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内源性大麻素的疼痛调节机制

2015-03-16 01:36 毕业

内源性大麻素的疼痛调节机制
杜鹃 陈绍洋 朱正华 熊利泽
第4军医大学西京医院麻醉科
大麻素系统作为1个主要的神经化学系统,对其功能的探讨是最近才开始的.起初大麻素受体
的发现,克隆和鉴定以及这些受体的内源性配体如anandamide和2-AG的分离证实了内源性大麻素
神经调节系统的存在.后来发现大麻素受体在啮齿类的大脑中高表达(>1 pmol/mg 蛋白)以及大麻
素受体在中枢神经系统的分布不均匀.后者是外源性大麻素介导镇痛行为效应的神经解剖学基础.
集中分布在神经解剖区域如中脑导水管周围灰质(PAG),延脑头端腹内侧 (RVM), 和脊髓背角的
大麻素受体对疼痛信号的传导和调节起作用.所有这些发现表明内源性大麻素在中枢神经系统疼痛
调节信号通路中起重要作用.本文将集中阐述大麻素和内源性大麻素在棘上水平介导的疼痛调节功
能.
大麻素受体亚型
已证实大麻素受体有CB1和CB2两种亚型,前者集中分布在大脑.相反后者在中枢神经系统神经元中
浓度很低,其主要在免疫系统包括脾,扁桃体,单核细胞,T细胞和B细胞中表达[1,2,3].在病理
性疼痛状态下,在腰段背角出现小胶质细胞活化的同时亦检测到了CB2 mRNA.CB1通过Gi/o蛋白与腺
苷酸环化酶呈负性耦联.这些受体的激活抑制N-和P/Q-型钙离子通道并且激活钾离子和钾A内流通
道.CB2也同腺苷酸环化酶负性耦联,但不与钙离子通道耦联.这些信号转导特点说明CB1的激活通
过调节钙和钾离子电传导来抑制神经兴奋性和神经递质的释放.
本文将阐述支持内源性大麻素在中枢神经系统通过作用于CB1受体调节疼痛的证据.关于脊柱
和外周水平CB1受体的激活在调节急性和持续性疼痛中的作用,已有综述发表.近来已通过全身和
局部后肢注射CB2受体选择性激动剂证实了外周CB1和CB2受体在调节急性组织损伤和急性神经损 （科教论文网 Lw.nsEAc.com编辑整理）
伤性疼痛中的作用.使读者感兴趣的是近来关于外周大麻素镇痛机制的综述.
内源性大麻素的成员及其合成
大脑中1些被公认的内源性大麻素已被分离,包括anandamide,2-AG,noladin ether,
virodhamine和 N -arachidonoyldopamine (NADA).其他内源性大麻素类化合物包括相关的脂肪
酸衍生物oleamide, palmitoylethanolamide和1个新的arachidonoyl氨基酸家族.这些物质缺
少与大麻素受体的亲和力,但却能促进内源性大麻素的功能.我们对这些后来发现的化合物的功能
还知之甚少并且这超出了本文所涉及到的范围.因为在目前分离出的内源性大麻素中2-AG和
anandamide最具代表性,故本文着重了解这些内源性大麻素在疼痛调节中的作用.
