楊 光,韓 毅,楊建新*

(1山西醫(yī)科大學麻醉學系,太原 030001;2山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院麻醉科;*通訊作者,E-mail:yangjxin66@163.com)

1994年,就在μ、δ、κ阿片肽受體被克隆不久以后,一些研究團隊確定了一種與阿片受體同源性較高的G蛋白偶聯(lián)受體[1],不過這種G蛋白偶聯(lián)受體對阿片類配體的親和力卻很低,因此,這種受體被暫時命名為阿片受體1(ORL1)。1年后,兩個研究團隊各自確定了阿片受體1的配體,它是一種十七肽物質[2],被命名為孤啡肽(NOP)。后國際藥理學聯(lián)合會將其納入阿片肽受體家族的一個子范疇。本文就孤啡肽受體的結構組成、孤啡肽前體及信號轉導、孤啡肽受體與N型鈣離子通道的相互作用、孤啡肽受體的分布和組織功能等方面進行系統(tǒng)的闡述。

1 孤啡肽受體的結構

對人和大鼠的cDNA文庫篩選發(fā)現(xiàn),兩者的孤啡肽受體氨基酸數(shù)目十分接近,人的為370個氨基酸殘基,分子量約40 690[3];大鼠的為367,分子量為40 529[4]。兩者之間的同源性高達92%。它們均具有7個疏水區(qū)域,對應于7個跨膜區(qū)域。編碼人的孤啡肽受體的cDNA約為3.2-3.3 kb,編碼大鼠孤啡肽受體的cDNA約為3.1 kb。孤啡肽受體屬G蛋白偶聯(lián)的受體,正如阿片受體及多數(shù)與G蛋白偶聯(lián)的受體那樣,人的孤啡肽受體也存在一些翻譯后修飾位點,如在N-端有3個門冬酰胺殘基與糖基化有關;在第一和第二胞外環(huán)上各有一個半胱氨酸殘基,與受體的穩(wěn)定性有關[3]。

人的孤啡肽受體與以往克隆出的阿片受體在結構上有許多類似之處,就其同源性而言,在所有跨膜區(qū)內(nèi)為67%,在第二和第三跨膜區(qū)內(nèi)可大于82%,第七跨膜區(qū)內(nèi)為80%,在胞漿環(huán)內(nèi)為75%,但在N-端、第二和第三胞外環(huán)以及C-端則明顯不同。人的孤啡肽受體在第二和第三個跨膜區(qū)內(nèi)各含一個門冬氨酸殘基,分別是結合激動劑和受體結構調(diào)節(jié)的關鍵部位【5】,這為孤啡肽受體的特殊作用提供了結構基礎。

2 孤啡肽前體及其受體的信號轉導

孤啡肽是由一種名為“前孤啡肽原”的大型前體物質產(chǎn)生的,它由176個氨基酸組成,位于人類染色體8p21,可編碼兩個額外的肽類物質孤啡肽-Ⅱ和痛穩(wěn)素[6]。由于二者精確的細胞作用靶點仍未知,所以對于孤啡肽-Ⅱ和痛穩(wěn)素的作用靶點一直是人們激烈討論的主題。孤啡肽-Ⅱ有著鎮(zhèn)痛作用,同時可增加嚙齒動物的自發(fā)性活動[7]。而關于痛穩(wěn)素,通常它可以逆轉由孤啡肽介導的谷氨酸釋放作用,從而影響某些遞質的釋放,同時還會損傷大腦的學習和記憶功能?，F(xiàn)已明確,痛穩(wěn)素不與孤啡肽受體相互作用,但其細胞的精確作用靶點仍然未知。

與阿片受體相似,孤啡肽受體也可以抑制腺苷酸環(huán)化酶,激活內(nèi)向整流鉀通道,通過耦合G蛋白關閉鈣通道。然而,與阿片受體相反,孤啡肽受體已經(jīng)被Klukovits等[8]證實還可以結合對百日咳毒素非敏感型的G蛋白如Gz、G16、Gs。

