内源性强啡肽κ受体系统在痛与镇痛领域的研究进展

13.内源性强啡肽/κ受体系统在痛与镇痛领域的研究进展李荣春项红兵阿片肽家族广泛参与伤害性感受的调节，内源性阿片类物质（内啡肽、脑啡肽和强啡肽）在镇痛中都起重要作用1。长久以来，阿片受体家族中备受疼痛研究者青睐的一直是μ受体，与疼痛相关的机制探讨、镇痛药物研发基本上是围绕μ受体而展开的。然而，越来越多的研究结果显示痛觉的产生、传导及调制过程是多介质参与、多途径介导及多因素影响并彼此渗透，相互作用的极其复杂的生理行为。以吗啡为代表的μ受体激动剂在临床的使用效果受到质疑，充分展示了单一机制作用的局限性。前强啡肽原是内源性阿片肽类物质的前体，其转录抑制子如下游调控元件拮抗剂调节子（Downstreamregulatoryelementantagonisticmodulator，DREAM）基因等及前强啡肽原的下游产物强啡肽A(1-13)和强啡肽A(1–17)等均参与机体对疼痛信号的反应过程2。该文就内源性强啡肽/κ受体系统在痛与镇痛领域的研究进展作一综述。1内源性强啡肽/κ受体系统概述众所周知，阿片受体各亚型对其内源性配体的结合能力有差别，如μ受体的内源性激动剂反应顺序为，内啡肽（endorphin）强啡肽A（dynorphinA）脑啡肽（enkephalin）；δ受体的反应顺序为：内啡肽脑啡肽强啡肽A；κ受体的反应顺序：强啡肽A内啡肽脑啡肽。另一方面，皮肤的表皮细胞表面阿片受体的表达可能存在差别。从广义视角讲，内源性强啡肽/κ受体系统也称作κ阿片能系统，后者还包括除强啡肽外所有能激活κ受体的配体。解剖学分析显示，κ受体及其内阿片肽在神经系统尤其是脊髓的特殊分布提示κ受体参与痛觉调制作用3。有研究证实，脊髓背角的κ阿片受体被内源性阿片肽（包括强啡肽和脑啡肽）激活后，可以改变痛觉传入纤维（C和Aδ纤维）对疼痛刺激信号的反应性，从而产生镇痛效应4。在脊髓背角，通过促进内源性强啡肽的释放如阻断DREAM对前强啡肽基因的抑制作用，激活内源性的强啡肽/κ受体镇痛系统，可以阻断疼痛信号的传递，实现中枢镇痛效应5-7。Simonia等通过κ阿片受体缺失的小鼠证实κ阿片受体对内脏痛、低边缘运动和κ阿片受体激动剂U-50,488H的镇痛和厌恶效应起关键作用,以及参与吗啡戒断症状的表达8。随着研究的深入，κ阿片肽及受体在疼痛治疗、成瘾药物耐受、应激反应、神经内分泌轴等方面的重要角色逐渐显现。2强啡肽的镇痛与致痛作用争议强啡肽(dynorphin,Dyn)是具有强有力的典型阿片样作用的内阿片肽，是内源性阿片κ受体激动剂，前强啡肽为其前体，含有256个氨基酸，去除氨基端的信号肽则称为强啡肽原，经过一系列的酶切生成许多活性强啡肽片断，其中DynA(1-17)是DynA家族的主要活性片段之一3。强啡肽是一种存在于背根和脑组织的内源性阿片肽，在坐骨神经压迫（CCI）模型中强啡肽A阳性神经元在脊髓背角的表层和深层均升高。在坐骨神经分支结扎（SNL）模型中免疫组织化学没有检测出强啡肽A升高，而在背角中的含量却升高了，升高的强啡肽A可能是内源性拮抗疼痛传导的作用5。另外一方面，强啡肽A可以通过非阿片机制产生疼痛，被认为是SNL模型中维持异常疼痛的重要机制9。也有研究报告认为观察到的强啡肽A上调可能是自发性疼痛产生的重要原因10。Dyn与疼痛的机制研究是个颇具争议的过程，起先Dyn作为一种镇痛介质，而随后观点却是Dyn参与形成炎症痛及神经病理痛的痛敏过程4，甚至大剂量注入引起肢体瘫痪。最新的研究认为生理浓度下的Dyn主要选择性作用于释放部位附近的靶细胞上的κ受体,提高神经元K+电导,诱导神经元超极化,同时抑制Ca2+电流和Ca2+依赖的分泌,发挥镇痛和神经保护作用。外源性给予的Dyn以非自然选择性的方式作用于施药部位附近的细胞和受体,激活NMDAR和缓激肽受体,直接引起细胞内Ca2+超负荷,并通过NMDA-Ca2+-NOS/NO通路,生成过量的NO，发挥致痛,甚至是神经毒性作用5,11。