劉思昶,付 強(qiáng),彭清華,胡貞貞

(1.南昌大學(xué)a.瑪麗女王學(xué)院2019級(jí);b.第一附屬醫(yī)院麻醉科;2.江西省腫瘤病原學(xué)和分子病理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.江西省人民醫(yī)院呼吸科二部,南昌 330006)

可卡因-苯丙胺調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄(CART)肽廣泛地參與各種生理活動(dòng),同時(shí)在許多病理進(jìn)程中起著關(guān)鍵作用。CART肽在藥物成癮中的作用被發(fā)現(xiàn)后迅速成為了近年來神經(jīng)肽方面的研究熱點(diǎn)。筆者綜述CART肽及其在生理活動(dòng)與慢性神經(jīng)精神疾病中的作用與機(jī)制,旨在為CART肽應(yīng)用于慢性神經(jīng)精神疾病的治療提供參考。

1 CART肽的發(fā)現(xiàn)及分布

CART肽是近年發(fā)現(xiàn)的多肽類神經(jīng)遞質(zhì)之一,與進(jìn)食、獎(jiǎng)賞和強(qiáng)化、發(fā)育、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)和壓力等生理活動(dòng)有關(guān)。CART肽基因于1981年首次被發(fā)現(xiàn),其翻譯所產(chǎn)生的CART肽被認(rèn)為是一種類似生長(zhǎng)抑素的多肽類物質(zhì)。CART肽基因在人和小鼠中均有發(fā)現(xiàn)[1]。迄今為止,已發(fā)現(xiàn)至少6種CART蛋白/多肽存在于嚙齒動(dòng)物和人類體內(nèi),其中一部分已被純化、測(cè)序。

通過原位雜交實(shí)驗(yàn)[2-3]觀察CART基因的分布及免疫熒光實(shí)驗(yàn)[3-4]觀察其蛋白的定位已基本確認(rèn)CART肽在體內(nèi)的分布情況。CART肽分布于神經(jīng)系統(tǒng)、腸道、腦下垂體、腎上腺髓質(zhì)和胰島等許多區(qū)域。在大腦中,伏隔核(NAc)和下丘腦的超微結(jié)構(gòu)顯示CART肽的免疫反應(yīng)僅存在于神經(jīng)元內(nèi)大而密集的囊泡中,因此,有學(xué)者[5]認(rèn)為CART肽本身可作為一種神經(jīng)遞質(zhì)存在。而且,CART肽與藥物成癮密切相關(guān)的大腦獎(jiǎng)賞環(huán)路中的許多區(qū)域都有表達(dá),包括NAc、腹側(cè)蒼白球、杏仁核與腹側(cè)被蓋區(qū),推測(cè)CART肽在藥物成癮過程中扮演著重要角色。有研究[6]表明NAc殼中CART肽存在于γ-氨基丁酸(GABA)能的中型棘突神經(jīng)元,其表達(dá)水平受精神興奮劑藥物的影響。目前CART肽信號(hào)通路與GABA能信號(hào)通路的關(guān)系還有待探究。視網(wǎng)膜、嗅球和脊髓背側(cè)的神經(jīng)元中,高濃度的CART肽起到感覺信息處理加工的作用;下丘腦、垂體、腎上腺髓質(zhì)和血液的CART肽起到內(nèi)分泌調(diào)節(jié)肽的作用[7]。

2 CART肽對(duì)生理活動(dòng)的調(diào)控

2.1 CART肽在進(jìn)食調(diào)控中的作用

哺乳動(dòng)物攝食行為依賴于多種神經(jīng)刺激和下丘腦抑制性神經(jīng)肽的調(diào)節(jié),如食欲調(diào)節(jié)因子。有研究[8]證實(shí)CART肽與食物攝入調(diào)節(jié)因子有關(guān),且參與體重調(diào)節(jié)。CART基因敲除(CART-KO)后小鼠體重增加,而在肥胖大鼠腦室內(nèi)注射CART能抑制其體重繼續(xù)增加,表明CART肽能直接抑制進(jìn)食行為。此外,CART肽能通過抑制神經(jīng)肽Y而減少進(jìn)食行為。

