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电压门控性钠通道与疼痛

2015-02-21 01:06 毕业

电压门控性钠通道与疼痛
缪雪蓉 杨立群 俞卫锋
第2军医大学东方肝胆外科医院
电压门控性钠通道主要选择性允许钠跨膜通过,其开放受电压控
制,主要功能是维持细胞膜的兴奋性及其传导.它包括9种α亚单位
蛋白(表1),每1种α亚单位至少由20个外显子所编码.所有的钠
通道α亚单位包含4个同源的域,形成电压门控性钠选择性亲水孔
隙,组成跨膜和胞外域的氨基酸序列的相同性超过75% [1].α亚单位
表现出不同的表达模式,并且与β亚单位相关.β亚单位能调节通道
性质并与细胞骨架和细胞外基质蛋白相互作用.钠通道亚型可根据被
河豚毒素(TTX)阻断的敏感性进行分类.TTX能结合于某些离子选
择性孔隙.大多数钠通道能被纳摩尔浓度的TTX所阻断,被定义为
TTX敏感型(TTX-S);而另1些对微摩尔浓度的TTX仍有抵抗,定
义为TTX不敏感型(TTX-R).TTX-R型钠通道包括Nav1.5,Nav1.8
和 Nav1.9,其余的均为TTX-S钠通道.
表1 电压门控性钠通道的分类
Name Gene Distribution DRG TTXs
Nav1.1 (type
Ⅰ)
SCN1A CNS Heart + +
Nav1.2 (type
Ⅱ)
SCN2A CNS + +
中华麻醉在线 http://www.csaol.cn 2007年9月
Nav1.3 (type
Ⅲ)
SCN3A Foetal DRG + +
Nav1.4
(SkM1)
SCN4A Muscle + +
Nav1.5
(SkM2)
SCN5A Heart + -
Nav1.6
(NaCh6)
SCN8A DRG CNS + +
Nav1.7 (PN1) SCN9A DRG SCG + +
Nav1.8 (SNS) SCN10A DRG + -
Nav1.9 (NaN) SCN11A DRG + -
Nax(NaG) SCN7A Lung nerve + +
神经元的兴奋性相当程度上依赖于钠通道的运输,分布和密度,
以及通道本身激活阈值和重激活特征的内在特性.因此人们对于钠通
道在疼痛通路特别是在外周感觉神经元中的作用很感兴趣.例如对不
同疼痛状态下钠通道可塑性的研究,对影响钠通道功能性表达的蛋白
质的研究等.由感觉神经元表达的所有的钠通道类型以及在疼痛状态

下的变化都得到了很好的阐述[2-5]. 某些钠通道亚型主要存在于外周
伤害性感受神经元,可能在伤害性感受中发挥重要作用[6].本文就与
各种疼痛状态主要相关的钠通道亚型——Nav1.3, Nav1.7,Nav1.8
和Nav1.9作1综述.
电压门控性钠通道与疼痛
缪雪蓉 杨立群 俞卫锋
电压门控性钠通道主要选择性允许钠跨膜通过,其开放受电压控制,主要功能是维持细
胞膜的兴奋性及其传导.它包括9种α亚单位蛋白(表1),每1种α亚单位至少由20个外
显子所编码.所有的钠通道α亚单位包含4个同源的域,形成电压门控性钠选择性亲水孔隙,
成跨膜和胞外域的氨基酸序列的相同性超过75% [1].α亚单位表现出不同的表达模式,
并且与β亚单位相关.β亚单位能调节通道性质并与细胞骨架和细胞外基质蛋白相互作用.
钠通道亚型可根据被河豚毒素(TTX)阻断的敏感性进行分类.TTX能结合于某些离子选
择性孔隙.大多数钠通道能被纳摩尔浓度的TTX所阻断,被定义为TTX敏感型(TTX-S);
而另1些对微摩尔浓度的TTX仍有抵抗,定义为TTX不敏感型(TTX-R).TTX-R型钠通
道包括Nav1.5,Nav1.8和 Nav1.9,其余的均为TTX-S钠通道.
表1 电压门控性钠通道的分类
Name Gene Distribution DRG TTXs
Nav1.1 (typeⅠ) SCN1A CNS Heart + +
Nav1.2 (typeⅡ) SCN2A CNS + +
Nav1.3 (typeⅢ) SCN3A Foetal DRG + +
Nav1.4 (SkM1) SCN4A Muscle + +
Nav1.5 (SkM2) SCN5A Heart + -
Nav1.6 (NaCh6) SCN8A DRG CNS + +
Nav1.7 (PN1) SCN9A DRG SCG + +
Nav1.8 (SNS) SCN10A DRG + -
Nav1.9 (NaN) SCN11A DRG + -
Nax(NaG) SCN7A Lung nerve + +
神经元的兴奋性相当程度上依赖于钠通道的运输,分布和密度,以及通道本身激活阈值
和重激活特征的内在特性.因此人们对于钠通道在疼痛通路特别是在外周感觉神经元中的作
用很感兴趣.例如对不同疼痛状态下钠通道可塑性的研究,对影响钠通道功能性表达的蛋白