中华麻醉在线 http://www.csaol.cn 2007年9月
Anandamide和2-AG[5,6,35]是在需要时产生(例如,由膜脂前体活性依赖性或受体刺激性分
解所产生)并在产生后立即从细胞释放.在体外anandamide的合成分两步第1步,磷脂前体
N-arachidonoyl-phosphatidylethanolamine(NAPE) 通过Ca 2+和cAMP依赖性机制由磷脂酰乙醇胺
产生,该过程由N-酰基转移酶催化.第2步,我们认为NAPE由NAPE特异性磷脂酶D水解――该
酶还没有在分子水平定性――产生anandamide和phosphatidic acid的代谢中产物.在体外
anandamide和CB1有优先亲和力(Ki[CB1 vs CB2] = 89 vs 371 nM),而对于vanilloid TRPV1受体
anandamide只是种低亲和力的激动剂[4,5].全身给予外源性的anandamide可以产生镇痛效应,
这说明内源性大麻素或许也可以在生理条件下镇痛.然而该效应不能很好的被选择性CB1拮抗剂
SR141716A (利莫那班)所阻断,这可能是由于anandamide在体内很快被FAAH代谢成乙醇胺和花生
4烯酸.体外实验表明2-AG的生成经过两种酶的连续激活.首先,通过磷脂酶C水解膜磷酸肌醇
生成2-AG的前体1,2-甘油2酯(DAG).新生的DAG随后被DAG脂肪酶(DGL)水解生成2-AG.DAG

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可以被DAG激酶选择性磷酸化生成磷脂酸.在脑薄片和培养细胞,2-AG的生成可能需要神经活动,
膜去极化或者G蛋白耦联受体如I型亲代谢性谷氨酸盐(mGlu5)受体药理激活的刺激.2-AG是种
自然存在的2-单酰基甘油,可以激活CB1和CB2受体.虽然脑中2-AG的浓度是anandamide的170
倍还多,但我们对内源性2-AG疼痛调节作用的认识才刚刚开始.由于大麻素受体主要作为2-AG受
体起作用,我们假定2-AG是大麻素受体的真正天生配体.在甩尾试验中,全身给予外源性2-AG可
以抑制有害刺激诱导的应答,这表明内源性大麻素可能在生理状态下抑制疼痛应答.单独给予与
2-AG相关的内源性2-酰基甘油在任何实验中都表现不出有意义的活性,但它可以加强2-AG引起的
行为应答.在中枢神经系统,这种"随从效应"或许在帮助调节内源性大麻素的活性:通过竞争相
同的水解酶可能会增强内源性大麻素的作用.
内源性大麻素降解酶
尽管存在催化在体2-AG水解的单酰基甘油脂肪酶,但5种被公认的内源性大麻素中的3种—
—anandamide,2-AG和NADA——更易被FAHH(脂肪酰胺水解酶)降解[6].用免疫细胞化学法标
记FAAH在脑中的分布.FAAH和CB1 mRNA在解剖学上的对应也支持了内源性大麻素类是抑制性信使
的假说.近来电生理研究也证实了这1假说.有意义的是,免疫组化已证明FAAH在丘脑腹后外侧
核表达,该区域正是脊髓丘脑束的终止带.这条通路是上传疼痛信号到脑的主要途径.此外,
Lissauer束和脊髓背角表面神经元(如,与痛觉初级传人终止带非常靠似)的FAAH被证实是相同
的.这些发现证实了内源性大麻素的灭活机制存在于中枢神经系统涉及到痛觉加工的区域,同时更
进1步支持了内源性大麻素在疼痛调节中起作用的假说.
虽然据报道在体外FAAH降解2-AG,但似乎MGL在2-AG的灭活中起主导作用[7].MGL作为1 （科教范文网http://fw.NSEAC.com编辑发布）
种丝氨酸水解酶将甘油1酯转化成脂肪酸和甘油.RNA印迹,免疫组化和原位杂交研究显示MGL在
鼠脑分布不均匀,其中在皮层,丘脑,海马和小脑中水平最高.超微结构研究显示MGL即使不是唯
1也是主要集中分布在轴突终末.最近,对MGL药理抑制剂如URB602的更进1步研究为研究内源
性2-AG在疼痛调节中的作用提供了药理工具,见下文.体外研究显示MGL的过度表达会减弱2-AG
在鼠脑皮层神经元中的积聚,而不改变anandamide的积聚.此外,在Hela细胞,病毒诱导MGL的
RNA沉默会伴有2-AG的基础浓度和Ca2+刺激后浓度的显著增加.在鼠皮质纹状体和海马切片获得
的培养细胞,mGlu5受体的激活会刺激2-AG(而不是anandamide)生成.该2-AG的生成是钙离子
依赖性的并且可以被磷脂酶C和1,2-2酰基甘油脂肪酶水解.另外,I型mGlu受体激动剂DHPG生
成2-AG可以被亲代谢性谷氨酸盐5(mGlu5)受体拮抗剂MPEP所阻断.然而,我们需要更多的研
究证明在体2-AG的生成是否也经历了同样的过程.