有研究[2]顯示瘦素與CART表達(dá)有關(guān)。由脂肪組織釋放的瘦素通過激活弓狀核中的神經(jīng)元,進(jìn)而可上調(diào)食欲相關(guān)的CART肽基因和蛋白的表達(dá)。瘦素基因過表達(dá)誘導(dǎo)高瘦素血癥的大鼠或使用高脂飼料喂養(yǎng)8周后的大鼠,都增加大腦內(nèi)下丘腦組織中CART的表達(dá)。在瘦素功能紊亂或受到抑制的肥胖小鼠的弓狀核中,CART幾乎不表達(dá),但可通過腹腔注射瘦素恢復(fù)CART濃度[2]。

另有研究[8]發(fā)現(xiàn)CART肽可影響瘦素的分泌。腦室內(nèi)注射的CART拮抗劑可抑制中樞CART信號(hào),并通過抑制瘦素的分泌而增加食物攝入,表明內(nèi)源性CART增加瘦素的分泌而抑制食物攝入。此外,下丘腦CART肽含量隨進(jìn)食狀態(tài)而改變,空腹時(shí)其含量減少,而進(jìn)食后下丘腦CART表達(dá)增加。與調(diào)控能量平衡相關(guān)的信號(hào)分子,如攝食抑制肽、胰島素、瘦素和縮膽囊肽,通過增加下丘腦CART基因水平的表達(dá)激活內(nèi)源性CART信號(hào)通路活性,減少食物攝入。雖然CART能明顯減少食物攝入,但也有證據(jù)顯示它在不同腦區(qū)起到相反作用。當(dāng)CART被傳遞至不同的下丘腦核(包括弓狀核、室旁核)時(shí),在禁食和飽食大鼠中都觀察到攝食行為的增加[9]。

2.2 CART肽在激素調(diào)節(jié)中的作用機(jī)制

CART在胰島和胰腺神經(jīng)元中廣泛表達(dá),提示CART在胰島功能中發(fā)揮重要作用。有實(shí)驗(yàn)[10]表明,CART依賴細(xì)胞內(nèi)升高的環(huán)磷酸腺苷(c AMP)提升葡萄糖刺激胰島素分泌(GSIS)的效果,促進(jìn)胰島β細(xì)胞的胰島素分泌。其調(diào)節(jié)機(jī)制主要與細(xì)胞c AMP升高導(dǎo)致蛋白激酶A(PKA)的活化放大相關(guān)。而在缺乏c AMP升高,即僅有GSIS的情況下,CART肽導(dǎo)致離體大鼠胰島的胰島素分泌減少。這種胰島素分泌減少,一方面是由于胰島β細(xì)胞中c AMP濃度降低,CART無法對(duì)GSIS發(fā)揮強(qiáng)化作用,另一方面c AMP降低會(huì)減少胰高血糖素的分泌。另外,在完全缺乏c AMP升高劑的情況下,CART肽抑制離體大鼠胰島生長(zhǎng)抑素分泌。由于生長(zhǎng)抑素同時(shí)抑制胰島素和胰高血糖素分泌,因此生長(zhǎng)抑素分泌降低并不一定導(dǎo)致胰島素分泌增加[11]。CART肽通過鈣離子和c AMP/PKA信號(hào)通路,改變?chǔ)录?xì)胞相關(guān)基因的表達(dá),上調(diào)部分基因的表達(dá)水平,如鏈裂解突觸相關(guān)膜蛋白基因-25(SNAP25)和囊泡相關(guān)膜蛋白基因-2(Vamp2)等,降低部分基因的表達(dá)水平,如突觸融合蛋白-1A基因(Stx1a)和突出結(jié)合蛋白-4基因(Syt4),從而使細(xì)胞內(nèi)胰島素原與成熟胰島素囊泡的濃度上升[12]。同時(shí)CART肽增加β細(xì)胞對(duì)于葡萄糖的攝入,從而使三磷酸腺苷(ATP)濃度升高,加速囊泡釋放速率。

