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阿片耐药的系统内调节机制
时间：2010-08-24 09:10:03 来源： 作者：
Intrasystemic Regulatory mechanism of Opioid Tolerance 阿片耐药属于药效学的耐受，其调节机制主要是细胞内水平的调节，取决于受体密度、敏感性及受体与效应器之间的耦联情况。 阿片受体是一种膜蛋白，属于G蛋白耦联受体超家族（GPCRs）的成员[1]，GPCRs共有1000－2000多种，约构成人类基因的1％，许多激素和神经递质通过与G蛋白耦联向细胞内传递信号。GPCRs又可根据GRAFS系统分为5个主要家族：Glutanat、Rhodopsin、Adhesion、Fizzled/taste2和Secretin。阿片受体属于GPCRs中的Rhodopsin家族。共有3个不同的基因分别编码μ、δ和κ受体（MOR、DOR和KOR），同时还可能存在它们的不同变异体。目前发现的约有七种受体，它们可以启动相同的第二信号系统。G蛋白为一个三聚体，由αβγ3个亚基组成，α亚基上结合了一个鸟嘌呤二磷酸（GDP）,当阿片受体与配体结合之后发生构象改变，与G蛋白结合，GDP为GTP（鸟嘌呤三磷酸）所取代，Gα与Gβγ分离。随后α亚基作用于下一个效应器，比如AC（腺苷酸环化酶）。GTP分子可以被特定的鸟嘌呤三磷酸酶（GTPase）水解，Gα重新与Gβγ结合[2]。Gα种类很多，阿片类药物多与抑制性Gα结合，可以导致一系列的反应，包括腺苷酸环化酶活性抑制，cAMP合成减少，磷脂酶C的活性增强，同时有细胞内钙离子浓度的短暂升高，钾离子内流增加，L-型和N－型钙通道抑制以及丝裂原活化的蛋白激酶（MAPK）活性增强等，从而抑制各种疼痛递质（如P物质）的释放[3]，达到镇痛作用。 阿片药物的药效主要取决于膜受体的水平，对敲除了μ阿片受体的小鼠使用吗啡，药效大大降低[4]，充分证实了这一点。目前对阿片受体的研究深入到受体蛋白功能区的氨基酸序列如何影响受体的结合及其与效应器的耦联[5]，同时阿片受体又可进一步分为亚型，亚型的形成可能来源于翻译后的修饰过程，这可能是个体间药效和耐药性形成差异的原因。以往大量研究证明，受体水平和信号转导调节过程影响了长期用药后细胞的反应性，并在耐药产生中起到重要作用，因此对阿片耐药的研究主要集中在对阿片受体的调节机制。 二、阿片耐药机制的几种学说 1、受体下调机制 μ阿片受体下调可以反映为受体总蛋白水平的下调，或者转录水平的mRNA下调。但对中枢神经系统的研究并不一致。有些结果显示阿片耐受大鼠脑组织中的μ阿片受体水平并未发生变化，而另一项研究发现吗啡耐受的豚鼠下丘脑内侧基底部μ阿片受体mRNA水平下调，而其他脑区均无改变[6]。受体下调在体外试验中已经得到证实[7]，但在体试验的结果还不明确，受体下调及上调均有报道[8]。Thomas Merser等观察到大鼠吗啡耐药后脊髓背角神经节μ阿片受体mRNA水平下调了62％[9]。而这种下调是否引起受体蛋白的下调还有待进一步研究。 μ、δ、κ阿片受体有三个不同基因所编码，分别为MOR基因、DOR基因和KOR基因[10]，三个基因有相似的结构和启动因子，每个启动子的转录因子却不同，每种受体的表达都由特异通路所控制。对阿片受体的分布及其mRNA表达机制的研究表明：三种受体的表达机制各有不同，但稍有重叠，三个基因的调节因子亦不相同；通过基因原位杂交的方法观察到的mRNA的表达机制与通过配体结合或抗体染色观察到的受体蛋白表达机制并不一致[11]。有研究认为，阿片受体蛋白的表达是由变异的mRNA序列所调控的[12]，阿片受体蛋白的表达不仅受控于DNA的转录而且也受控于翻译后RNA水平。激活和抑制转录因子控制着三个基因的转录过程，并且参与了细胞的分化。 目前已发现，MOR和KOR基因均具有广泛的选择性拼接和多腺苷酸化作用。