應(yīng)。這一系列反應(yīng)是由人體釋放的腎上腺素引起的。
人經(jīng)歷壓力后的兩秒鐘為所謂的驚慌階段,這一階段,人體會釋放腎上腺素(Adrenalin)到血液中。腎上腺素給人一股強大的力量,并在體內(nèi)產(chǎn)生許多其他的變化。 這些變化為采取快速的行動做準備,呼吸加快,運輸更多的氧氣到細胞,以便為肌肉提供更多的能量; 心跳加快,使肌肉和其他器官的血液流動加速,有更多的血液為肢體所用;雙眼瞳孔放大,看得更清楚。而腎上腺素之所以能夠調(diào)節(jié)人體作出以上反應(yīng),主要依靠腎上腺素受體的識別和信號傳遞功能。
Βeta-2腎上腺素受體 (β2 adrenoreceptor),也稱為β2AR,是一種跨細胞膜的G蛋白偶聯(lián)受體,可結(jié)合腎上腺素。腎上腺素是一種激素和神經(jīng)遞質(zhì),其信號通過Gs蛋白三聚體介導,刺激腺苷酸環(huán)化酶增加cAMP和下游L型鈣通道相互作用,引起平滑肌松弛和支氣管擴張等生理反應(yīng)[1]。 Robert J.Lefkowitz和Brian Kobilka以β2AR作為模型系統(tǒng)進行研究,而獲得了2012年諾貝爾化學獎,“以表彰其揭示G蛋白偶聯(lián)受體家族內(nèi)部工作機制的突破性發(fā)現(xiàn)”[2]。
β2AR與其最終效應(yīng)器之一C類L型鈣通道CaV1.2結(jié)合。這種受體通道復合物與Gs蛋白偶聯(lián),激活腺苷酸環(huán)化酶,催化環(huán)磷酸腺苷 (cAMP) 的形成,然后激活蛋白激酶A(PKA),并平衡磷酸酶PP2A。 然后PKA繼續(xù)磷酸化肌球蛋白輕鏈激酶,導致平滑肌松弛,從而解釋β2AR刺激的血管舒張作用。 受體通道復合物的組裝提供了一種確保精準和快速信號傳遞的機制,并由此提出了一種雙態(tài)生物物理和分子模型來解釋該GPCR和其他GPCR的pH和氧化還原敏感性[3]。
β2腎上腺素受體與Gs復合物的晶體結(jié)構(gòu)(PDB:3SN6)
β2腎上腺素受體在人體不同系統(tǒng)中的生理功能
骨骼肌系統(tǒng)
用長效藥物(如口服鹽酸克倫特羅和靜脈輸注沙丁胺醇)對β2腎上腺素受體的激活作用會導致骨骼肌肥大和合成代謝 [4][5] 。長效β2激動劑的合成代謝、脂肪分解和增效作用使它們成為運動員提高成績藥物的常見方法[6]。因此,此類藥物受到WADA(世界反興奮劑機構(gòu))的監(jiān)測和禁止。 同時β2腎上腺素能藥物作為合成代謝劑的使用也受到禁止,例如瘦肉精就是一種 β2腎上腺素能藥物,其在食品生產(chǎn)動物和家畜中的作用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中非常有吸引力。目前許多國家都禁止在食用牲畜中使用瘦肉精,但這種做法在一些國家仍然存在[7][8]。
循環(huán)系統(tǒng)
心肌收縮
增加心輸出量。
增加竇房結(jié)(SA結(jié))心率 [9]。
增加心房心肌收縮力。
增加心室心肌的收縮力和自律性[9]。
擴張肝動脈。
擴張小動脈至骨骼肌。
眼睛
在正常眼中,沙丁胺醇對β2AR的刺激會增加眼內(nèi)壓。
在青光眼中,引流減少(開角型青光眼)或完全阻塞(閉角型青光眼)。 在這種情況下,β2AR刺激及其隨之而來的體液產(chǎn)生增加是高度禁忌的,相反,可以使用局部β2AR拮抗劑,如噻嗎洛爾。
消化系統(tǒng)
肝臟中的糖原分解和糖異生[9].
骨骼肌中的糖原分解和乳酸釋放[9]。
收縮胃腸道括約肌。
唾液腺分泌物變稠[9]。
胰腺分泌的胰島素和胰高血糖素[10]。
其他
抑制肥大細胞釋放組胺。
增加淚腺分泌物的蛋白質(zhì)含量。
細支氣管擴張(哮喘治療靶點)
參與大腦-免疫-通訊 [11]
靶向β2 腎上腺素受體的藥物和用途
用于哮喘和慢性阻塞性肺病的解痙藥
短效激動劑Short-acting β2 agonists (SABA)
bitolterol
fenoterol
hexoprenaline
isoprenaline / isoproterenol
levosalbutamol / levalbuterol
orciprenaline / metaproterenol
pirbuterol
procaterol
salbutamol / albuterol
Terbutaline
長效激動劑Long-acting β2 agonists (LABA)
arformoterol
bambuterol
clenbuterol
formoterol
Salmeterol
超長效激動劑Ultra-long-acting β2 agonists (ultra-LABA)
carmoterol
indacaterol
milveterol (GSK 159797)
olodaterol
vilanterol (GSK 642444)
宮縮抑制劑
短效激動劑Short-acting β2 agonists (SABA)
fenoterol
hexoprenaline
isoxsuprine
ritodrine
salbutamol / albuterol
Terbutaline
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3. Rubenstein LA, Zauhar RJ, Lanzara RG (Dec 2006). "Molecular dynamics of a biophysical model for beta2-adrenergic and G protein-coupled receptor activation". Journal of Molecular Graphics & Modelling. 25 (4): 396–409.
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10. Philipson LH (December 2002). "beta-Agonists and metabolism". The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 110 (6 Suppl): S313-7.
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