Dyn作用的最终结果受到其浓度、作用部位、作用受体类型甚至是释放神经元类型的影响。3κ阿片能系统参与糖尿病神经病变影响血糖水平和糖尿病感觉异常的因素极多，也极为复杂，其中强啡肽及其受体在调节血糖水平和糖尿病感觉异常方面具有重要角色，对糖尿病结局的影响越来越受到人们的重视。相关研究结果如下：1.在糖尿病大鼠的外周神经和足蹼皮肤中强啡肽A蛋白水平明显增加，这些受体蛋白在脊髓水平不因糖尿病而变化，但坐骨神经和腓神经中的KOR水平明显增加，强啡肽A的抗伤害特性和促伤害特性分别依赖于KOR或NMDA受体的活化[3]。2.在成年型糖尿病，血糖水平升高和胰高血糖素分泌增加是共同的[4]。强啡肽A(1–17)刺激引起胰岛α细胞钙波动和胰高血糖素分泌明显增加，表明强啡肽调节α细胞胰高血糖素分泌的角色[5]。3.胰高血糖素分泌明显受强啡肽和κ-阿片刺激所影响，强啡肽A(1–13)和κ-阿片受体激动剂U-50488明显增加精瘦小鼠和肥胖小鼠的血糖水平[6]。给大鼠注射吗啡也引起高血糖症，因为注射5min内观察到胰高血糖素分泌明显增加[7,8]。吗啡也引起犬和人高血糖症[4,9]。用U-50488刺激人胰岛和α-TC1-6细胞系，引起胰高血糖素分泌明显增加，表明该刺激能激活表达在α-细胞中的κ-阿片受体，从而增加胰高血糖素分泌[3]。最新研究提示前强啡肽原基因及其转录抑制子下游调控元件拮抗剂调节子基因[3,10,11]参与了血糖水平的调控：1.前强啡肽原基因、DREAM基因与血糖调节密切相关，表达于多种参与糖代谢的重要组织器官，如肝脏[12]、肌肉、脂肪和胰腺[3,13]。2.葡萄糖依赖的转录调节在胰岛α和β细胞功能中发挥重要的影响[14,15]。在小鼠胰腺切片上进行RT-PCR分析和免疫荧光检测显示在胰腺α和β细胞有DREAM表达[3]。作为胰岛内调节前强啡肽转录的钙依赖性转录调节子，DREAM为神经内分泌细胞适应血糖浓度变化提供了另一种关键调控机制。3.DREAM影响胰岛细胞信号转录，在神经内分泌性凋亡和/或调节Kv4电压依从性钾通道中发挥重要作用。它与早老素相互作用，与凋亡过程相联系，DREAM改变内质网钙库，能够被细胞凋亡蛋白酶caspase-3下游的凋亡信号所裂解[16-19]。因此，DREAM可能影响与糖尿病相关的β细胞凋亡。上述研究提示，一方面前强啡肽原基因及其转录抑制子DREAM和胰腺α、β细胞之间存在广泛的联系，另一方面当糖尿病发生时前强啡肽原基因和KOR受体均受到活化，这些特征提示DREAM-强啡肽通路活化在糖尿病神经病变的发生发展中占据某种重要的地位，但由于对此通路了解较晚，相关研究还在初级阶段。4基底外侧杏仁核κ阿片能系统调控慢性痛的情感成分杏仁核位于大脑颞叶，是一个形似杏仁的边缘结构，被证实在情绪学习如恐惧条件反射学习，以及急慢性疼痛加工中发挥重要作用。疼痛包括疼痛感觉识别成分和情感-情绪体验成分。值得注意的是，慢性疼痛通常伴随有抑郁、焦虑和生活质量下降。多个学者认为，慢性疼痛的情感成分主要受杏仁核调控。最近使用神经影像方法在人体证实，慢性疼痛形成所涉及的大脑环路就包含有杏仁核。有研究表明，杏仁核参与疼痛记忆的形成。Μ-、δ-、和κ-阿片受体都在杏仁核内高度表达。内源性阿片肽－强啡肽是潜在的κ-阿片受体激动剂，亦存在于杏仁核。许多文献指出阿片效应集中在杏仁核中央区，该结构也称伤害感受性杏仁核，仅仅很少研究基底外侧杏仁核(BLA)的阿片效应。为了研究BLA内κ-阿片受体激活的细胞效应，Lahti等使用κ-阿片受体激动剂U50,488H来研究κ-阿片受体介导的行为学和电生理实验，发现U50,488H能发挥抗伤害作用，但在缺乏κ-阿片受体的小鼠则无，这表明此效应依赖于κ-阿片受体的激活。在急性疼痛动物模型中，在BLA微注射DAMGO,而不是U50,488H，引起抗伤害效应，表明U50,488H的急性镇痛效应不涉及到BLA。有研究报道，阿片受体尤其是杏仁核中κ阿片受体参与慢性痛的形成。