外源性2-AG的镇痛作用在FAAH(-/-)鼠中依然存在,这说明FAAH在体内不催化2-AG灭活.
不像anandamide和oleamide, 单酰甘油脂如2-AG在FAAH(+/+)和FAAH(-/-)鼠中水解活性相同.
以这些发现为基础,提出FAAH是在体脂肪酰胺活性的重要调节剂而不是介质.
为了更好的评估内源性大麻素在疼痛调节中的作用,最近在利用药理学方法的同时联合使用了
包括FAAH 和CB1 的基因敲除方法.缺乏CB1 基因的突变鼠对于大麻素激动剂不能表现出典型的镇痛
应答.然而,我们承认高剂量的Δ9-4氢大麻酚可以表现出非CB1依赖性的镇痛效应,尽管该效应的
受体机制还不确定.Cravatt等人继续研究FAAH基因缺乏的鼠并发现这些鼠在给予外源性的
anandamide后镇痛作用会加强.重要的是,这种镇痛效应的增强会被CB1选择性拮抗剂利莫那班所
阻断.与FAAH(+/+)相比FAAH(-/-)鼠行为表型的出现伴随着内源性脑组织anandamide的15倍增加 （转载自中国科教评价网www.nseac.com ）
[8].当给予缺乏FAAH鼠外源性anandamide时,它们会表现出严重的CB1依赖性行为反应,包括运动
减弱,痛觉缺失,木僵及低体温.不能合成和灭活2-AG的突变鼠的出现将会更进1步解释这些内源
性大麻素在疼痛调节中的作用.
大麻素受体的药理学和外源性大麻素配体
对CB1竞争性拮抗剂和选择性激动剂的更进1步研究为探索大麻素在神经系统的生物功能提供
了重要的药理学工具.SR141716(利莫那班)在脑中与大麻素受体有高度的亲和力(K d = 0.23 nM) 而
与 CB2(Ki[CB1 vs CB2 ] = 5.6nM vs >1μM)的亲和力非常弱[10].利莫那班在高浓度时表现出抑制
vanilloid TRPV1(前 VR1)受体.AM251是1种选择性,竞争性CB 1 拮抗剂(Ki[CB1 vs CB2 ] = 7.5nM
vs >2μM) 且没有vanilloid活性.有效的大麻素激动剂 CP55940 (Ki = 0.6nM at CB1 and CB2),
HU210(Ki[CB1 vs CB2 ] = 0.73 vs 0.22 nM)和 WIN55212-2(Ki[CB1 vs CB2 ] = 1.9 vs 0.3nM)与CB1,
CB2有高亲和力并且与经典大麻素原型Δ9 -4氢大麻酚(Δ9 -THC)相比效能有显著改善.选择性竞
争性拮抗剂和高亲和力的拮抗剂都被用来研究大麻素在痛觉信号转导中的作用和内源性大麻素的
神经系统起作用的位置.
对直接激活或是阻断大麻素受体的外源性化合物进行研究对于初步估计大麻素受体激活在疼
痛调节中的功能是必不可少的.然而,这些研究没有提供直接的证据支持内源性大麻素在生理条件
下也能发挥相同的功能.近来,对抑制内源性大麻素系统酶降解药物(如,通过抑制FAAH或MGL)
的进1步研究使研究机体内源性系统激活所产生的效应变得更容易.URB597 是1种极具特征的
FAAH不可逆性抑制剂 (IC50 = 4.6nM),与CB1 和CB2受体无亲和力,同并且在浓度高于300μM时不影
响MGL,乙酰基-乙酰胆碱酯酶,丁酰胆碱酯酶和大麻素的膜转运[9].Arachidonoylserotonin是种
新的FAAH抑制剂,抑制anandamide的水解(IC50 = 5.6μM),与CB1无亲和力,且对细胞摄取25μM的

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anandamide无明显影响.MGL可以被许多非选择性的丝氨酸水解酶抑制剂抑制(例如,甲基
arachidonoyl fluorophosphonate).更近1些的研究描述了两种选择性MGL抑制剂:URB602和
URB754.URB602通过非竞争性机制抑制鼠脑MGL(IC50 = 28±4μM),不影响FAAH活性和anandamide
的浓度, 不影响脂类代谢酶类如2酰基甘油脂(肪)酶和COX 2的活性,且不影响[3 H]-WIN55212-2
与CB1和CB2受体的结合(IC50≥5m M)以及[35S]-GTP-g-S与鼠小脑膜的结合.URB754在疼痛调节中的
作用还不清楚.