（科教论文网 lw.nSeAc.com编辑发布）

质的研究等.由感觉神经元表达的所有的钠通道类型以及在疼痛状态下的变化都得到了很好
的阐述[2-5]. 某些钠通道亚型主要存在于外周伤害性感受神经元,可能在伤害性感受中发挥
重要作用[6].本文就与各种疼痛状态主要相关的钠通道亚型——Nav1.3, Nav1.7,Nav1.8 和
Nav1.9作1综述.
1. Nav1.3
Nav1.3是1种快速再启动电压门控性钠通道,正常状态下仅仅在发育感觉神经元和成
人的中枢神经系统表达,但在成人周围神经系统中不表达或是低水平表达.周围神经损伤或
中枢神经损伤导致Nav1.3和相关的β3亚单位在感觉神经元而不是初级运动神经元的再表
达[7].Nav1.3在神经病理性疼痛的发展中可能发挥了相当重要的作用.
1.1 周围神经损伤引起的神经病理性疼痛中Nav1.3的变化
周围神经损伤改变了许多Nav1亚型的表达,但是这些当中只有Nav1.3在背根神经节
神经元上调.Nav1.3表达的增加表明这1亚型参与了神经性痛的发展和维持.采用周围神
经损伤(spared nerve injury , SNI)模型发现,周围神经损伤增加了DRG1级神经元上Nav1.3
样的免疫反应性,口服给予Nav1阻滞剂美西律和拉莫3嗪后,机械性异常性疼痛得到了部
分缓解.而鞘内给予选择性Nav1.3反义寡核苷酸降低了50%的Nav1.3样免疫反应性,但是
并未减轻机械性或冷性异常性疼痛.而且,只有18%的Nav1.3阳性神经元表达激活转录因
子-3(ATF-3)这1受损神经元标志物.这些结果表明,Nav1.3在初级感觉神经元表达的增
加并不是对损伤的直接应答.尽管神经损伤后在DRG神经元亚群Nav1.3表达上调,但是仅
仅降低Nav1.3亚型的表达并不足以影响Nav1-依赖性的与神经损伤相关的行为过敏反应[2].
同样周围神经损伤也引起了Nav1.3在背角2级神经元上表达上调.采用慢性结扎模型
(chronic constriction injuery, CCI)模型,10天后,观察到明显的异常性疼痛和痛觉过敏.

