疾病机制
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第二节 受体异常的原因、机制和结果

一、受体异常的原因和机制

(一)受体基因突变
1.受体数量改变
由于受体基因的表达障碍使受体不能合成,或生成不稳定的 mRNA,或由于生成的蛋白质异常折叠或异常运输使之不能完成正常的组装和细胞内定位,而潴留于内质网中,都可造成受体缺失或数量减少。
受体基因拷贝数增加或异常高表达,可使受体数量增加。这最常见于肿瘤组织。此外,突变受体的降解减少也是导致受体数量增多的原因之一。研究表明,受体与配体结合并被内吞后,可通过蛋白质的泛素化降解途径降解。有报道血小板衍生生长因子(PDGF)受体某些突变后可致泛素化程度降低,因此降解减少。
2.受体基因突变导致受体结构异常
受体基因突变可使受体结构改变,进而影响受体的功能,如受体与配体结合功能、受体激酶的活性、核受体的转录调节功能等。基因突变可导致受体失活或异常激活。有些突变受体不仅自身丧失功能,还具有抑制其野生型受体的作用,称为显性负性作用(dominant negative effect);突变也可生成组成性激活突变体(constitutively activate mutant),即受体获得了不需要与配体结合而自发激活的能力。还有的突变使受体在被配体激活并发挥作用后,不能及时转为非激活的状态(等待下一个刺激的状态),这些都可以导致受体引发的信号转导异常并有可能导致疾病。
还有一种情况是受体本身没有异常,但受体功能所需的相关因子或辅助因子缺陷,也可导致受体功能异常。
(二)受体的继发性异常
机体在病理情况下,如缺血、缺氧、炎症、创伤时,由于组织损伤、代谢改变、内环境紊乱以及神经-内分泌的变化等,可使得配体异常释放,从而继发性地引起受体表达和活性的变化,并导致相关信号转导通路异常,影响疾病的过程和结局。如当脑缺血、缺氧或创伤时可使脑中谷氨酸释放增加,而重摄取减少,造成谷氨酸大量聚集,如有人观察到兔全脑缺血30min,谷氨酸可增高 160倍。结果导致它的受体——N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体过度激活。NMDA受体是一种阳离子通道,对钙离子具有高通透性。受体的过度激活使Ca 2+大量内流,细胞内浓度增高的Ca 2+可激活脂酶和蛋白酶等,导致脑细胞死亡。在病原体感染时,病原体成分可与免疫细胞表面的 Toll样受体结合并导致受体及其下游的信号通路激活,由此引发炎症反应。
由于配体分泌增多导致相关受体调节性改变也与疾病的发生发展和治疗相关。已知心肌细胞以表达β-肾上腺素受体(β-AR)为主,包括β 1-肾上腺素受体和β 2-肾上腺素受体,在人类心脏中二者比例约为7∶3。其中β 1-受体是心肌细胞表面最重要的受体,它与Gs偶联,通过升高细胞内 cAMP水平,进而引起心脏收缩,发挥正性肌力作用。当各种原因引起心功能不全时,可使交感神经活动的代偿性加强,循环中儿茶酚胺含量增加,这种增高可增加心肌收缩力,具有代偿意义。但如长期过度增高,可使心肌细胞上的β 1-受体减少以及受体与G蛋白解偶联,使受体介导的信号转导减弱或发生障碍,导致儿茶酚胺的正性肌力作用不能正常发挥,从而可促进心衰的发展。如有研究表明心衰患者心肌细胞β-AR内吞和降解增强,使细胞表面上β-AR密度显著下调,β 1-受体亚型可减少50%左右,受体的减少与心衰的严重程度呈明显的相关性。而用β受体阻断剂可改善心衰症状,提高心肌射血分数。这种作用可能与用了β受体阻断剂后,能提高受体数量,并促进β受体与G蛋白偶联有关。
(三)自身免疫性受体病
受体的主要成分是蛋白质,当体内的免疫调节功能紊乱时,可作为抗原,导致抗受体抗体的产生。目前认为受体抗体有两种来源:
1.直接以受体为抗原产生抗体
