韓思達(dá)(綜述) 崔 梅(審校)

(復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 上海 200040)

有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運體3(organic cation transporter 3,OCT3)和OCT1、OCT2共同構(gòu)成 OCTs亞家族,該亞家族是SLC22蛋白家族的一員。OCT3長度為551個氨基酸殘基,共有12個跨膜區(qū)(transmembrane domain,TMD),其中TMD1和TMD2之間有1個胞外環(huán),TMD6和TMD7之間有1個胞內(nèi)環(huán)。2個環(huán)中具有多個磷酸化和糖基化位點,與該轉(zhuǎn)運體功能調(diào)節(jié)有關(guān)。TMD4和TMD10是OCT3底物識別的關(guān)鍵區(qū)域[1-2]。在這12個跨膜區(qū)中,TMD1、2、4、5、7、10和11共同組成了一個疏水腔隙,是各種底物的結(jié)合位點[3]。人OCT3由定位于6q26-q27的SLC22A3基因編碼,基因包含11個外顯子和10個內(nèi)含子,相鄰的外顯子和內(nèi)含子之間以高度保守的GT/AG間接位點相連[2]。該轉(zhuǎn)運體多表達(dá)于腦內(nèi)單胺能神經(jīng)末梢投射區(qū),在腦內(nèi)分布廣泛,如大鼠大小腦皮層、上丘和下丘、海馬回、后隔膜、嗅球顆粒細(xì)胞層、下丘腦背內(nèi)側(cè)核、基底神經(jīng)節(jié)、中縫大核、藍(lán)斑和結(jié)節(jié)乳頭體核等[4-6]。另外,在室周器內(nèi)可觀察到OCT3陽性的神經(jīng)細(xì)胞及纖維投射,腦室內(nèi)的室管膜細(xì)胞也表達(dá)OCT3[5]。

OCT3的轉(zhuǎn)運及活性調(diào)節(jié)OCT3轉(zhuǎn)運的底物包括一些生理性化合物(如單胺類神經(jīng)遞質(zhì))以及一些陽離子型藥物毒物,如1-甲基-4-苯基吡啶(1-methyl-4-phenyl-pyridine,MPP+)、百草枯(paraquat,PQ)等。首先,OCT3是一種低親和力單胺類神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運體(又稱為uptake2),在多巴胺轉(zhuǎn)運體(dopamine transporter,DAT)、去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運體(norepinephrine transporter,NET)和五羥色胺轉(zhuǎn)運體(serotonin transporter,SERT)等高親和力單胺轉(zhuǎn)運體(又稱為uptake 1)飽和或活性下降時,OCT3可作為一種代償機(jī)制發(fā)揮清除突觸間隙內(nèi)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的功能[4,7]。另外,OCT3可以轉(zhuǎn)運很多重要的陽離子型藥物或毒物,如MPP+、PQ、胍丁胺、環(huán)(組氨酸-脯氨酸)二肽、利多卡因、奎尼丁、二甲雙胍等[1]。OCT3抑制劑包括二亞甲基雙氧苯丙胺(3,4- methylene two oxygen methamphetamine,MDMA)、苯環(huán)己哌啶(piperidine,PCP)、可卡因、安非他命、decynium-22(D-22)以及生理水平的糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid,GC)等[8]。

OCT3活性的調(diào)節(jié)主要依靠兩種方式:一種是在翻譯后水平的磷酸化-去磷酸化調(diào)節(jié),包括酪氨酸蛋白激酶、絲/蘇氨酸蛋白激酶、堿性磷酸酶等;另一種是在轉(zhuǎn)錄水平通過Ca2+/CaM 途徑調(diào)節(jié)OCT3活性[1,9]。有研究表明,酪氨酸激酶抑制劑(tyrosine kinase inhibitor,TKI)可以通過抑制src家族的蛋白激酶Yes1,使OCT2酪氨酸磷酸化水平下降,抑制其轉(zhuǎn)運功能。而在OCTs的成員之間具有相同的酪氨酸磷酸化區(qū)域和多脯氨酸的SH3結(jié)合序列,因此TKIs可以調(diào)節(jié)包括OCT3在內(nèi)的所有OCTs蛋白[9]。轉(zhuǎn)錄因子Pet-1是OCT3基因表達(dá)所必需的協(xié)同因子[10]。

在人群中由于單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)差異,不同個體OCT3的轉(zhuǎn)運效能也不同。有研究發(fā)現(xiàn),在甲基安非他命(methamphetamine,MAP)依賴伴多種藥物濫用的患者中,SNP2(rs509707)的基因型頻率和等位基因頻率以及SNP3(rs4709426)的等位基因頻率顯著高于僅對MAP依賴者[11];rs8187717、rs12212246以及rs8187725對OCT3轉(zhuǎn)運組胺和MPP+的能力均有不同程度的影響[12]。這些基因多態(tài)性可能決定了不同個體對神經(jīng)毒物和成癮藥物敏感性的差異。