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原位杂交,QRT-PCR和免疫细胞化学表明,Nav1.3在背角伤害性感受神经元的表达而不是
在星形胶质细胞或小胶质细胞上调.鞘内注射Nav1.3反义寡核苷酸,明显降低Nav1.3 mRNA
和蛋白的表达,降低了背角神经元的高反应性,减轻了CCI后疼痛相关行为[8].
1.2 中枢神经损伤引起的神经病理性疼痛中Nav1.3的变化
脊髓损伤(spinal cord injuery, SCI)引起的中枢神经病理性疼痛中,Nav1.3在背角伤害
性感受神经元上调.鞘内注射Nav1.3反义寡核苷酸降低了Nav1.3 mRNA 和蛋白的表达,
降低了背角伤害性感受神经元的高兴奋性以及机械性异常性疼痛和热痛觉过敏.停止给予
Nav1.3反义寡核苷酸后,这些变化得到了恢复.但是在给予Nav1.3反义寡核苷酸后,对正
常伤害性刺激的反应和运动功能并未受影响.这些结果首次表明神经损伤后背角2级神经元
上Nav1.3表达上调,说明SCI可以激发钠通道表达的变化,Nav1.3表达与中枢神经病理性
疼痛相关的神经元高兴奋性之间可能存在功能的关联[9].
脊髓损伤除了引起背角伤害性感受神经元Nav1.3异常表达以外,也引起了位于丘脑的
第3级神经元Nav1.3表达的变化[10].许多2级的背根神经元投射到位于丘脑腹侧基底的第
3级神经元.SCI4周后,丘脑腹后外侧核和腹后中间核神经元Nav1.3蛋白上调,并且这
些部位的细胞外单位记录表明自发性放电增多,后放电增多,对非伤害性刺激和伤害性外周
刺激的反应性增加,周围感受域增大.腰部鞘内注射特异性的Nav1.3反义寡核苷酸后,丘
脑神经元Nav1.3表达明显降低,电生理改变发生逆转.说明在SCI后,丘脑的神经元发生
了与Nav1.3异常表达相关的电生理改变.
1.3影响Nav1.3的β亚单位和蛋白
电压门控钠通道α亚单位在疼痛的病理生理过程中发挥着重要的作用,并受到β亚单位