受体分子一级结构改变使其抗原性改变可导致抗受体抗体的生成;此外,如某一受体蛋白与外来抗原有共同的抗原决定簇,可使细胞在对外来抗原产生抗体和致敏淋巴细胞的同时,也对相应受体产生交叉免疫反应,如已发现脊髓灰质炎病毒VP2与乙酰胆碱受体、乳头状瘤病毒E2与胰岛素受体、结肠炎耶尔森菌与促甲状腺激素受体有同源序列。当体内感染这些病原体时,所产生的针对这些病原体的免疫应答,有可能导致自身免疫性受体病。
2.独特型抗体
已知抗体对抗原的特异性识别,是由它的超变区的抗原结合部位决定的。由于各种抗体的抗原结合部位都有其独特的氨基酸排列,因而它本身又可以作为抗原(称独特型抗原),被体内的免疫活性细胞所识别并产生抗独特型抗体。如果把某种受体的配体作为抗原,那么机体首先产生抗该配体的抗体(Ab 1),继而又针对该抗体的独特型产生抗独特型抗体(AB 2),即抗-(抗-配体抗体)抗体。由于受体与抗配体抗体(亦称受体样抗体)都具有与配体结合的相似结构,故这种抗独特型抗体(亦称配体样抗体)不仅能与抗配体抗体结合,而且也能与受体上的配体结合部位相结合。
抗受体抗体分为阻断型和刺激型。前者与受体结合后,可阻断受体与配体的结合,从而阻断受体的信号转导通路和效应,导致靶细胞功能低下。后者可模拟信号分子或配体的作用,激活特定的信号转导通路,使靶细胞功能亢进。
自身免疫性甲状腺病分为 Graves病(又称Basedow病或毒性甲状腺肿)和桥本病(慢性淋巴细胞性甲状腺炎)两种。前者表现为甲状腺功能亢进,后者表现为甲状腺功能低下。该病的发生与患者体内产生抗促甲状腺激素受体(TSHR)的抗体有关。TSHR存在于甲状腺滤泡上皮的细胞膜上,与TSH结合后,能通过不同的G蛋白,激活不同的信号转导通路,如 AC-cAMP-PKA通路、PLC-DAG-PKC通路及ERK通路等,导致甲状腺素分泌和促进甲状腺增殖效应。已知这类患者体内至少有3种抗体:①甲状腺刺激型抗体(TSAb)或甲状腺刺激型免疫球蛋白(TSI),该抗体能模拟 TSH的作用,能通过与TSHR结合刺激甲状腺素的分泌从而引起甲亢;②甲状腺抑制型抗体;与TSHR结合后可阻断TSH与受体结合,并抑制甲状腺的功能;③促甲状腺生长免疫球蛋白(TGI),主要刺激甲状腺腺体的生长,与患者的甲状腺肿发生有关。Graves病患者甲亢的发生与体内存在TSAb有关;伴有甲状腺肿大时,可同时存在TGI;而桥本病患者体内则以抑制型抗体为主。
重症肌无力也是一种自身免疫性疾病,其特点是神经-肌肉接头处传递障碍,与患者体内存在抗N型乙酰胆碱受体(nAChR)的抗体有关。nAChR存在于脊椎动物神经骨骼肌接头的终板膜上,属于阳离子通道型受体。运动神经末梢释放ACh与受体结合使离子通道开放,Na +内流,导致终板电位。在一些重症肌无力患者的体内发现有抗nAChR的抗体,该抗体能阻断运动终板上的nAChR与乙酰胆碱结合,导致终板电位减弱,肌肉收缩无力。
此外,在一些自身免疫性疾病患者体内还发现有胰岛素受体的抗体。这种抗体可以竞争性地抑制胰岛素与其受体的结合,从而引发糖尿病。这些患者除了糖尿病外,往往还合并其他自身免疫性疾病,如系统性红斑狼疮等。

二、受体异常的结果

受体数量减少或亲和力降低可导致受体后的信号转导功能减弱,致使靶细胞对配体的敏感性或反应性降低,而受体缺失或失活可使靶细胞对特定配体完全丧失反应能力,这是导致某种激素的抵抗征,如胰岛素抵抗性糖尿病、雄激素抵抗征发病的主要原因,也是一些药物效果减弱或丧失的原因之一,当临床上某种药物在治疗过程中,疗效逐渐降低时,受体的改变是应该考虑的重要因素之一。
反之,由于某些受体蛋白的过度表达,或基因突变使某一受体的固有活性限制解除,成为配体非依赖性的激活或持续性的激活状态,或者作为受体类似物的癌基因产物和某些抗体能够模拟受体的作用,参与了细胞内的信号转导过程并使其失控而过度激活,都可以造成信号积累,从而导致疾病,这些情况见于肿瘤和某些功能亢进性疾病,如某种类型的甲状腺功能亢进。
总之,受体异常既可以作为疾病的直接原因,引起特定疾病的发生,如遗传性受体病;亦可在疾病的过程中发挥作用,促进疾病的发展。还有些受体异常与组织细胞对药物的抗性有关。