药物作用的机制
药物效应多种多样,是不同药物分子与机体不同靶细胞间相互作用的结果。药物效应是机体细胞原有功能水平的改变,从药理学角度来说,药物作用机制要从细胞功能方面去探索。
(1)理化反应:抗酸药中和胃酸以治疗溃疡病,甘露醇在肾小管内提升渗透压而利尿等,分别是通过简单的化学反应及物理作用而产生的药物效应。
(2)参与或干扰细胞代谢:补充生命代谢物质以治疗相应缺乏症的药物很多,如铁盐补血、胰岛素治疗糖尿病等。有些药物化学结构与正常代谢物非常相似,掺入代谢过程却往往不能引起正常代谢的生理效果,实际上导致代谢抑制或阻断,称为伪品掺入,也称抗代谢药。例如氟尿嘧啶结构与尿嘧啶相似,掺入肿瘤细胞DNA(脱氧核糖核酸)及RNA(核糖核酸)中可干扰蛋白合成而发挥抗肿瘤作用。
(3)影响生理物质转运:很多无机离子、代谢物、神经递质、激素在体内主动转运需要载体参与,干扰这一环节可以产生明显药物效应。
(4)对酶的影响:酶的品种很多,在体内分布极广,参与所有细胞生命活动,而且极易受各种因素的影响,是药物作用的一类主要对象。多数药物能抑制酶的活性,如尿激酶激活血浆纤溶酶原,苯巴比妥诱导肝微粒体酶,解磷定能使被有机磷酸酯抑制的胆碱酯酶复活,而有些药本身就是酶,如胃蛋白酶。
(5)作用于细胞膜的离子通道:细胞膜上无机离子通道控制Na+、Ca2+、K+等离子的跨膜转运,药物可以直接对其产生作用,而影响细胞功能。
(6)影响核酸代谢:核酸(DNA及RNA)是控制蛋白质合成及细胞分裂的生命物质。许多抗肿瘤药是通过干扰肿瘤细胞DNA或RNA代谢过程而发挥疗效的。许多抗菌药物,如喹诺酮类也是作用于细菌核酸代谢而发挥抑菌或杀菌效应的。
(7)影响免疫机制:除免疫血清及疫苗外,免疫增强药(如左旋咪唑)及免疫抑制药(如环孢霉素)通过影响免疫机制发挥疗效。某些免疫成分也可直接入药。
根据药物作用的性质,可以把它们分为非特异性(nonspecific action)和特异性(specific action)两大类。
非特异性作用一般与药物的理化性质如离子化程度、溶解度、表面张力等有关,而与药物的化学结构关系不大。它们的作用可能是由于药物累积在一些对细胞功能有重要作用的部位上,导致一系列代谢过程发生紊乱,影响细胞功能。例如许多烯、醇、醚等化合物由于具有较高的油水分配系数,亲脂性大,对神经细胞膜的脂相有高度的亲和力,因而可能抑制神经细胞的功能,如乙醚、氟烷具有麻醉作用,用于手术麻醉。又如消毒防腐药对蛋白质的变性作用,因此只能用于体外杀菌或防腐。还有一些药物的作用在于改变细胞膜兴奋性,但不影响其静息电位。膜稳定药可阻止动作电位的产生及传导,如局部麻醉药、某些抗心律失常药等,反之,称为膜易变药,如藜芦碱等,都是作用特异性低的药物。
特异性作用则不然,和药物的分子整体结构有密切关系,包括基本骨架、活性基团、侧链长短及立体构形等因素。凡是有相同有效基团的药物,一般都有类似的药理作用。有效基团的改变或消失,往往能使药物的作用强度或作用性质发生很大的变化。绝大多数药物的作用都属于这一类,引起的效应是药物与机体大分子组分(作用靶点)相互作用的结果。
药物作用靶点类型多样,研究表明蛋白质、核酸、酶、受体等生物大分子不仅是生命的基础物质,有些也是药物的作用靶点。现有药物中,以受体为作用靶点的药物超过50%,受体是最主要和最重要的作用靶点;以酶为作用靶点的药物占20%之多,特别是酶抑制药,在临床用药中具有特殊地位;以离子通道为作用靶点的药物约占6%;以核酸为作用靶点的药物仅占3%;其余近20%药物的作用靶点尚待研究。
药物的作用靶点不仅为揭示药物的作用机制提供了重要信息和入门途径,而且对新药的开发研制、建立筛选模型、发现先导化合物也具有特别意义。例如,第一个上市的H2受体拮抗药西咪替丁,在极短的时间内就成为治疗胃肠溃疡的首选药物;第一个用于临床的3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制药洛伐他汀,对杂合子家族性高胆固醇血症、多基因性高胆固醇血症、糖尿病或肾病综合征等各种原因引起的高胆固醇均有良好的作用,促进了此类药物的发展。上述实例表明,药物的作用靶点一旦被人们认识和掌握,就能获取新药研发的着眼点和切入点,药物的作用靶点已成为药物设计的重要依托。