Han等[9]的研究發(fā)現(xiàn),活化的孤啡肽受體可觸發(fā)細胞內(nèi)各種信號轉導事件,包括腺苷酸環(huán)化酶活性的調(diào)節(jié)和PKC,PLA2,PLC,ERK1/2,p38,MAPK,JNK,以及NF-κB的激活。

由孤啡肽受體介導的抑制性神經(jīng)遞質的釋放是它調(diào)節(jié)多種生物功能的基礎。孤啡肽受體活化后通過突觸前抑制、調(diào)節(jié)電壓門控鈣通道以及內(nèi)向整流鉀通道,降低了神經(jīng)元的興奮性同時減少了包括去甲腎上腺素、多巴胺、5-羥色胺、乙酰膽堿和谷氨酸等[10]神經(jīng)遞質的釋放。

綜上可以看出,孤啡肽受體的信號轉導是一個精細而復雜的生物學過程,其具體機制還有待于進一研究。

3 孤啡肽受體的分布及其組織功能

孤啡肽受體及它的配體孤啡肽廣泛表達于嚙齒動物、非人靈長類動物以及人類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)、外周神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)以及許多外周器官。尤其是孤啡肽受體在脊髓背根神經(jīng)節(jié)、背角和腹角,大腦的前腦,包括皮質區(qū)、嗅覺區(qū)、丘腦,以及各種邊緣結構,如海馬、中隔的終紋床核、杏仁復合體,還有在下丘腦中一些參與情緒加工的核團中表達。孤啡肽受體同時也位于大腦5-羥色胺能、去甲腎上腺素能以及多巴胺能的核團中,比如中縫核、藍斑、孤束核、腹側被蓋區(qū)和黑質等。同時,Mollereau等[11]的研究也發(fā)現(xiàn)了有關孤啡肽及其受體在人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的表達模式。

研究發(fā)現(xiàn)孤啡肽受體還在其他外周組織中表達,即在嚙齒動物以及人類淋巴細胞中、兔眼視網(wǎng)膜中、大鼠心臟內(nèi)都有表達[12]。正是由于孤啡肽受體的廣泛分布,所以孤啡肽可以調(diào)節(jié)許多生理反應,包括緊張、焦慮、食物攝入、學習記憶、運動等活動,以及呼吸系統(tǒng)功能、免疫系統(tǒng)功能、泌尿系統(tǒng)功能、心血管功能和腎功能等。孤啡肽受體還能夠識別節(jié)前或節(jié)后的交感和副交感神經(jīng)纖維,支配血管和心臟,參與孤啡肽的心血管效應,并可能在原發(fā)性高血壓、心肌缺血及腦缺血的病理生理學中發(fā)揮一定作用[13,14]。

4 孤啡肽受體與N型鈣離子通道的相互作用

與G蛋白偶聯(lián)的孤啡肽受體的激活已經(jīng)被證實可以阻止Cav2.2 N型鈣離子通道的開放,從而減輕疼痛[15]。Stafford等[16]的最新研究顯示孤啡肽受體和N型鈣離子通道激活后可以形成一種信號復合物,使離子通道內(nèi)化成囊泡間隔,有效地阻止鈣離子內(nèi)流入細胞,從而延長激活持續(xù)時間。但最近的一項對孤啡肽敏感型大鼠亞群的脊髓背根神經(jīng)節(jié)的研究發(fā)現(xiàn),雖然給予孤啡肽后可抑制脊髓背角傳入神經(jīng)元的興奮性突觸后電位,但它并沒有使得胞體或者背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)末梢中N型鈣離子通道發(fā)生內(nèi)化現(xiàn)象,也就無法阻止鈣離子內(nèi)流入細胞,減輕疼痛[17]。其他研究揭示了即使缺乏孤啡肽,其受體仍然可以抑制N型鈣離子通道。因此,雖然人們在孤啡肽受體系統(tǒng)可抑制N型鈣離子通道的能力上達成一致,但是有關具體是哪種方式控制鈣離子通道的活動及其調(diào)控的精確機制仍在探索中。