基于长时程增强（LTP）是活性依赖的突触传递的增强，代表细胞水平的学习记忆和慢性疼痛的发展，HugeV.等采用体外电生理的研究方法，通过测定LTP考察κ阿片受体活性改变对杏仁核突触传递核突触可塑性的影响12。在获取了雄性C57BL/6JOlaHsd小鼠（42-63d）的脑片后,考察κ受体激动剂U50,488H(5microM)和κ受体选择性拮抗剂nor-BNI(3microM)对基底外侧杏仁核场电位幅度和对诱导LTP的影响。此项研究发现给予外侧杏仁核传入神经两成串100脉冲50赫兹的高频刺激后，基底外侧杏仁核场电位幅度增至119±2%；而用U50,488H(5microM)孵育脑片后不仅降低基底外侧杏仁核的突触传递（基础值：100±0.5%；U50,488H：86.3±2.4%;n=6），也阻断了高频刺激对LTP的诱导（U50,488H:100±4.1%;HFS:102.6±7%;n=6）12。进一步研究发现，U50,488H对突触传递和诱导LTP的衰减作用能够被nor-BNI完全逆转，这更加提示U50,488H的作用是通过κ阿片受体来实现的。该研究还发现，使用nor-BNI本身对突触传递和诱导长时程增强都无干扰作用12。5κ阿片能系统参与抑制吗啡引发的奖赏效应中脑边缘中多巴胺（DA）能系统是从中脑腹侧被盖区（VTA）投射到伏核（N.Acc.），充当吗啡引起奖赏效应的重要底物。使用μ阿片受体激动剂进行研究结果显示，通过激活VTA区（该区域存在高密度的μ阿片受体）的DA能细胞，可使伏核的DA能信号得到增加。已有报道过，吗啡引起边缘前脑区（包含伏核）DA的增加与吗啡奖赏效应的表达相关。Narita等在2005年发现，大鼠足蹼注射福尔马林既能抑制吗啡引起的奖赏效应，又能阻滞中脑边缘DA能系统的激活。这些结果表明，在炎性痛状态下中脑边缘DA能系统没有被μ阿片受体激动剂易化13。许多证据显示κ阿片能系统对μ阿片受体介导的DA相关作用发挥负性调节作用。Narita等报道，给予一定剂量的κ阿片受体激动剂U50,488H预处理（单独应用不产生位置转移/厌恶情绪），能够抑制吗啡引起的位置转移和大鼠边缘前脑中DA代谢产物的升高13。Spanagel等报道，由吗啡引起的胞外DA水平的增加，可通过在伏核微注射κ阿片受体激动剂来减轻，但在VTA微注射却无此效应，表明伏核内的κ阿片能系统在对μ阿片受体激动剂产生的中脑边缘DA依赖性激发效应进行负性调节过程中发挥重要作用14。已有研究证实，在注射角叉菜胶和完全弗氏佐剂引起炎性痛状态下，一些脑区强啡肽和前强啡肽原mRNA增加。这些发现表明，慢性痛状态可导致脑部κ阿片能神经递质发生生理学变化。Narita等2005发现，吗啡引起边缘前脑DA升高，在注射福尔马林后明显得到抑制，此效应被选择性κ阿片受体拮抗剂nor-BNI所逆转。另外，注射福尔马林后能够抑制吗啡引起的伏核中胞外DA,DOPAC和HVA水平的增加，此效应被微注射到大鼠（已经过福尔马林处理）伏核的强啡肽A特异抗体所逆转。强啡肽A特异抗体不影响福尔马林注射后伏核中DA的基础水平，表明该抗体在吗啡引起的伏核胞外DA水平的增加中有特殊效应。注射福尔马林不直接影响DA,DOPAC和HVA的基础水平。这些结果支持非常吸引人的可能性，即炎性痛状态下伏核内来自于κ阿片能末梢的强啡肽A释放的轻中度增加，不影响中脑边缘DA系统的基础状态。然而，它可抑制吗啡易化后中脑边缘DA系统的超射/突增效应，导致对吗啡引起的奖赏效应发生抑制。在正常状态下，内源性μ阿片能系统和κ阿片能系统在生理水平处于动态平衡。吗啡处理后，μ阿片能系统被过度兴奋，于是打破了内源性μ阿片能和κ阿片能系统的平衡，其结果导致了正常状态下吗啡精神依赖的发展。与此同时，炎性痛可能易化伏核中内源性κ阿片能系统，导致中脑边缘DA系统的负反馈调制。在此条件下，由于炎症引发的内源性μ和κ阿片能系统失衡，可能经吗啡处理而得以改善。据此推测，κ阿片能系统激活能抑制啮齿类吗啡引起的