CART肽調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-甲狀腺、下丘腦-垂體-腎上腺和下丘腦-垂體-性腺軸的活動(dòng),從而控制多種激素的分泌與釋放。在弓狀核(Arc)、室旁核(PVN)、下丘腦外側(cè)區(qū)(LHA)、下丘腦背中核(DMH)、腹側(cè)乳頭體前核(PMV)、視交叉后區(qū)(RCA)等區(qū)域均有CART基因或蛋白的分布[6]。室旁核CART與含有血管加壓素(VP)和促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)的神經(jīng)元共存;腦室內(nèi)注射CART增加含CRH神經(jīng)元環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)的磷酸化,從而調(diào)節(jié)多種下丘腦及垂體激素的分泌作用[13]。例如,已有對(duì)成年公雞垂體的研究[14]表明促性腺素釋放激素(Gn RH)能有效刺激垂體CART分泌,提高循環(huán)中CART水平。GnRH1誘導(dǎo)的CART基因表達(dá),其機(jī)制主要與激活磷脂酶C(PLC)/三磷酸肌醇(IP3)/鈣離子信號(hào)通路活性相關(guān),例如,鈣磷酸蛋白C和PD98059(一種啡呔抑制劑)抑制GnRH1誘導(dǎo)的雞垂體細(xì)胞CART基因表達(dá)[14]。另外,蛋白激酶C(PKC)/啡呔(MEK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK2)信號(hào)通路調(diào)控GnRH1誘導(dǎo)CART表達(dá)過程。此外,GnRH1增強(qiáng)垂體細(xì)胞中的CREB磷酸化,誘導(dǎo)CART表達(dá)。腺苷酸環(huán)化酶(AC)激活劑與GnRH1作用一致。

3 CART肽對(duì)慢性神經(jīng)精神疾病的調(diào)控作用

3.1 精神興奮藥物成癮中CART肽的調(diào)控

NAc腦區(qū)CART肽神經(jīng)元投射至腹側(cè)被蓋區(qū)和大腦黑質(zhì)的GABA能神經(jīng)元亞群。NAc腦區(qū)含有CART肽的GABA能神經(jīng)末端與腹側(cè)蒼白球的GABA能突觸形成對(duì)稱突觸[15]。已有研究[16]證明,可卡因、咖啡因和安非他命等成癮藥物增加NAc區(qū)域CART肽表達(dá)水平。在針對(duì)各種藥物刺激的反應(yīng)中,CART水平在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)變化相當(dāng)快,CART水平在給藥時(shí)升高,過程中達(dá)到峰值,并在結(jié)束時(shí)恢復(fù)正常,以應(yīng)對(duì)重復(fù)刺激。不同腦區(qū)中的CART對(duì)藥物成癮的行為改變存在相反的作用,向腹側(cè)被蓋區(qū)定位注射CART肽會(huì)引起大鼠活動(dòng)性增加,并產(chǎn)生強(qiáng)烈的位置偏好;而向NAc定位給藥后,CART肽抑制大鼠的活動(dòng)性。當(dāng)同時(shí)向NAc腦區(qū)定位給安非他命和CART時(shí),大鼠受藥物的影響而產(chǎn)生的神經(jīng)興奮性顯著降低[16-18]。目前,CART肽在NAc的作用機(jī)制已大致被確認(rèn)。CART肽被定位注射至NAc后,會(huì)降低胞內(nèi)鈣離子濃度,抑制G蛋白及其下游的c AMP信號(hào)通路?？Х纫蛲ㄟ^多巴胺受體,激活c AMP-PKA-反應(yīng)磷酸結(jié)合蛋白反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(pCREB)通路,增加CART的表達(dá)水平[19]。本課題組研究[19]證實(shí)腹腔注射精神興奮藥物導(dǎo)致NAc區(qū)CART肽表達(dá)上調(diào),腦立體定位注射CART肽至NAc阻斷成癮藥物敏感化的產(chǎn)生。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)CART肽減弱可卡因激活的鈣離子信號(hào)通路,通過抑制磷酸化鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱα(Ca MKⅡα)-多巴胺D3受體(D3R)的相互作用促進(jìn)D3R去磷酸化。CART肽降低D3R磷酸化水平并抑制c AMPPKA-pCREB信號(hào)通路,阻斷可卡因成癮大鼠的行為敏感性產(chǎn)生。

