受容体（生化学）

生化学および薬理学において、受容体は、生物学的システムに組み込まれる可能性のあるシグナルを受け取り、伝達するタンパク質です。 ^{[ 1 ]}これらのシグナルは通常、受容体に結合して細胞の電気活動の変化などの生理学的応答を生み出す化学伝達物質です^{[ nb 1 ]}。たとえば、抑制性神経伝達物質であるGABAは、 GABA _A受容体に結合することによってニューロンの電気活動を抑制します。^{[ 2 ]}受容体の作用は、シグナルの中継、増幅、または統合の3つの主要な方法で分類できます。^{[ 3 ]}中継はシグナルを先に送り、増幅は単一のリガンドの効果を増大させ、統合はシグナルを別の生化学的経路に組み込むことを可能にします。^{[ 3 ]}

受容体タンパク質は、その位置によって分類できます。細胞表面受容体（膜貫通型受容体とも呼ばれる）には、リガンド依存性イオンチャネル、Gタンパク質共役型受容体、酵素結合型ホルモン受容体などがあります。^{[ 1 ]}細胞内受容体は細胞内に存在し、細胞質受容体と核内受容体が含まれます。^{[ 1 ]}受容体に結合する分子はリガンドと呼ばれ、タンパク質、ペプチド（短いタンパク質）、または神経伝達物質、ホルモン、医薬品、毒素、カルシウムイオン、ウイルスや微生物の外側の部分などの他の小さな分子である可能性があります。特定の受容体に結合する内因的に産生される物質は、その内因性リガンドと呼ばれます。たとえば、ニコチン性アセチルコリン受容体の内因性リガンドはアセチルコリンですが、ニコチン^{[ 4 ] [ 5 ]}によっても活性化され、クラーレによって阻害されることもあります。^{[ 6 ]}特定のタイプの受容体は、シグナルに対応する特定の細胞生化学経路と結びついています。ほとんどの細胞には多数の受容体が存在しますが、各受容体は特定の構造のリガンドとのみ結合します。これは、錠前が特定の形状の鍵しか受け付けないのと類似しています。リガンドが対応する受容体に結合すると、受容体に関連する生化学経路が活性化または阻害されます。この経路も高度に特殊化されている場合があります。

受容体タンパク質は、リガンドの性質によって分類することもできる。そのような分類には、化学受容体、機械受容体、重力受容体、光受容体、磁気受容体、ガス受容体などがある。

受容体の構造は非常に多様であり、主な分類としては以下のようなものがある。

• タイプ1：リガンド依存性イオンチャネル（イオンチャネル型受容体） – これらの受容体は、アセチルコリン（ニコチン性）やGABAなどの速効性神経伝達物質の標的となることが多く、これらの受容体が活性化されると、膜を介したイオンの移動に変化が生じます。これらの受容体はヘテロマー構造を持ち、各サブユニットは細胞外リガンド結合ドメインと、4つの膜貫通αヘリックスを含む膜貫通ドメインから構成されています。リガンド結合部位は、サブユニット間の界面に位置しています。
• タイプ 2: G タンパク質共役型受容体(代謝型受容体) – これは受容体の中で最大のファミリーであり、ドーパミン、代謝型グルタミン酸などのいくつかのホルモンや遅効性神経伝達物質の受容体が含まれます。これらは 7 つの膜貫通 α ヘリックスで構成されています。α ヘリックスをつなぐループは、細胞外ドメインと細胞内ドメインを形成します。より大きなペプチド リガンドの結合部位は通常細胞外ドメインに位置し、より小さな非ペプチド リガンドの結合部位は、7 つの α ヘリックスと 1 つの細胞外ループの間に位置していることが多いです。^{[ 7 ]}上記の受容体は、G タンパク質を介してさまざまな細胞内エフェクター システムと結合しています。^{[ 8 ]} G タンパク質は、α (アルファ)、β (ベータ)、γ (ガンマ) の 3 つのサブユニットからなるヘテロ三量体です。不活性状態では、3 つのサブユニットが一緒に会合し、α サブユニットが GDP と結合します。^{[ 9 ]} Gタンパク質の活性化は立体構造の変化を引き起こし、GDPとGTPの交換につながります。αサブユニットへのGTP結合はβサブユニットとγサブユニットの解離を引き起こします。^{[ 10 ]}さらに、α、β、γの3つのサブユニットは、一次配列に基づいてさらに4つの主要なクラスがあります。これらには、G _s、G _i、G _q、G ₁₂が含まれます。^{[ 11 ]}
• タイプ3：キナーゼ結合型および関連受容体（「受容体チロシンキナーゼ」および「酵素結合型受容体」を参照） – これらは、リガンド結合部位を含む細胞外ドメインと、多くの場合酵素機能を有する細胞内ドメインから構成され、単一の膜貫通αヘリックスによって連結されている。インスリン受容体はその一例である。
• タイプ4：核内受容体– 核内受容体と呼ばれていますが、実際には多くは細胞質に存在し、リガンドと結合した後に核へ移動します。これらは、C末端リガンド結合領域、コアDNA結合ドメイン（DBD）、およびAF1 （活性化機能1）領域を含むN末端ドメインから構成されています。コア領域には、この受容体に特異的なDNA配列を認識する役割を担う2つのジンクフィンガーがあります。N末端は、リガンド非依存的に他の細胞転写因子と相互作用し、これらの相互作用に応じて受容体の結合/活性を変化させることができます。ステロイドおよび甲状腺ホルモン受容体は、このような受容体の例です。^{[ 12 ]}

