図説薬理学 Pictured Pharmacology アゴニストとアンタゴニストの関係 宮崎大学農学部獣医薬理学講座伊藤勝昭 禁 : 無断転載 Copyright: Katsuaki Ito Veterinary Pharmacology University of Miyazaki このファイルは学生が講義で聞いた内容を正確に より深く理解するために作られたもので 教科書の補助資料です ファイルの内容の無断転載を防ぐため プロテクトがかかっています したがってコピー 印刷はできません 伊藤勝昭 ( 宮崎大学農学部家畜薬理学講座 ) itokt@cc.miyazaki-u.ac.jp 1
受容体へのリガンドの親和性と内活性はどこで変わるか 解離 アゴニスト ( 作動薬 ) 結合 反応 神経伝達物質 ホルモンなど受容体アゴニストやそれらの拮抗薬 ( アンタゴニスト ) を総称してリガンドと呼ぶ リガンドの受容体への作用はその物質が持つ 2 つの性質 親和性と内活性で決まる 親和性はどのくらい受容体へ結合しやすいかを示し アゴニストもアンタゴニストも親和性はある 親和性が低いアゴニストは作用するのに高濃度が必要となる 内活性は受容体に結合したあと どのくらい受容体を活性化できるかを意味する アンタゴニストは内活性をもたない 2
用量反応関係 ( 低濃度アゴニスト ) アゴニスト レセプター占拠率 30% 反応 30% 薬の用量と反応の関係アゴニストはレセプターへの結合 そこからの解離を繰り返している アゴニストがレセプターに結合する確率は細胞の周りに存在するアゴニスト濃度に依存し 平衡状態では [ アゴニストが結合していないレセプター濃度 ]x[ レセプターに結合していないアゴニスト濃度 ]/[ アゴニストが結合したレセプター濃度 ]( これを解離定数という ) はアゴニストによって一定である ( 詳細はあとのスライドを参照 ) 反応はレセプターに結合したアゴニストの量と比例関係にある 3
用量反応関係 ( 高濃度アゴニスト ) アゴニスト レセプター占拠率 70% 反応 70% アゴニストの濃度と反応の関係をグラフにすると次の図になる 4
平衡状態では フリーの薬物濃度 [D] フリーのレセプター濃度 [R] 薬が結合しているレセプター濃度 [DR] は一定だから [ D][ R] K d = [ DR] が成り立つ Kd: 解離定数単位はM ( モラー ) Mはmol/L Kdの逆数 1/Kd=Kaを結合定数という通常は薬のレセプターへの結合のしやすさは解離定数 (Kd) で表す理由 : 結合定数は単位が逆数 (1/M) になるから Kdが小さいほど薬は結合しやすい ) d は dissociation( 解離 ) a は association( 結合 ) を表す [ DR] K a = [ D][ R] リガンドの受容体への結合が平衡状態にあるとき 上の式が成り立つ 解離定数 (Kd) が小さいほどそのリガンドの受容体への親和性は高い 5
100 反応の大きさ (%) 80 60 40 20 50% 反応 0 0 5 10 15 20 25 30 50% 有効量 (ED50) 対数用量 (μm) アゴニストの量 反応の大きさを共に普通目盛のグラフにプロットしたものである 最大反応の 50% の反応を引き起こすアゴニストの用量を 50% 有効量 (ED50) あるいは 50% 有効濃度 (EC50) で表す このグラフでは用量反応関係がもっとも大きく変化する部分 (0.3μM から 2μM の間 ) が狭い範囲で描かれ ED50 が正確に把握できない 6
前のグラフで横軸 ( 用量 ) を対数化すると 対数用量反応曲線 100 シグモイド曲線 反応の大きさ (%) 80 60 50 40 20 50% 反応 50% 有効量 (ED50) 0 0.1 1 10 100 対数用量 (μm) 用量を対数で表したグラフ ( 対数用量反応曲線 ) である この曲線の形をシグモイドという 薬理学では通常このグラフでデータを解析する ED50 を中心として曲線が対称となっていることが分かる このグラフでは ED50 を決定しやすい 7
100 80 A 親和性 高 B 親和性 低 反応の大きさ (%) 60 40 20 50% 反応 50% 有効量 (ED50) 0 0.1 1 10 100 1 μm 2 μm 対数用量 (μm) 内活性が同じで親和性が異なる二つのアゴニストの対数用量反応関係を示す 用量が高くなれば 同じ最大反応に達するので 2 つの曲線は平行関係にある ED50 ( または EC50) を比較することで親和性を比べることができる A の ED50 は 1μM で B の ED50 は 2μM であるから A は B より 2 倍親和性が高いという言い方をする 8