5 孤啡肽受體與μ-阿片肽受體(MOP)的相互作用

在嚙齒動物中,人們已經(jīng)用原位雜交技術、免疫組化法、PCR法在基因轉錄和蛋白質翻譯水平上對孤啡肽受體進行了大量的研究。Rojewska等[18]通過免疫組化研究表明NOP受體和MOP受體分別在各自區(qū)域參與痛覺信號的處理。Gunduz等[19]運用膜片鉗技術研究孤啡肽和嗎啡在抑制大鼠脊髓背根神經(jīng)節(jié)細胞的N型鈣離子通道開放的實驗中證明了NOP受體和MOP受體在同一神經(jīng)元上存在功能上的協(xié)同作用。同時在人類神經(jīng)母細胞瘤細胞中也發(fā)現(xiàn)了NOP、MOP受體細胞共同表達以及二者的異源二聚化現(xiàn)象[20,21]。在神經(jīng)性疼痛大鼠模型中,脊髓注射MOP、δ-阿片肽(DOP)、κ-阿片肽(KOP)受體激動劑可導致大鼠發(fā)生痛覺過敏現(xiàn)象,而腦室注射孤啡肽也會使大鼠痛覺過敏[22]。另外對孤啡肽基因敲除小鼠在急性熱損傷時的研究和糖尿病小鼠在熱痛覺過敏條件下的研究也闡明NOP與阿片受體之間存在復雜的相互作用[23],在此不再一一贅述。綜上所述,MOP以及其他阿片受體的確可與NOP受體以某種復雜的方式相互作用,表明在一定的實驗條件下MOP或許也可協(xié)助增加NOP受體介導的鎮(zhèn)痛效應。

6 孤啡肽受體及阿片受體系統(tǒng)在痛覺調(diào)控中的相互作用

側腦室注射孤啡肽不僅引起痛敏作用,還能對抗內(nèi)源性或外源性阿片肽的鎮(zhèn)痛,腦室注射孤啡肽對于μ、κ及σ阿片受體所介導的鎮(zhèn)痛都有拮抗作用[24]。由于孤啡肽本身并不和其他的阿片受體相結合,推測孤啡肽的這種對抗作用是由于孤啡肽與其受體結合后通過一定的神經(jīng)通路而引起的功能對抗。而Pan等[25]的研究結果提示孤啡肽在延髓頭端腹內(nèi)側區(qū)(RAM)神經(jīng)元中的作用,這從另一個方面解釋了孤啡肽的抗阿片作用?？傮w而言,在RAM的神經(jīng)元中存在這兩種細胞:“初級細胞”和“次級細胞”,孤啡肽對這兩種細胞起的都是抑制的作用,在阿片物質和孤啡肽同時作用于RAM的神經(jīng)元時,這種抑制作用調(diào)節(jié)了兩種細胞之間的平衡狀態(tài),也因此產(chǎn)生了不同的效應。

脊髓水平給予大劑量的孤啡肽可產(chǎn)生明顯的鎮(zhèn)痛作用[26],也有報道表明鞘內(nèi)注射孤啡肽可促進和協(xié)同嗎啡所產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛[27];而Yu等[28]則報道5-10 nmol的孤啡肽在脊髓水平上引起的鎮(zhèn)痛作用不僅可被孤啡肽受體專一性拮抗劑[Nphe1]NC(1-13)NH2所拮抗,也能被μ和σ受體拮抗劑所拮抗,表明此鎮(zhèn)痛作用有內(nèi)源性阿片系統(tǒng)參與其中。