膜受容体は、溶媒、界面活性剤、および／またはアフィニティー精製を用いた複雑な抽出手順によって細胞膜から分離することができる。

受容体の構造と作用は、X線結晶構造解析、NMR、円偏光二色性、二重偏光干渉法などの生物物理学的手法を用いて研究することができる。受容体の動的な挙動をコンピュータシミュレーションで解析することで、その作用機序の理解が深まっている。

リガンド結合は平衡過程です。リガンドは受容体に結合し、次の式に示すように質量作用の法則に従って解離します（リガンドLと受容体Rの場合）。括弧内の化学種はそれぞれの濃度を表します。

${\displaystyle {[{\ce {L}}]+[{\ce {R}}]{\ce {<=>[{K_{d}}]}}[{\text{LR}}]}}$

分子が受容体にどれだけ適合するかを示す指標の一つに結合親和性があり、これは解離定数Kd_と反比例の関係にある。適合性が高いほど、親和性が高く、Kdが低い。_最終的な生物学的応答（例えば、セカンドメッセンジャーカスケード、筋収縮）は、相当数の受容体が活性化された後にのみ達成される。

親和性とは、リガンドが受容体に結合する傾向を示す指標である。有効性とは、結合したリガンドが受容体を活性化する能力を示す指標である。

アゴニスト対アンタゴニスト

受容体に結合するリガンドすべてが、その受容体を活性化するわけではない。リガンドには以下の種類がある。

• （完全）アゴニストは受容体を活性化し、強い生物学的反応を引き起こすことができる。特定の受容体に対して最も高い有効性を持つ天然の内因性リガンドは、定義上、完全アゴニスト（有効性100%）である。
• 部分作動薬は、最大結合時であっても受容体を最大有効性で活性化しないため、完全作動薬（有効性0～100%）と比較して部分的な反応しか引き起こさない。
• 拮抗薬は受容体に結合しますが、受容体を活性化しません。その結果、受容体が遮断され、作動薬および逆作動薬の結合が阻害されます。受容体拮抗薬には、受容体をめぐって作動薬と競合する競合型（または可逆型）と、受容体と共有結合（または極めて高い親和性を持つ非共有結合）を形成して受容体を完全に遮断する不可逆型があります。プロトンポンプ阻害薬であるオメプラゾールは、不可逆型拮抗薬の一例です。不可逆型拮抗作用の効果は、新たな受容体の合成によってのみ逆転させることができます。
• 逆作動薬は、受容体の構成的活性を阻害することによって（負の有効性）、受容体の活性を低下させる。
• アロステリック調節薬：これらは受容体の作動薬結合部位には結合せず、代わりに特定のアロステリック結合部位に結合し、作動薬の効果を調節します。例えば、ベンゾジアゼピン（BZD）はGABA _A受容体のBZD結合部位に結合し、内因性GABAの効果を増強します。

受容体作動作用と拮抗作用という概念は、受容体とリガンドの相互作用のみを指し、それらの生物学的効果を指すものではないことに注意してください。

細胞は、特定のホルモンや神経伝達物質に対する受容体の数を増減させることで、様々な分子に対する感受性を変化させることができる。これは局所的に作用するフィードバック機構である。

• 受容体の構造変化により、アゴニストが結合しても受容体が活性化されない状態。これはイオンチャネル受容体で見られる現象である。
• 受容体エフェクター分子の解離は、Gタンパク質共役型受容体で見られる現象である。
• 受容体隔離（内在化）^{[ 18 ]} 、例えばホルモン受容体の場合。

受容体のリガンドは、受容体と同じくらい多様です。GPCR（7TM）は特に大きなファミリーで、少なくとも810のメンバーがあります。また、少なくとも12の内因性リガンドに対するLGICがあり、異なるサブユニット構成によりさらに多くの受容体が可能です。リガンドと受容体の一般的な例には、次のものがあります。^{[ 19 ]}

• K _iデータベース
• イオンチャネル結合受容体
• 神経精神薬理学
• リガンド受容体阻害に対するシルト回帰分析
• シグナル伝達
• 幹細胞マーカー
• MeSHコード一覧（D12.776）
• 受容体理論

• IUPHAR GPCRデータベースおよびイオンチャネルコンペンディウム（ 2019年3月23日時点のアーカイブ）はWayback Machineに保存されています。
• ヒト形質膜受容体ゲノム（ 2019年9月15日にWayback Machineにアーカイブ済み）
• 米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）における細胞表面受容体