克仑特罗(clenbuterol)和班布特罗(bambuterol)口服用药后作用长效, 但不适于吸入给药。与他们不同,
福莫特罗(formoterol)只在吸入给药时,才是一长 效支气管扩张剂;当口服给药,福莫特罗的作用并不显著长于沙丁胺醇(salbutamol) 。相比较,
沙美特罗(salmeterol)是一固有长效β2受体激动剂,对离体、整体实验 动物和人的气道平滑肌都有显著的持续激动作用。本文概述了这四种β2受体激动剂的长效作用机 制。1 长效机制药物的长效虽有多种机制,但与β2肾上腺素受体激动剂相关的主要有以下四种 :(1)与受体过强的亲和力,即“受体动力学”;(2)代谢稳定性或低血浆清除率,即“宏观 动力学”;(3)质膜扩散动力学,即“微观动力学”;(4)与β2肾上腺素受体附近位点结合 ,即“受点外位点(exosites)结合”。1.1 受体动力学机制受体动力学理论并不足 以解释这四种药物的长效。要使符合于此机制的药物与受体的结合持久,其解离速率常数必须很小 ,以至于其他药物不能与其竞争对受体的亲和,如拮抗剂不能阻断其长效激动效应。看来,这样的 机制似无法解释这四种药物的长效作用。1.2 宏观动力学理论宏观动力学理论认为作用时间持 久是因为能耐受分解代谢和血浆的清除。这可解释克仑特罗的长效作用。克仑特罗能耐受血浆清除 (t=33h),与沙丁胺醇相比,其口服给药的作用时间较长,而吸入给药则作用短暂。因为吸 入给药局部药物浓度会因全身分布而急剧下降。在某种程度上,此机制同样适用于班布特罗。班布 特罗是特布他林(terbutaline)的无活性的前药,口服后吸收良好,血浆半衰期长。 它只能通过酶的去酯化慢慢转变为活性成分特布他林,其作用时间与去酯化速度有关。对此化合物 而言,动力学适用于其无活性的前药,而不是活性药物本身。此机制不能解释沙美特罗和福莫特罗 作用时间的延长,它们是在局部用药如吸入后作用长效。1.3 微观动力学理论微观动力学理论 假设药物分配入膜中,形成高的膜细胞外液浓度梯度,结果膜相当于一个药物贮库。平衡时(由化 合物的膜脂水分配系数决定),亲脂性药物大量存在于膜内而不是水性细胞外液。激动受体是由那 些在水相中的分子通过受体孔到达受体的活性部位而完成的,当从受体上分离时,激动剂可重新进 入膜或细胞外液。只有水相中的药物分子可从组织中扩散。此机制导致脂溶性药物作用时间延长。 1.4 受点外位点理论受点外位点理论需要在受体本身或受体附近有一个特异性结合位点的存在 ,以使进入的药物分子能够与受体的活性部位自由结合及分离,但不能任意从受体扩散。受点外位 点理论区别于微观动力学理论的最明显之处在于前者不许激动剂分子在膜的脂和水相间自由交换。 这种受点外位点机制可使任何途径给药后作用时间都能持久,如果与受点外位点结合极为牢固,则 理论上药物作用是不可逆的。但是,由于这种持久结合的部位并未涉及一般配体结合的活性部位, 它不能阻止β2受体阻滞剂的阻断作用。此理论最初是由RochaeSilva提出来解释对组 胺H1受体持久的拮抗作用,后经修正以解释沙美特罗的长效作用。现在有明确证据说明有β2受 体的受点外位点存在,并显示是受体蛋白本身的一部分,通常不涉及激动剂的识别过程。2 沙美 特罗和福莫特罗的作用持续时间特点已有许多研究试图阐明这些理论中哪些最能解释长效β受体激 动效应。但是目前仅曾对沙美特罗和福莫特罗进行过广泛比较,显然在许多方面它们的激动作用有 其特点,它们作用长效确实是通过不同的机制。现将这些特点,与短效激动剂沙丁胺醇比较,概述 如下。2.1 激动剂强度和起效时间沙美特罗、福莫特罗和沙丁胺醇这三种化合物对一系列离体 气道标本都产生相对强度和浓度依赖的激动作用,福莫特罗和沙美特罗作用较异丙肾上腺素强,而 沙丁胺醇比异丙肾上腺素略弱一些。与异丙肾上腺素和福莫特罗相比,沙美特罗和沙丁胺醇都属于 部分激动剂。实验测得这些药物的内在活性(达到的最大反应与异丙肾上腺素相比的百分数),福 莫特罗、沙丁胺醇和沙美特罗的值分别为90%,50%和35%。它们的起效时间也不同,沙丁 胺醇很快(2～3min),福莫特罗略慢(大约5min);但沙美特罗要慢得多(大约30m in)。起效时间的差异主要是由于这些化合物扩散入组织标本中的速率不同,在分散的细胞标本 ,这种差异较小。2.2 作用持续时间许多研究显示,次最大有效浓度的福莫特罗和沙丁胺醇从 组织上充分冲洗后显示短的作用持续时间。与之相比较,如此冲洗并不改变沙美特罗的效应。运用 一系列不同技术的研究结果表明,福莫特罗比沙丁胺醇作用持久,然而即使在高达300倍EC5 0的浓度下,还是观察到有逐步的复原。对比之下,沙美特罗与所用浓度无关,几小时后未见明显 复原。2.3 对膜结合受点的作用用125碘氰吲哚洛尔结合大鼠肺细胞膜实验研究上述三种化 合物与β2肾上腺素受体的结合情况。