OCT3在抑郁癥中的作用五羥色胺(5-hydroxy tryptamine,5-HT)和去甲腎上腺素(norepinephrine,NE)均為重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì),在腦內(nèi)含量豐富。5-HT能調(diào)節(jié)情緒和情感,參與抑郁癥的發(fā)病[13]。NE可以通過改變前額葉皮質(zhì)和其他腦區(qū)的神經(jīng)活動模式,增強(qiáng)腦對外界刺激的反應(yīng)性[14],增加腦內(nèi)NE水平具有抗抑郁作用[15]。這兩種神經(jīng)遞質(zhì)均為OCT3的底物,OCT3對抑郁癥患者腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)傳遞具有獨特的影響。

SERT和OCT3都可以轉(zhuǎn)運5-HT。有研究顯示,SERT缺陷小鼠的海馬區(qū)域內(nèi)OCT3 mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均升高,這說明OCT3在SERT功能下降時發(fā)揮重要的代償作用。在應(yīng)用OCT3抑制劑D-22后,SERT缺陷小鼠不僅腦內(nèi)5-HT轉(zhuǎn)運效率明顯下降,抑郁行為也明顯好轉(zhuǎn),而WT小鼠腦內(nèi)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運效率和抑郁行為學(xué)方面未見明顯變化。這進(jìn)一步證明了OCT3在SERT功能下降時才發(fā)揮作用,也提示OCT3的代償性活化、加速5-HT再攝取可能是選擇性5-HT再攝取抑制劑(selective serotonin reuptake inhibitor,SSRI)對部分抑郁癥患者不敏感的原因[16-17],抑制OCT3可能是未來抑郁癥治療的新靶點[18-20]。也有體外實驗發(fā)現(xiàn),三環(huán)類抗抑郁藥(tricyclic antidepressant,TCA)、SSRI等廣泛應(yīng)用于臨床的抗抑郁藥物除了可抑制NET、SERT 等轉(zhuǎn)運體外,還可以非競爭性地抑制OCT3活性,影響單胺類遞質(zhì)轉(zhuǎn)運[21],但是否可因此產(chǎn)生抗抑郁效應(yīng)尚待進(jìn)一步研究。

OCT3還影響了一些抗抑郁藥物的療效。去甲丙咪酯是一種TCAs,通常需要應(yīng)用4～6周后才可發(fā)揮臨床抗抑郁作用。Mooney等[22]通過測量患者在開始治療后1、4和6周血漿及尿液中NE及其代謝產(chǎn)物的水平揭示了這一現(xiàn)象的原因。即:當(dāng)NE轉(zhuǎn)運體被去甲丙咪酯抑制時,OCT3對NE的轉(zhuǎn)運作用代償性增強(qiáng),將NE轉(zhuǎn)運至膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元等細(xì)胞中,進(jìn)一步代謝為甲氧基去甲腎上腺素(methoxy norepinephrine,NMN),NMN可再回到細(xì)胞外,抑制OCT3的功能,從而使NE在突觸間隙內(nèi)富集,產(chǎn)生抗抑郁的療效;人為抑制OCT3可以減少NE向NMN的轉(zhuǎn)化,增強(qiáng)去甲丙咪酯的抗抑郁療效[22]。我國學(xué)者發(fā)現(xiàn),小檗堿具有抑制OCT3和OCT2的作用,阻礙單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的再攝取,可能具有抗抑郁作用[23]。

總之,在經(jīng)典的遞質(zhì)轉(zhuǎn)運體功能下降或飽和時,抑制OCT3可以上調(diào)腦內(nèi)5-HT和NE水平,發(fā)揮抗抑郁作用。OCT3可以作為抑郁癥治療的新靶點。

OCT3在應(yīng)激相關(guān)藥物成癮中的作用OCT3可以間接誘導(dǎo)實驗動物在應(yīng)激條件下對成癮性藥物的復(fù)吸。同時,長期應(yīng)用精神藥物也可以對動物腦內(nèi)OCT3的表達(dá)產(chǎn)生影響。