虽然特异性的转运体还没有被克隆,但据报道,细胞摄取anandamide的方式包括异化扩散.
Kinetics研究提出存在1种anandamide膜转运体,药理学研究通过使用anandamide转运抑制剂
支持了anandamide转运抑制可以调节内源性大麻素的观点.这类药物中最常用的有AM404和VDM11,
前者也可以抑制FAAH活性.AM404在低浓度时就可以激活TRPV1 受体,而VDM11则不能.VDM11
抑制细胞摄取anandamide (IC 50 = 1-11μM)却不影响FAAH,且在生物学适当剂量时不与大麻素受
体结合.近来,1种新型有效的anandamide摄取竞争性抑制剂LY2318912被用来在鼠小脑放射性
标记anandamide转运体的结合位点[10].全身给予LY2318912可以使脑中anandamide水平有5倍
提高.此外,LY2318912可以减少福尔马林试验中的疼痛行为,而不伴有给予直接大麻素激动剂出
现的特有严重运动缺陷.
外源性大麻素类的镇痛效应
采用不同的有害刺激(如,热,机械性和化学性)进行潜伏期行为研究证明了大麻素类可以有
效的镇痛.早在1988年,Dixon指出让狗吸入燃烧大麻产生的烟可以使其对针扎不作出反应.
Bicher,Mechoulam和Kosersky等人所作的大麻素镇痛研究为随后证实大麻素有效的抑制急性伤
害性刺激,炎症和神经损伤所致疼痛的行为反应奠定基础.大麻素在镇痛方面的效能比得上吗啡. （科教论文网 lw.NsEac.com编辑整理）
然而大麻素导致严重的运动缺陷包括运动受限和木僵,这会影响我们行为学研究中评估有害刺激诱
发的运动应答.为了弥补大麻素的这1不足,最近许多对大麻素镇痛的研究增加了对运动受限和木
僵的行为评估,这样就可以给大麻素导致的运动应答的改变提供原始对照.然而单靠行为研究还不
足以证明大麻素类可以抑制痛觉信号的加工.本文从更多方面证明了大麻素类可以抑制痛觉信号传
导,从而为内源性大麻素镇痛机制的存在提供了强有力的证据.
在急性和持久性疼痛动物模型中,通过全身给予大麻素可以有效的证明大麻素类的镇痛效应.
给予天然的,合成的或外源性的大麻素所产生的镇痛效应,以及通过药理学和基因学方法不让CB1
激活从而阻断前述效应,这些研究结果很好的证明了大麻素类在调节疼痛敏感性方面有着特殊的生
理效应.这些研究的局限性在于不能使大麻素的效应局限在某些位点以及不能说明是哪种内源性大
麻素参与了疼痛调节.针对第1种局限性,1些研究采用区域特异性的显微注射法将大麻素类注入
与疼痛信号加工和调节有关的区域.对于第2种局限性采用微量渗析和液相,气相质谱分析直接对
内源性的介质作定性和定量分析,或者采用区域特异性的给予调节内源性大麻素摄取或释放的药物
来作间接分析.