沙丁胺醇、福莫特罗和沙美特罗对配体结合都呈现浓度依赖 性抑制,从曲线上测得亲和力值,福莫特罗和沙美特罗基本相同,约为沙丁胺醇的50倍。不过福 莫特罗和沙丁胺醇与放射配体的相互作用是竞争性的,但沙美特罗是非竞争性的。沙丁胺醇和福莫 特罗都可迅速完全地从膜上冲洗掉,而沙美特罗经过至少1h也无任何丧失。这些结果表明药物与 β2受体本身持久结合(即受体动力学),但也符合受点外位点结合。为区别这两种机制,必须通 过增加放射配体浓度以对抗沙美特罗的受体占领,但这种竞争性研究尚未见报道。2.4 以β肾 上腺素受体阻滞剂逆转在功能性实验中沙丁胺醇、福莫特罗和沙美特罗对豚鼠气管平滑肌的松弛作 用都能被β受体阻滞剂以浓度依赖方式拮抗。提示沙美特罗的持续效应不是与受体活性部位发生不 可逆结合的结果。尤为令人感兴趣的是有关亲水性β受体阻滞剂索他洛尔:尽管它能迅速有效地阻 断沙美特罗诱发的豚鼠离体气管松弛作用,而一旦除去索他洛尔,不另加入药物,沙美特罗活性完 全重现。而且这个阻断过程和后来的重现可重复多次而不减弱激动活性。这些结果反映了结合在β 2受体附近的每一沙美特罗分子能与受体活性部位(受点)自由相互作用。尽管β受体激动活性的 重现也可在福莫特罗(或可能在任何一个亲脂性β受体激动剂)表现出来;但激动剂必须用超最大 浓度,且实验条件是浸没而非表面灌流。在这些条件下,其重现表现为在每一接连重复后逐渐下降 。沙美特罗不同于其它激动剂,它的重现是非浓度依赖性的,在次最大浓度就很明显,且一直能完 全重现。用组织表面灌流作比较性研究,福莫特罗浓度必须用至高于其EC50300倍才清楚再 现,但即使用与其等效浓度的沙丁胺醇,重现现象极微。2.5 对cAMP水平的影响众所周知 ,β肾上腺素受体主要与Gs蛋白偶联,并提高细胞内cAMP水平。异丙肾上腺素、福莫特罗和 沙美特罗都可通过β2受体调节机制明显提高成神经细胞瘤细胞系的
i。但是,当细 胞随后进行冲洗以测定反应的持续性时,由异丙肾上腺素和福莫特罗造成i的增加在 几分钟内消失,而沙美特罗可至少维持2h。尽管这些实验是在非气道组织的细胞系上进行的,但 其结果与对气道平滑肌和人肺肥大细胞的功能性研究结果相似。以后有研究显示在L细胞,即使经 过仔细冲洗,甚至质膜蔗糖梯度纯化,沙美特罗提高i水平仍持久。而且,在短时接 触激动剂后,由沙美特罗引起的β2受体向下调节至少持续24h。2.6 作用时间与脂溶性的 关系微观动力学理论预测作用时间随膜脂水分配系数而变化,这与沙丁胺醇(脂溶性低)、福莫特 罗(脂溶性适中)和沙美特罗(脂溶性高)的作用时间完全相符。这种关系几乎肯定存在,但问题 在于是否单是脂溶性就能解释沙美特罗所表现的前所未有的持久性。因此,对作用时间与一些有关 化合物脂溶性的相关研究是令人感兴趣的。这些化合物是沙美特罗的去甲基同类物,GR3579 5和GR31354。GR35795在侧链上比沙美特罗少一个碳原子,虽然比其母体化合物的 强度要高约3倍,但功能活性情况与之相似。在作用时间的研究中,同沙美特罗一样,连续冲洗数 小时后也未见复原。但是,此化合物的logP约为沙美特罗的13。去除二个碳原子的同类物G R31354的logP相应比GR35795为低,尽管二者强度相似,但前者作用时间短很多 ,约90min。这些结果并不排除脂溶性与作用时间的关系,尤其当引用的logP值是指辛醇 水分配系数,而不是膜水值。但是,在沙美特罗,这两个logP值相似,且难以相信去除一个碳 原子(GR35795变为GR31354),虽然对作用时间有较大影响,而对膜水分配系数也 会有相应大的影响。2.7 用杂交β2肾上腺素受体进行研究有大量间接证据支持受点外位点的 存在,这有助于解释沙美特罗激动作用的持续性。但是对其作用部位至今仍缺乏确切的证据。不过 ,一些令人振奋的工作包括应用杂交β2受体已经在相当程度上阐明了这一问题。这些研究显示可 通过定位突变以相应的β1受体片段替换β2受体的第四跨膜区域片段,特别是与受点外位点有关 的149～158氨基酸残基,而保留沙美特罗对杂交受体的亲和力。而且,这种修饰在冲洗激动 剂后也可降低对于i水平激动作用的持续性。更有意思的是,当用β2受体的关键氨 基酸组入相应的β1受体时,尚可导致激动作用持续性的提高。3 结语迄今为止,对沙美特罗作 用机制的研究已经相当深入。所得资料不符合受体动力学、微观动力学或宏观动力学机制,但与所 提出的受点外位点机制相符。最近重组杂交的β受体为特异性受点外位点的存在提供了有力的证据,而且提示其本身为受体蛋白的一部分,但与活性部位(受点)无关。然而福莫特罗作用持久的机制还不清楚。认为福莫特罗由于其亲脂性而作用持久,无疑这点是重要的,但不明白为何化合物只在吸入后表现长效作用。而且福莫特罗的亲脂性为沙美特罗的1%,但在临床用量各为24和50
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