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的调节.在临近脊髓神经根撕脱伤神经元上,β1和β2亚单位在表达降低,而β3亚单位表
达显著增高[7].那么同样在神经损伤所致神经病理性疼痛中表达上调的Nav1.3与β亚单位
有何关联呢
在爪蟾卵细胞上表达钠通道Nav1.3时,共表达β3亚单位可以修饰Nav1.3的性质,β
3亚单位改变了Nav1.3在快和慢模式间的平衡,并使其电压依从性激活或失活发生负向移
动[11].而在人胚肾(HEK)293细胞上表达钠通道Nav1.3时,共表达β1和/或β2亚单位
对其动力学和电压依从性几乎没有影响;而共表达β3亚单位时却有显著的影响[12].
众所周知,电压门控性钠通道Nav1.3与神经病理性疼痛DRG神经元高兴奋性相关.但
是对调节Nav1.3运输到细胞表面的因子却知之甚少.接触蛋白F3,1种细胞粘附分子,被
认为影响并增强了钠通道Nav1.2和Nav1.9的细胞表面表达[13].有研究表明,在Nav1.3丰
富的新生大鼠的脑上,在Nav1.3稳定转染的HEK293细胞上,接触蛋白与Nav1.3都发生了
共免疫沉淀.与Nav1.3相似,接触蛋白在轴突受损的神经元上表达上调.在轴突横断的 DRG
神经元上接触蛋白的上调以及它与Nav1.3的共区域化说明其可能促成了受损神经元的高兴
奋性.
2. Nav1.7
Nav1.7主要表达在DRG和交感神经节神经元,特别是大部分为伤害性感受器的小直径
DRG神经元,产生快失活的TTX-S钠电流.其特征为慢复活和慢关闭状态失活,从而对较
小的阈下除极化有相对较大的反应.
2.1 Nav1.7与炎性疼痛
许多研究表明,Nav1.7与炎性疼痛关系密切.在大鼠后爪注射角叉菜胶后,Nav1.7在
DRG表达上调.Nav1.7的这1动态调节说明其可能促成了神经元的高兴奋性,从而导致炎
性疼痛[3].由于Nav1.7通道没有特异选择性的阻滞剂,进1步的研究几乎都是着眼于遗传 （科教作文网http://zw.ΝsΕac.cOM编辑）
学基因工程的角度来探讨Nav1.7在疼痛通路中的作用.Wood 小组采用基因敲除小鼠研究
表明,Nav1.7基因与急性痛和炎性痛的发展有密切的关联[14].由于Nav1.7完全缺失鼠出生
后很快死亡,他们巧妙地采用Cre-loxP系统来达到伤害性感受器上Nav1.7基因特异性的敲
除.发现所有由1系列刺激包括福尔马林,辣椒素,弗氏完全佐剂或神经生长因子等引起的
炎性痛都得到显著缓解或消除.这就有力的证实了Nav1.7在疼痛通路中发挥了相当的作用.
此外,还有报道采用反义寡核苷酸的方法干扰Nav1.7的转录,从而研究Nav1.7与痛觉感受
之间的关联[15].Yeomans等将重组疱疹病毒载体应用于小鼠后爪皮肤,此载体编码绿色荧光
蛋白(GFP)和Nav1.7基因的反义序列.接着在小鼠后爪注射弗氏完全佐剂使其产生炎症.
应用载体后,阻止了Nav1.7在GFP阳性神经元表达的增加,C和Aδ热伤害性感受试验发
现其阻止了痛觉过敏的发展.对照组采用只编码GFP的载体,并未出现以上变化.这1结
果清楚地说明Nav1.7在伤害性感受神经元表达的增加参与了炎症性痛觉过敏的发展.
2.2 Nav1.7与神经病理性疼痛
Nav1.7在神经病理性疼痛发展中的作用研究甚少,其作用并不明了.最近,Wood 小组
研究发现,删除了Nav1.7基因后对神经病理性痛的发展并无影响,而同时敲除Nav1.7 和
Nav1.8后,神经病理性痛的发展仍然表现出正常水平[16].这似乎说明,相对于Nav1.7在炎
性痛阈值方面的高度作用,神经病理性痛的发展并不需要Nav1.7 和 Nav1.8的单独或联合
存在.
2.3 Nav1.7与家族性红斑性肢痛症
不仅Nav1.7表达的改变影响了疼痛的发展,Nav1.7基因的突变也导致了家族性红斑性
肢痛症.这是1种疼痛性遗传性神经病,特征是反复发作的4肢末端灼痛,站立引起疼痛和
全身炎症表现.这种疾病已经证实的氨基酸替代突变位点有:I848T,L858H,F1449V,L858F,
F216S,N395K,这些都位于编码Nav1.7的区域.突变的Nav1.7电压门控钠通道的电生理
性质也发生了改变.似乎不同的突变位点引起的钠通道的电生理特性的改变也不尽相同[17].
Cummins等对该疾病突变钠通道的生物物理性质进行了首次研究[18].它们将I848T和L858H
突变的Nav1.7通道表达在HEK293细胞,发现该通道的激活向超极化方向移动,从而降低
了通道开放的阈值,刺激消除后,通道仍能有较长的时间保持开放状态;而且Nav1.7对慢
性较小去极化的应答产生的电流幅度增加.这些关于红斑性肢痛症中Nav1.7突变的研究从
机制上提示我们,此通道在通过DRG神经元的疼痛通路中发挥作用,很可能参与了疼痛的
发生和发展.
2.4 与Nav1.7相互作用的蛋白质
爪蟾卵细胞上表达的Nav1.7和Nav1.8受到PKA和PKC同工酶的不同调节[19].PKA
激活导致Nav1.8电流剂量依赖性增加,而Nav1.7电流减弱.但是PKA导致的电流变化与
其导致的钠通道电压依赖性激活或失活并无关联.而氯奎可阻止PKA引起的电流增加,说
明细胞运输参与了这1电流改变.使用PKA激活剂PMA后,Nav1.7和Nav1.8电流产生剂
量依赖性的减少.使用PKC同工酶特异的肽激活剂和拮抗剂发现,PMA对Nav1.7电流的
作用可被epsilonPKC同工酶肽拮抗剂阻断,而PMA对Nav1.8的影响受到epsilonPKC和
βIIPKC肽抑制剂的阻断.因而确定介导钠通道调节的特异PKC同工酶有助于我们对于理解
正常和病理状态下神经元离子通道调节的分子机制.
3. Nav1.8
TTX-R Nav1.8钠通道α亚单位专1表达在外周感觉神经元上,即小直径的C类纤维DRG
神经元和10%的A类纤维DRG神经元,其产生的基因序列相当保守.Nav1.8产生慢失活
TTX-R钠电流,此通道是其所在细胞动作电位去极化期的钠电流的主要通道,并且被认为
在伤害性感受器的致敏中发挥了重要作用.
Benn等研究发现, Nav1.8和Nav1.9的表达随发育而增加[20].出生后7天即达到成年