有多項研究指出,OCT3在應(yīng)激導(dǎo)致的可卡因復(fù)吸機(jī)制中有著重要作用。應(yīng)激因子可以激活下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)(hypothalamus-pituitary-adrenal cortex,HPA)軸導(dǎo)致動物體內(nèi)GCs水平升高。Graf等[24]通過對“自身給藥消退恢復(fù)模型大鼠”的研究,發(fā)現(xiàn)GCs可以誘導(dǎo)模型大鼠在暴露于未達(dá)閾值劑量的可卡因時就產(chǎn)生藥物復(fù)吸行為[24]。McReynold等[25]通過構(gòu)建“條件性位置偏愛模型小鼠”,也指出GCs可以使小鼠產(chǎn)生低于閾值劑量可卡因所致的藥物位置偏好[25]。伏隔核是經(jīng)典的成癮相關(guān)腦區(qū),在伏隔核內(nèi)存在著多巴胺能神經(jīng)元末梢以及OCT3陽性的中型多棘神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。GC可以抑制OCT3對DA的再攝取和清除,上調(diào)局部DA水平,通過相關(guān)神經(jīng)環(huán)路誘導(dǎo)了復(fù)吸行為的產(chǎn)生[26]。然而,應(yīng)激條件下升高的GC不能直接誘導(dǎo)可卡因復(fù)吸行為,而是增加犒賞環(huán)路對藥物相關(guān)因子的敏感性,降低復(fù)吸所需的閾值劑量[24,26]。

對實驗動物反復(fù)應(yīng)用可卡因、安非他命等成癮物質(zhì)可以下調(diào)神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞上OCT3表達(dá),反饋性地影響上述物質(zhì)在腦內(nèi)的藥代動力學(xué)過程,使實驗動物產(chǎn)生相應(yīng)的行為學(xué)變化。如:反復(fù)用安非他命處理Wistar大鼠,可以下調(diào)其腦內(nèi)OCT3表達(dá),使安非他命在腦內(nèi)更易富集,進(jìn)而導(dǎo)致動物出現(xiàn)快速移動等比較穩(wěn)定的行為學(xué)變化;而相同條件下Long-Evans 大鼠由于腦內(nèi)OCT3并未下調(diào),安非他命在腦內(nèi)的藥代動力學(xué)變化不大,因而未產(chǎn)生類似于Wistar大鼠的行為學(xué)變化[27]。

除可卡因、安非他命外,尼古丁可通過有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運體透過血腦屏障,在腦內(nèi)影響兒茶酚胺水平,誘導(dǎo)成癮[28];OCT3在酒精成癮中的作用類似于在誘導(dǎo)應(yīng)激相關(guān)可卡因復(fù)吸中的作用[29-30]。

OCT3在帕金森病中的作用帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一種常見的神經(jīng)退行性疾病,病因不明。其典型病理表現(xiàn)為黑質(zhì)紋狀體多巴胺能神經(jīng)元的進(jìn)行性喪失,神經(jīng)元內(nèi)形成以突觸核蛋白為主要成分的 lewy小體。

目前已發(fā)現(xiàn)多個與PD相關(guān)的基因位點[31](如parkin、PINK1、DJ-1和SNCA、LRRK2等),但這不能完全解釋絕大多數(shù)散發(fā)性PD的病因。有研究表明,環(huán)境中某些特殊的神經(jīng)毒物是散發(fā)性PD的重要病因,1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)和PQ就是兩種具有代表性的神經(jīng)毒物[32]。MPTP因吸毒者吸食不純毒品后表現(xiàn)出類似PD的表現(xiàn)而被發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在已被廣泛用于構(gòu)建PD動物模型;流行病學(xué)調(diào)查已顯示長期小劑量接觸農(nóng)藥和除草劑(PQ是其中的有效成分)者罹患PD的風(fēng)險升高[33-34];一些臨床研究顯示,PQ慢性中毒者腦磁共振成像可發(fā)現(xiàn)彌散張量成像(diffusion tension imaging,DTI)信號異常,提示黑質(zhì)區(qū)域多巴胺能神經(jīng)元丟失所致的腦微結(jié)構(gòu)異常[35]。下面以這兩種毒物為例,闡述OCT3增強(qiáng)MPTP毒性而減弱PQ神經(jīng)毒性的作用,體現(xiàn)了OCT3作用的復(fù)雜性。

MPTP可以自由通過血腦屏障,首先需要在星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)活化為具有毒性的陽離子產(chǎn)物MPP+,再被表達(dá)于該細(xì)胞表面的OCT3轉(zhuǎn)運至細(xì)胞外,最終被多巴胺能神經(jīng)元攝取而發(fā)揮神經(jīng)毒性[48],因此OCT3介導(dǎo)了MPP+的神經(jīng)毒性。