3.2 酒精成癮中CART肽的調(diào)控

有研究[20]表明,CART肽參與酒精成癮相關(guān)過程。在反復(fù)給藥后建立的大鼠模型[21]中,酒精刺激可招募弓狀核中的CART神經(jīng)元,并增加NAc中CART肽的含量。與對(duì)照組相比,CART基因敲除小鼠攝入的酒精減少。腦室內(nèi)給予CART肽減少大鼠攝入酒精的次數(shù),這表明CART肽可能參與藥物尋求行為的消除[19-22],并在減弱藥物成癮性方面發(fā)揮作用[23]。乙醇消費(fèi)對(duì)大腦產(chǎn)生強(qiáng)化刺激和獎(jiǎng)勵(lì),而從腹側(cè)被蓋區(qū)到NAc中腦邊緣的多巴胺能通路在這些過程中起著核心作用。已有研究[24]通過比較CART-KO小鼠和野生型(WT)小鼠的乙醇攝入行為來探究CART在乙醇攝入中的作用。與WT小鼠相比,CART-KO小鼠攝入的乙醇較少,對(duì)乙醇的偏好較低。

杏仁中央核(CeA)CART細(xì)胞是蛋白激酶Cδ(PKCδ)細(xì)胞的一個(gè)亞種。Ce A中的CART信號(hào)被應(yīng)激誘導(dǎo)的酒精激活并釋放。育亨賓(腎上腺素能拮抗劑)導(dǎo)致CeA內(nèi)源性CART的釋放,這有助于減少飲酒次數(shù);然而,在沒有藥物應(yīng)激的情況下,外源性CART在Ce A內(nèi)的使用并不會(huì)減少飲酒行為[22],這種效應(yīng)并不是通過減少飲酒的動(dòng)機(jī)來調(diào)節(jié),而是減少了戒酒期間的應(yīng)激焦慮。

3.3 在阿爾茨海默病中CART肽的調(diào)控

CART肽在緩解阿爾茨海默病(AD)的臨床癥狀方面具有一定作用。有實(shí)驗(yàn)[25]表明,CART肽顯著減少AD模型鼠皮層及海馬內(nèi)β淀粉樣蛋白(Aβ)的沉積。與CART肽處理前相比,處理后的小鼠海馬組織中Aβ降解酶腦啡肽酶(NEP)、胰島素降解酶(IDE),和Aβ由腦內(nèi)向血中轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)酶低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白-1(LRP-1)水平顯著提高,而Aβ由血向腦內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)酶高度糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)表達(dá)水平則顯著下降。CART能夠通過調(diào)節(jié)糖原合成酶激酶(GSK3β)抑制Tau蛋白磷酸化,抑制絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路的激活,降低c-Jun氨基末端激酶(JNK)及p38的磷酸化水平,同時(shí)提高絲-蘇氨酸蛋白激酶(SIK)的活性,促進(jìn)Aβ蛋白的降解,減小其對(duì)神經(jīng)元的影響。有體內(nèi)研究[26]也證明CART能夠通過調(diào)節(jié)Aβ代謝酶表達(dá)抑制Aβ沉積,從而提高AD模型鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力。

3.4 抑郁癥中CART肽的調(diào)控

CART肽存在于多數(shù)與抑郁癥發(fā)生發(fā)展相關(guān)的腦區(qū),如海馬、杏仁核、下丘腦和藍(lán)斑等。在抑郁動(dòng)物模型[27]中,額葉皮層CART基因表達(dá)下調(diào)。此外,有證據(jù)[28]顯示CART肽與焦慮和抑郁的加重有關(guān)。具有焦慮和抑郁特征的患者CART肽水平升高。攜帶CART突變的成人更易表現(xiàn)抑郁和焦慮。在抑郁動(dòng)物模型中杏仁中央核的CART免疫反應(yīng)受到抑制,同時(shí),腦室內(nèi)給藥CART可誘導(dǎo)大鼠出現(xiàn)抗抑郁表型。因此,CART可被認(rèn)為是治療抑郁癥的一個(gè)新的治療靶點(diǎn)[29-30]。