孤啡肽受體與阿片受體之間具有50%左右的同源性。而在痛覺調(diào)節(jié)的生理過程中,孤啡肽的作用同樣與阿片肽的作用緊密相連。在脊髓和脊髓以上水平,孤啡肽與阿片系統(tǒng)之間的作用并不相同,說明了其作用于機體痛覺調(diào)節(jié)過程的復雜性。值得注意的是,孤啡肽受體的專一性拮抗劑[Nphe1]NC(1-13)NH2不僅可以減輕機體對嗎啡的耐受作用,本身還具有不產(chǎn)生耐受的鎮(zhèn)痛作用[28],顯示其可成為新藥的良好前景。

7 孤啡肽受體的應用前景

雖然孤啡肽受體與阿片受體有著很高的序列相似度,但有研究表明二者在內(nèi)源性配體選擇上、信號轉導、磷酸化作用、脫敏現(xiàn)象等方面有著顯著不同[29]。孤啡肽受體在外周功能表達與調(diào)控以及其在痛覺傳導通路中的中心位置展示了其在神經(jīng)性和炎性疼痛下確實有著高度的可塑性以及應用前景。在嚙齒動物中,全身給予孤啡肽受體激動劑可以在神經(jīng)性與炎性疼痛的動物模型上產(chǎn)生抗變態(tài)反應。但是,他們大多在應對急性疼痛上是無效的,反而還會誘發(fā)嚴重的運動系統(tǒng)副作用[30]。與之相反的是,非人靈長類動物全身給予孤啡肽受體激動劑后卻表現(xiàn)出有效的鎮(zhèn)痛作用同時鮮有運動系統(tǒng)的副作用。此外,在非人靈長類動物中,同時激活孤啡肽受體與μ阿片受體可以協(xié)同產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用[31]。雖然孤啡肽對各個物種鎮(zhèn)痛的效力以及產(chǎn)生耐受性的機制目前還不是很明確,但隨著調(diào)查研究的深入,相信這些謎團終將撥云見日。因此,孤啡肽受體激動劑依然有很大可能在臨床中成為治療急慢性疼痛的有效鎮(zhèn)痛劑。

8 結論

雖然孤啡肽受體系統(tǒng)與阿片受體系統(tǒng)具有很高的同源性,但二者在分子、細胞和行為水平上都存在明顯的差異。孤啡肽受體系統(tǒng)在受到慢性疼痛刺激時可與阿片受體系統(tǒng)相互作用,在此條件下產(chǎn)生強大的鎮(zhèn)痛作用,全身給予孤啡肽受體激動劑可以在非人靈長類動物中發(fā)揮出強有效的鎮(zhèn)痛作用,而在嚙齒類動物疼痛模型中卻缺乏這種鎮(zhèn)痛作用。在一定疼痛狀態(tài)下或與MOP受體相互作用的條件下,孤啡肽受體系統(tǒng)展現(xiàn)出獨特的可塑性,將為阿片類藥物研究領域提供新的研究方向。雖然我們對嚙齒動物孤啡肽受體的理解仍然有許多現(xiàn)實的差距,但我們對孤啡肽受體激動劑在非人靈長類動物上的鎮(zhèn)痛效果和耐受性的研究將會更引人注目。我們希望通過探索經(jīng)脊髓不同節(jié)段注射孤啡肽受體激動劑對非人靈長類動物鎮(zhèn)痛效果的影響,以及尋找在炎性疼痛時孤啡肽受體發(fā)生功能敏化的調(diào)節(jié)機制等,嘗試建立起一個完善的通路,來幫助我們判斷在各類疼痛條件下它們是否具有作為新型鎮(zhèn)痛藥的潛力。關于孤啡肽受體新的生理功能的發(fā)現(xiàn)及相關機制的研究仍是未來孤啡肽受體研究的重要方向,這將是孤啡肽受體激動劑從實驗探索階段成功過渡到臨床使用階段的關鍵一步。

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