PQ也是一種吡啶類化合物,一般狀況下處于氧化態(tài)(PQ2+),只有被還原劑(小膠質(zhì)細(xì)胞上表達(dá)的NADPH 氧化酶)催化為還原態(tài)(PQ+)時才被DAT轉(zhuǎn)運至神經(jīng)元內(nèi),發(fā)揮神經(jīng)毒性。多巴胺能神經(jīng)元周圍的非多巴胺能神經(jīng)元及星形膠質(zhì)細(xì)胞上分布的OCT3可以攝取細(xì)胞間隙內(nèi)的PQ+,降低細(xì)胞間隙內(nèi)PQ+的濃度,減少了它向多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)的轉(zhuǎn)運,因此發(fā)揮了保護(hù)作用[36]。雖然PQ只特異性地對多巴胺能神經(jīng)元產(chǎn)生殺傷作用,但它們在腦內(nèi)能夠被多種細(xì)胞攝入,甚至可以導(dǎo)致線粒體膜電位異常,只是未在其他類型的細(xì)胞中產(chǎn)生殺傷作用。這和多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)高水平的內(nèi)源性DA、低水平抗氧化酶類有關(guān)[37-38]。

綜上所述,OCT3增強(qiáng)了MPP+的神經(jīng)毒性,減弱了PQ的神經(jīng)毒性。另外,紋狀體星形膠質(zhì)細(xì)胞表面的OCT3可以緩沖神經(jīng)興奮劑安非他命導(dǎo)致的DA水平驟升[47],這體現(xiàn)了表達(dá)于紋狀體的OCT3對多巴胺能神經(jīng)元纖維投射的保護(hù)作用。

隨著PD病程的進(jìn)展和左旋多巴(L-dopa)等替代治療的應(yīng)用,患者黑質(zhì)紋狀體通路中多巴胺能神經(jīng)元胞體和投射大量喪失,首先清除DA的高親和力轉(zhuǎn)運體DAT數(shù)量和功能隨之下降,繼而低親和力轉(zhuǎn)運體如OCT3功能亢進(jìn),代償DAT清除DA的功能。這不僅削弱了L-dopa的療效[39],也造成了腦內(nèi)DA轉(zhuǎn)運和代謝的異常[40]。這種DA水平異常是進(jìn)展期PD患者腦內(nèi)多巴胺環(huán)路相關(guān)結(jié)構(gòu)“神經(jīng)可塑性的非適應(yīng)性改變(maladaptation plasticity)”的體現(xiàn),而這種病理性改變是左旋多巴誘發(fā)異動癥(L-dopa induced dyskinesia,LID)的重要機(jī)制[41-42]。OCT3是否通過調(diào)節(jié)DA水平參與了這兩種并發(fā)癥的發(fā)病尚待進(jìn)一步研究。因此,拮抗OCT3等低親和力轉(zhuǎn)運體的功能是進(jìn)展期PD治療的新方向。

OCT3的其他功能OCT3除了和上述3種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)外,在不同的生理病理狀態(tài)下尚有一些其他的功能。在細(xì)胞實驗和在體實驗中都發(fā)現(xiàn),應(yīng)用GCs抑制正常細(xì)胞表面的OCT3可以增加放射性碘在瘤體細(xì)胞中的聚集,增加了治療的選擇性和有效性[43]。還有研究發(fā)現(xiàn),在急性腦缺血的實驗動物腦內(nèi),抑制OCT3可以顯著增加病灶內(nèi)組胺濃度,還可激活輔助性T細(xì)胞,最終減少腦梗死面積[44]。當(dāng)環(huán)境導(dǎo)致血漿滲透壓改變時,OCT3還具有調(diào)節(jié)水鹽攝入的功能,體現(xiàn)了OCT3在基本生命活動中的作用[45]。另外,研究者在杏仁核夾層細(xì)胞組織內(nèi)的酪氨酸羥化酶陽性胞體以及軸突周圍細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)了大量OCT3 的表達(dá),說明OCT3可能通過調(diào)節(jié)杏仁核內(nèi)多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞,改變恐懼、焦慮樣的行為[46]。

結(jié)語關(guān)于OCT3的研究將圍繞其轉(zhuǎn)運機(jī)制,在疾病的發(fā)病機(jī)制方面進(jìn)一步探索其對神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的“潛在”影響;在藥物治療方面,利用OCT3的作用特點對藥物代謝動力學(xué)的影響提高藥物療效,開發(fā)針對OCT3的新型藥物。

OCT3和HPA軸的聯(lián)系體現(xiàn)了OCT3在體內(nèi)分布的廣泛性和作用的多樣性。HPA軸對OCT3的調(diào)節(jié)不僅體現(xiàn)在5-HT[49]和應(yīng)激相關(guān)性成癮方面,可能還與各種單胺類遞質(zhì)異常相關(guān)的神經(jīng)精神性疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物療效或不良反應(yīng)、內(nèi)分泌疾病相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)病變和神經(jīng)免疫等有關(guān),值得進(jìn)一步研究。