MOR基因可以形成至少14种变异体[13]，KOR至少有6种。尽管已经发现了阿片受体基因的多种RNA变异体，但是对这些药理性质不同的阿片受体的研究还有待进一步深入。这些不同RNA序列的作用很有可能是调节受体蛋白的表达以及控制翻译效率和蛋白产物时间、空间的特异性。对于阿片受体表达的转录后调控机制的研究目前主要集中在KOR基因，现已发现6种KOR的mRNA变异体：A-PA1、A-PA2、B-PA1、B-PA2、C-PA1、C-PA2，研究内容主要是拼接过程的调控、mRNA稳定性的调控及RNA转运过程的调控。大量试验发现PA能够影响拼接过程，但机制尚不清楚。在机械刺激产生疼痛的动物模型中，整个KOR表达明显降低[14]，但B和C变异体并未发生改变，因此说明变异体A的拼接与对神经的伤害性疼痛反应有关。有人使用噬菌体RNA结合蛋白体MS2作为载体，与KOR的RNA溶和成MS2-RNA序列，可以观察到3个5’－变异体在转运到神经纤维包括轴突的效率差别[15]，这一现象提示可能存在着某种调节机制控制着成熟的KOR mRNA在神经细胞内的转运过程。如果KOR mRNA变异体的转运过程不论是效率、位置或是时间上存在差异，那么蛋白质的表达和功能也就存在相应的差别。进一步的研究就是要证实KOR mRNA转运对受体产生怎样的影响[16]。 除了受体基因的转录调控之外，阿片受体的水平和活性还受到共价修饰的影响，即翻译后受体水平的调控。阿片反应的钝化不是简单地通过与G蛋白解耦联或是受体脱敏过程实现的。激动剂与阿片受体的结合激活蛋白激酶导致受体的快速磷酸化，包括G蛋白耦联受体激酶（GPRKs），同时也激活了细胞的β-抑制蛋白。β-抑制蛋白不仅参与了受体与G蛋白的解耦联，而且涉及受体的内在化。在这个受体内吞的途径中，受体内在化是受体穿梭（trafficking）到亚细胞结构（如溶酶体）的开始，从而也就发生了整个细胞水平的受体减少和受体下调[17]。 2、受体磷酸化、脱敏化和内在化 对于大多数GPCR来说，被配体激动之后，会由G蛋白耦联受体激酶(GPRK)磷酸化，β-抑制蛋白与磷酸化的受体结合，使之与G蛋白异聚体解耦联，此过程称为脱敏。脱敏后的受体会通过内吞作用进入胞浆内或被降解，或者发生去磷酸化，重返胞膜(复敏化)，恢复细胞对激动剂的敏感性。被激活的磷酸化受体与抑制蛋白结合可以诱导受体内在化，从而减少细胞表面与配体结合的受体数目。受体后信号改变也可能造成阿片耐药，已经证实阿片药物可以降低细胞的cAMP水平[18]。长时间阿片暴露诱发环化酶活性增强（环化酶超敏感），而环化酶超敏感可以造成阿片停药期间神经细胞的过度兴奋。但是，上述仅为离体细胞实验的结果，在体动物阿片耐药的机制尚不清楚。经典的理论认为受体脱敏化、内在化和受体后调节是造成阿片耐药的原因。 对于DOR和MOR的研究表明阿片受体的磷酸化过程是由GPRKs介导的，而不是蛋白激酶C[19]。有报道，吗啡可以诱发CHO细胞MOR受体的磷酸化[20]。而又有研究认为吗啡不能诱发HEK293细胞的MOR受体的磷酸化[21]，如果HEK293细胞中GPRK-2过度表达，就可以实现吗啡诱导的磷酸化，说明吗啡对GPRKs的反应性差。还有的研究者发现应用了cAMP依赖性蛋白激酶PKA后，吗啡可以诱导受体磷酸化[22]，这就提示吗啡是否引起受体磷酸化取决于特异性的蛋白激酶水平。由于受体磷酸化与受体脱敏化具有相关性，阿片受体磷酸化的结果目前备受关注。有研究发现SN-N-BE细胞内的受体蛋白磷酸化与DOR的脱敏化有关[23]，而且也有试验可以证实MOR磷酸化与脱敏化直接相关[24]。当β-抑制蛋白过度表达时会导致急性给予吗啡诱导的受体脱敏化和内在化。β-抑制蛋白敲除鼠吗啡耐受时间延迟[25]，这是细胞中缺乏激动剂诱导的受体脱敏化过程的结果。 参考文献 1.P.Y.Law,H,H.Loh,L.-N.Wei. 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