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水平.他们的分布主要局限于产生无髄C类纤维的发育和成年DRG.在发育的所有阶段,
Nav1.8的表达比例比Nav1.9要高.在胚胎17天的时候,几乎所有的Nav1.8表达神经元同
时表达高亲和力的NGF受体TrkA,只有很少1部分表达表达IB4,出生后,同时表达Nav1.8
和IB4的神经元比例上升.而对于Nav1.9表达神经元而言,表达TrkA和IB4的比例几乎相
等.
3.1 Nav1.8与炎性疼痛
由于Nav1.8主要分布在伤害性感受神经元上,人们开始关注其在疼痛发生发展中的作
用.在炎性痛模型上,Wood小组早期观察到在弗氏佐剂引起的炎性疼痛模型中,Nav1.8
mRNA的表达变化不大;而在轴突横断或神经结扎后,Nav1.8 mRNA表达明显下跌[4].但
是随后的许多研究却证实,在炎性痛模型上,Nav1.8mRNA表达和Nav1.8电流均增加,这
可能是由于炎症发展的时间以及诱导炎症的物质不同的缘故.如Waxman小组在大鼠后爪注
射角叉菜胶后,使用原位杂交和膜片钳技术观察Nav1.8 mRNA表达和Nav1.8电流变化,发
现4天后投射到炎症肢的DRG神经元上Nav1.8 mRNA表达显著增加,而TTX-R钠电流的
幅度和密度较之对侧也明显增加[21].提示Nav1.8可能参与了神经元炎性高兴奋性的发展.
Coggeshall等则细致研究了TTX-R钠通道在正常和炎症大鼠上的不同表达[22],发现正常鼠
有14.3%的无髄纤维和10.7%有髄纤维标记有Nav1.8,而在48h炎症鼠这1指标则分别升至
22.0%和57.5%.而炎症状态下Nav1.8表达的大量增加提示其可能促成了外周致敏和炎症性
痛觉过敏.
遗传学的技术和方法更有力的支持了Nav1.8在疼痛通路中不可或缺的作用,使我们清
楚的认识到Nav1.8可以作为新型高效且无副作用的疼痛治疗的分子靶位点.Wood小组首先
培养出Nav1.8基因缺失小鼠,加速对Nav1.8研究的进程.他们发现Nav1.8基因缺失小鼠

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对伤害性机械性刺激表现出明显的痛觉缺失,对伤害性温度感受轻微缺乏,炎性痛觉过敏延
迟发展[23].这些资料表明Nav1.8参与了疼痛通路,而阻断Nav1.8的表达或功能可能会产
生无副作用的镇痛.他们随后又用Nav1.8基因缺失小鼠来制作周围炎症模型和周围神经损
伤模型,发现Nav1.8对于NGF导致热觉痛觉过敏而言是必需的,而对于周围神经损伤导致
的痛觉过敏却不是必需[24].
Villarreal等用PEG2或DbcAMP注射

[1]