血清素(5-HT)系統(tǒng)能與起源于下丘腦外側(cè)的CART肽系統(tǒng)相互作用,能夠刺激與應(yīng)激相關(guān)的其他大腦區(qū)域。已有研究[30-31]發(fā)現(xiàn),CART的免疫反應(yīng)、下丘腦室旁核和5-HT能的中縫背側(cè)神經(jīng)元之間存在相互聯(lián)系。中縫背核和NAc定位注射CART肽增加5-HT外排[31]。5-HT激活對(duì)應(yīng)受體增強(qiáng)多巴胺能信號(hào)通路,產(chǎn)生抗抑郁作用,其作用機(jī)制與通過c AMP/PKA信號(hào)通路上調(diào)NAc中CART的表達(dá)相關(guān)。這些觀察結(jié)果支持CART肽對(duì)血清素系統(tǒng)的保護(hù)作用。

抑郁癥的發(fā)病機(jī)制與CART肽調(diào)控下丘腦-垂體-腎上腺軸作用機(jī)制相關(guān)。抑郁癥患者腦脊液中促腎上腺皮質(zhì)激素水平升高,皮質(zhì)醇水平增高,證明下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)在抑郁癥中起到關(guān)鍵作用[30]。后垂體和下丘腦通過促皮質(zhì)素釋放因子(CRF)和糖皮質(zhì)激素合成和分泌大量CART肽[32]。CART肽通過影響CRF水平,上調(diào)HPA軸中促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和皮質(zhì)酮的循環(huán)水平。CART肽在HPA軸相關(guān)的應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

CART在額葉皮質(zhì)、紋狀體、NAc、杏仁核、下丘腦等腦區(qū)發(fā)揮作用,參與抑郁癥發(fā)展過程。GABA能和谷氨酸能通路與獎(jiǎng)賞過程、焦慮和狂躁有密切關(guān)系。CART肽增強(qiáng)了杏仁體和海馬體之間谷氨酸能系統(tǒng)的壓力抑制交互作用,在調(diào)節(jié)焦慮和抑郁樣行為中發(fā)揮重要作用。NAc區(qū)注射CART肽可以降低Ca2＋通道活性,依賴Ca MKIIa的表達(dá)抑制N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDAR)表達(dá)水平,抑制神經(jīng)元的興奮性。實(shí)驗(yàn)表明CART肽對(duì)G蛋白門控的內(nèi)向整流鉀離子通道(GIRK)信號(hào)通路有顯著的正向作用,而已知GIRK通道對(duì)抑郁樣行為有調(diào)節(jié)作用[15]。NMDAR可直接激活GIRK通道。綜上所述,目前需要進(jìn)行更多實(shí)驗(yàn)確定CART肽在外側(cè)系帶(LHb)區(qū)域的作用,并確定谷氨酸能系統(tǒng)是否是CART肽對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)特性和焦慮樣行為抑制效應(yīng)的關(guān)鍵靶點(diǎn)[32]。

4 小結(jié)

本綜述從CART肽的發(fā)現(xiàn)與分布、對(duì)生理活動(dòng)的調(diào)控和在慢性精神疾病中的調(diào)控作用三方面簡(jiǎn)要描述CART肽的分子機(jī)制。CART肽主要分布于與進(jìn)食、獎(jiǎng)賞和強(qiáng)化、發(fā)育、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)和壓力等生理活動(dòng)有關(guān)腦區(qū)。正常生理狀態(tài)下CART肽主要發(fā)揮進(jìn)食和激素調(diào)節(jié)的作用。疾病病理狀態(tài)下CART肽主要參與精神興奮藥物成癮、AD和抑郁癥的發(fā)生發(fā)展過程。由于參與CART肽調(diào)控的特異受體尚不明確,CART肽作用于生理和病理狀態(tài)下的具體調(diào)節(jié)機(jī)制還停留在猜測(cè)階段,對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用前需要深入研究。目前明確CART肽作用于G蛋白偶聯(lián)受體并對(duì)細(xì)胞的活動(dòng)與表達(dá)造成影響。由于GABA神經(jīng)元廣泛分布于NAc中,本研究團(tuán)隊(duì)將研究重點(diǎn)放在藥物成癮和抑郁癥發(fā)生發(fā)展過程中,主要探討與NAc腦區(qū)CART肽系統(tǒng)和GABA能系統(tǒng)相互作用的相關(guān)機(jī)制,對(duì)研發(fā)特異性治療慢性神經(jīng)精神疾病的藥物有著重要意義。