pd 2 ED 50 ( または EC 50 ) を 10 -x M と表したとき x を pd 2 とする AのED 50 1 μm=1x10-6 M AのpD 2 は6 BのED 50 2 μm = 2x10-6 M = 10-5.7 M BのpD 2 は5.7 pd 2 が大きい薬ほど作用が強い ( 親和性が高いとpD2は大きい ) 理解するために : 血液の ph 7.4 とは H + 濃度が 10-7.4 M ということ 薬のレセプターへの親和性を表すとき pd2 という値をよく用いる 前の図で A,B それぞれの ED50 から pd2 を計算すると A の pd2 は 6,B の pd2 は 5.7 となる 計算法をよく理解すること 9
100 反応の大きさ (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 親和性 1 内活性 1 親和性 1 内活性 0.5 2 μm 0.1 1 10 100 対数用量 (μm) 50% 反応 親和性 0.5 内活性 0.5 50% 反応 100% 100% 部分アゴニストは内活性が 0 より大きく 1 より小さい 一方 内活性が低いと対数用量反応グラフで最大反応が抑制されているのが分かる オレンジの線で示した薬は親和性は変わらず 内活性が低いアゴニスト および紫色の線の薬は親和性も内活性も低いアゴニストである 対数用量反応曲線がどうなるかを理解すること 10
アゴニストとアンタゴニスト アゴニスト アンタゴニスト アンタゴニストはアゴニストの作用をじゃまする 競合拮抗薬 ( アンタゴニスト ) はアゴニストと同じレセプターに結合し アゴニストの結合を妨害する アゴニストと同様 アンタゴニストもレセプターへの結合 / 解離を繰り返すが 結合してもレセプターを活性化することはできない ( 内活性がゼロ ) したがってどちらがどのくらいレセプターを占拠できるから両者の濃度のバランスで決まる 11
アゴニストとアンタゴニスト アゴニスト アンタゴニスト レセプター占拠率 70% 30% 反応 70% 30% アンタゴニストがレセプターに結合すると その分だけアゴニストの作用は低下する この例では アンタゴニストがないときは 70% のレセプターを占拠できたアゴニストがある濃度のアンタゴニストが存在すると占拠率が 30% に低下した 12
競合拮抗薬であるための条件 competitive antagonist 1. アゴニストと同じレセプターに結合する 2. レセプターへの結合 解離を繰り返す 3. レセプターを活性化する作用がない アンタゴニスト存在下でアゴニストによってどのくらいの作用が出るかはそれぞれの量 ( 濃度 ) で決まる 競合的アンタゴニストであるためには上の 3 つの条件を満たさなければならない 受容体に結合したまま解離しない薬は競合拮抗薬ではなく 非競合拮抗薬である 13
100 アゴニスト 反応の大きさ (%) 80 60 40 20 アゴニスト + アンタゴニスト 0 0 5 10 15 20 25 30 用量 (μm) アンタゴニストが存在するときの用量反応関係を普通目盛のグラフにプロットするとこのようになる このグラフでは二つの曲線の違いがあまりよく分からない 14
競合拮抗薬 100 反応の大きさ (%) 80 60 40 20 アゴニスト ED50 1 μm 2 μm アゴニスト + アンタゴニスト 0 0.1 1 10 100 対数対数用量 (μm) 前のグラフのデータを対数用量反応曲線として描いたものである 競合アンタゴニストが存在すると用量反応曲線は右に平行移動するという特徴がある アンタゴニストによって ED50 が増大したことがよく分かる 15
pa2 と pd2 pd2 はアゴニストの親和性を表す最大効果の 50% の反応を起こす濃度を 10 -x M で表すと pd2 = x pa2 はアンタゴニストの親和性を表すアンタゴニスト存在下でアゴニストによって反応を起こすときアゴニスト単独に比べて 2 倍のアゴニストが必要となるアンタゴニストの濃度を 10 -y M とすると pa2 = y pd2 は大きいほどレセプターへの親和性が高い pa2 は大きいほど強いアンタゴニスト pd2 がアゴニストのレセプターへの結合の強さを表す指標であるのに対して pa2 は競合的アンタゴニストの結合の強さ ( 拮抗の強さ ) を表す指標である 16
pa 2 反応の大きさ (%) 100 80 60 40 20 0 アゴニスト単独 (EC50=1 μm) 0.1 1 10 100 対数用量 (μm) アンタゴニスト前処置 3x10-7 M 1x10-6 M 3x10-6 M アゴニスト アンタゴニスト EC50 0 1 μm 3x10-7 M 1.3 μm 1x10-6 M 2 μm pa2 = 5 3x10-6 M 3 μm 教科書 p.13 シラバス p.9 競合的アンタゴニストの効力を評価するために 様々な濃度のアンタゴニスト存在下でアゴニストの用量反応関係を観察する アンタゴニストの用量が増加するにしたがって 曲線が右へ平行移動することが分かる アンタゴニスト存在下でのアゴニストの ED50 を求め そのデータを元に Schild プロットを描かせるとアンタゴニストの強さ (pa2) を計算することができる 17