大麻素抑制痛信号传导
电生理和神经化学研究为大麻素类抑制在体痛信号传导提供了可靠的证据.Walker实验室首
先证明了大麻素类在脊髓和丘脑可以抑制有害刺激诱发疼痛神经元的神经兴奋性.在疼痛神经元观
察到的这种抑制,在其他各种有害刺激(机械性,热,化学性)模型普遍存在,它由大麻素受体介
导并且与大麻素类的镇痛效应相关.大麻素类在正常,炎症和神经损伤的鼠亦能抑制脊髓背角神经
元c纤维诱发的应答.除此之外,在多种持久性痛动物模型中大麻素类通过CB1和CB2选择性机制
抑制脊髓中标志持续性神经兴奋的神经化学物质Fos蛋白的表达.许多电生理研究集中在脊髓背角
水平的广动力范围神经元和疼痛特异性细胞,这些研究为大麻素类抑制痛信号传导提供可靠证据.
脑干神经元的在体电生理研究涉及到的痛觉下调也为证明大麻素类的疼痛调节作用提供依据,我们
将在下文中讨论[11,12].
在组织损伤致持续性痛模型中大麻素的镇痛效应
研究证明全身给予大麻素可以对多种炎症致疼痛模型起到镇痛作用.Kosersky等人指出在后爪炎症
后给予Δ9-THC可以增加爪受力致发声的阈值.Tsou等人采用福尔马林试验指出全身给予大麻素类
会抑制有害刺激诱发的Fos蛋白表达和疼痛相关性行为.通过福尔马林试验对棘上水平组织加工的
疼痛行为进行评价.Hohmann的实验室证明脊髓下行去甲肾上腺素能投射纤维的神经毒性损害可以
减弱WIN55212-2对福尔马林诱发Fos蛋白表达的抑制[13].目前已很好的证明了在组织和神经损伤
造成的持续性痛模型中,外周和脊髓的大麻素镇痛位点在其镇痛中的贡献.相反,在持续性痛模型
中大麻素在棘上水平的作用位点在其镇痛中的贡献却被关注的很少.
在神经损伤致持续性痛模型中大麻素的镇痛效应
已在1些实验性神经病变啮齿动物模型中证实大麻素类有抗痛觉过敏和抗异常疼痛作用.
Bennett实验组证实了大麻素在坐骨神经慢性缩窄性损伤后的抗痛觉过敏和抗异常疼痛作用.全身
给予1种CB1受体拮抗剂可以阻断上述改变.全身给予WIN55212-2可以缓解紧扎L5脊神经导致的
痛觉过敏和异常疼痛;这些效应可以被CB1拮抗剂而不是CB2拮抗剂所逆转.在神经损伤鼠大麻素
在重复给药后依然有镇痛作用,这说明大麻素在缓解神经性疼痛方面要优于阿片类.在脊神经根切 （科教论文网 lw.nSeAc.com编辑发布）
断术后大量脊髓大麻素受体依然完整,这或许有临床意义,尤其是对耐受传统麻醉性镇痛药的去传
人疼痛来说更由意义.因此实验研究支持大麻素类作为1种新方法治疗神经性疼痛.
通过大麻素诱导的windup抑制和有害刺激诱导的中枢致敏证实了在神经性疼痛中大麻素类抗
疼痛过敏作用的1种可能机制.最近,通过在鼠神经病变模型采用鞘内和脑桥内注射大麻素激动剂
和拮抗剂的方法证明了中枢和外周都存在大麻素抗疼痛过敏效应的作用区域.电生理研究通过紧密
结扎L5/L6脊神经的方法也为证明脊髓大麻素系统具有可塑性提供依据.大麻素系统的可塑性或许
可以为大麻素治疗神经性疼痛作出贡献.然而我们对棘上大麻素镇痛位点在控制神经性疼痛中可能
存在的贡献还知之甚少.
网状巨核细胞pars alpha参与了大麻素对神经性疼痛的调节.将鼠坐骨神经部分结扎(Seltzer
模型),给神经损伤的对侧后肢注射福尔马林后的行为反应与无神经损伤的对照组相比要轻微.给
予神经损伤鼠的网状巨核细胞pars alpha利莫那班后其对福尔马林的行为反应会增强.虽然这些
结果与福尔马林试验中神经损伤通过网状巨核细胞pars alpha激活CB1来介导内源性镇痛机制的
假说1致,但是反激动剂效应会使解释用利莫那班评估大麻素效应变得复杂[14]

[1]