pa2 の求め方 (Schild プロット ) 1. 様々な濃度のアンタゴニスト存在下でアゴニストの用量反応関係を観察する 2. アンタゴニスト存在下でのアゴニストのEC50( またはED50) を求める 3. アゴニスト単独のときの [EC50] 0 とアンタゴニスト 2 存在下での [EC50] から DR=[EC50]/[EC50] 0 を計算する 4. 次のグラフを描く 1 5. 横軸の切片がpA2となる pa2 ( この例ではpA2=6) log[dr-1] 0-6 -5-4 log [ アンタゴニスト濃度 ] (M) pa2 の求め方は実習で練習する ( その方が理解しやすい ) 18
部分アゴニスト ( 部分アンタゴニスト ) 完全アゴニスト ( 完全作動薬 ) 内活性高い 部分アゴニスト ( 部分作動薬 ) 内活性低い 反応 1 反応 0.5 競合拮抗薬 ( 競合アンタゴニスト ) はレセプターを全く活性化することができないが アゴニスト ( 完全アゴニスト ) ほどではないが 部分的にレセプターを活性化できる薬がある これを部分アゴニスト (partial agonist) という 部分アゴニストは内活性がゼロではないが 完全アゴニストほど高くはない 19
完全アゴニストだけなら 完全アゴニスト ( 完全作動薬 ) 完全アゴニスト ( 完全作動薬 ) 反応 1 反応 1 2 完全アゴニスト同士を組み合わせれば 1+1=2 の反応が起こる 次のページへ 20
部分アゴニストは部分アンタゴニストにもなる 完全アゴニスト ( 完全作動薬 ) 部分アゴニスト ( 部分作動薬 ) 反応 1 反応 0.5 1.5 完全アゴニストと部分アゴニストが同時に存在すると 部分アゴニストが結合したレセプターからは弱い反応しか起こらない そのため全体でみれば 完全アゴニストだけの場合に比べて部分アゴニストが共存すると反応は弱化する したがってこの場合 部分アゴニストは部分アンタゴニスト (partial antagonist) として働いているわけである 21
120 反応の大きさ (%) 100 80 60 40 20 完全アゴニスト 部分アゴニスト + 完全アゴニスト * 部分アゴニスト 0 0.1 1 10 100 対数濃度 (μm) * 一定濃度の部分アゴニストを先に処置してから完全アゴニストを処置した場合 部分アゴニストだけによる反応 完全アゴニストと部分アゴニストが共存するときの反応を完全アンタゴニストだけによる反応と比べる 部分アゴニストだけを累積的に加えていくと最大濃度 ( ここでは10 μm) で頭打ちとなり 完全アゴニストによる反応の50% が最大となる 部分アゴニストを一定濃度処置した後 完全アゴニストの各濃度を処置したグラフは赤線で示す 部分アゴニストはそれ自身で反応を起こすから ここでは完全アゴニストを加える前に すでに20% の反応が起きている 完全アゴニストを処置するとそれに対して部分アゴニストがレセプターを競合するため 完全アゴニスト単独より反応は小さくなる しかし十分量の完全アゴニストを投与するとほぼ100% のレセプターを占拠することになり 反応は最大に達する 22
非競合拮抗アンタゴニストがレセプターに非可逆的に結合 アゴニスト ( ノルエピネフリン ) フェノキシベンザミン もう離れない 非競合拮抗競合アンタゴニストのレセプターへの結合は可逆的であるが レセプターに非可逆的に結合するアンタゴニストがある たとえばフェノキシベンザミンはα1レセプターに結合するとレセプターをアルキル化し フェノキシベンザミンが結合したレセプターにアゴニストは結合できなくなる そのためいくらアゴニストの量を増やしても フェノキシベンザミンが結合したレセプターは活性化することがない フェノキシベンザミンのようなアンタゴニストを非競合拮抗薬という 23
特殊な非競合拮抗 (1) 反対の作用を示すレセプターが活性化 ムスカリンレセプター β レセプター 心拍低下 心拍上昇 相殺 心臓でアセチルコリンがムスカリンレセプターに結合すると心拍数が低下する 一方 ノルエピネフリンが β レセプターに結合すると逆に心拍数が上昇する したがってノルエピネフリンはアセチルコリンの作用に拮抗しているように見える これも広い意味での非競合拮抗で生理学的拮抗ともいう 24
特殊な非競合拮抗 (2) レセプター下流のシグナルを阻害 収縮抑制 ノルエピネフリン ベラパミル Ca 2+ チャネル β レセプター リン酸化 サイクリック AMP プロテインキナーゼ A Ca 2+ 収縮力増強 心臓でノルエピネフリンによる β レセプターの活性化は電位依存性カルシウムチャネルの開口を促進し Ca 2+ が流入しやすくなり 強心作用が現れる ベラパミルはそのカルシウムチャネルをブロックするため 現象的にはノルエピネフリンの作用に拮抗している これも広い意味での非競合拮抗である 25