The Role of astrocytes in the development of morphine－induced analgesia tolerance<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

项红兵 招伟贤 田玉科 安珂

Hong－bing Xiang，Wei－xian Zhao，Yu－ke Tian

Department of Anesthesiology，Guangdong Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine，Guangzhou，510120，China

Abstract

　　Repeated administration of morphine result in its antinociceptic effect depress，which called morphine tolerance. Recently，many reports have been displayed that a dramatic increase in reactive astrocytes in the dorsal horn of the spinal cord following repeated treatment with morphine，Which was characterized by the increase and morphological changes in glial fibrillary acidic protein （GFAP）－positive cells. The article reviewed progress in the astrocytes involved in morphine－induced analgesia tolerance.

　　Key words：Astrocytes；Morphine－induced analgesia tolerance

　　重复给予吗啡能导致其抗伤害效应的时间依赖性降低，此即为吗啡耐受。在慢性疼痛的治疗中，吗啡耐受是最常见的现象，吗啡用药不当，不仅造成镇痛效能降低，还会导致更严重的痛敏现象，但目前对其发生机理和所采取的措施研究，主要是在神经元领域进行观测。近年来人们发现星形胶质细胞（astrocytes，AST）膜上存在与吗啡镇痛相关的离子通道和受体^[1，2]，推测星形胶质细胞与吗啡耐受（tolerance）之间存在密切的关系，本文就此方面的研究进展综述如下。

　　1．星形胶质细胞参与吗啡镇痛耐受的佐证

　　1.1参与痛觉过敏的星形胶质细胞也参与吗啡镇痛耐受的调节

　　越来越多的文献报道AST激活可引发和维持疼痛敏化状态。皮下注射福尔马林或Zymosan、外周神经损伤均能使机械刺激、热刺激的疼痛阈值降低，分别导致机械性痛感异常、热性痛觉过敏，同时也激活脊髓内小胶质细胞和AST^[2]。AST的激活能影响到疼痛行为的改变，运用药物使AST功能破坏后能阻断皮下用药出现炎症、腹膜内注射脂多糖、鞘内注射HIV－1包被蛋白gp120等诱发的热性痛觉过敏和机械性痛感异常^[2]。

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所以，AST在痛觉过敏中发挥了重要的作用。大量研究也表明，吗啡镇痛耐受是以脊髓N－甲基－D－天冬氨酸（N－methyl－D－aspartate，NMDA）受体激活为触发机理的系列细胞反应^[3]，这与痛觉过敏的中枢敏化机理具有相似性。

近期形态学上观察到痛觉过敏和吗啡耐受都在脊髓背角浅层产生共反应的神经元，即所谓的“黑色神经元”（dark neurons）^[4]。在临床上，增加吗啡的剂量来克服疼痛，其结果却造成更大的耐受和更严重的痛觉过敏，从而形成恶性循环。可见，参与痛觉过敏的AST也参与吗啡镇痛耐受。

　　1.2吗啡耐受时星形胶质细胞的特异性标识物表达增加^[5]

　　AST最突出的特性是受到不同病理刺激后被激活，胞体肥大、增生或突起增多，同时伴有功能的改变，其特异性标志物胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）大量增多。GFAP是一种AST中间丝蛋白，也是其细胞骨架蛋白之一，应用免疫组织化学方法检测其表达变化可确定AST的激活情况。在吗啡慢性耐受条件下，脊髓水平GFAP的表达水平大大增加，表明脊髓水平的AST可被吗啡慢性耐受而刺激激活。2004年Narita等发现重复给予吗啡后小鼠脊髓背角反应性星形胶质细胞明显增加，其特征表现为GFAP染色阳性细胞数量增加和形态学发生变化；该实验还发现，转染含GFAP启动子的增强型绿色荧光蛋白（EGFP）基因的小鼠在吗啡耐受后，在荧光显微镜下观察到其脊髓组织EGFP水平明显增强。上述资料表明，脊髓星形胶质细胞参与了吗啡耐受过程。

　　1.3激活的星形胶质细胞能对抗吗啡镇痛作用

　　人们发现慢性痛敏变化的关键是神经系统发生可塑性改变，阿片类药物镇痛作用逐渐减弱的重要因素之一也是发生了神经系统可塑性变化^[6]，由此推测慢性疼痛病人的吗啡镇痛效应的降低，是由于吗啡的药理耐受性和相关的痛敏共同发展的结果，即耐受产生的部分原因是阿片的长期应用所引起的痛觉过敏对抗了它的镇痛作用。有研究发现，AST也可以被吗啡慢性作用而激活并参与吗啡耐受^[7]，在慢性给予吗啡引起的耐受中GFAP阳性细胞显著增多，而给予氟代柠檬酸（一种胶质细胞抑制剂）则可以减少吗啡的耐受作用，增强其镇痛作用^[5，8]，即抗胶质细胞与吗啡镇痛有协同作用。

　　2.星形胶质细胞膜上存在与吗啡耐受有关的受体

星形胶质细胞膜上存在与吗啡耐受有关的受体，其主要有阿片受体、NMDA受体、烟碱型乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptors，nAchRs）等。

　　2.1阿片受体

　　Hauser等^[7]运用荧光探针Fluo－4和激光共聚焦显微镜在吗啡作用于培养纯化的AST研究中发现，阿片类药物急性作用可以升高细胞内Ca2+浓度，若加入纳络酮的干预，则无细胞内Ca2+的变化。可见，吗啡作为μ阿片受体激动剂，其急性作用是通过AST上的u阿片受体来介导胞内Ca2+变化。在Erirsson等人的实验中^[9]，κ受体激动剂U－50488H（1uM）可使大鼠星形胶质细胞的钙离子内流显著增加。κ受体的选择性阻断剂nor－BNI（10uM）可取消这一效应，κ受体和钙通道耦连的中心环节是兴奋性Gs蛋白，它能够激活二氢吡啶类敏感的钙通道，而且有实验表明κ受体长期兴奋会使星形胶质细胞的Gs mRNA数目减少。有证据表明^[10]，体外培养的AST能表达多种阿片受体，使用核酶或RT－PCR分析，AST被显示能表达u、δ－和κ－阿片受体mRNAs^[11]。相反在一些早期研究当中，还不能确定体外培养的AST上存在μ受体或其它非μ受体。

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这些不一致的原因可能是由不同的培养条件产生的，包括在细胞因子和/或生长因子如能在AST上诱生阿片受体的IL－1β有效性方面的差异，以及来源于不同脑区和发育时期的培养AST中阿片受体表达方面的差异^[7]。

　　2.2NMDA受体

　　吗啡急性作用能引起AST胞内钙增加，但不能激活AST，即GFAP的表达水平无明显变化^[8]，有证据^[7]表明吗啡急性作用主要是通过AST上的μ阿片受体来介导的，这推测GFAP表达的增强可能还包括其他的受体在内来介导。也就是说在吗啡延时作用时，有其他受体的参与来增强GFAP的表达，进而形成吗啡耐受。Koyuncuoglu等^[12]的研究显示，吗啡耐受性的形成可能同时需要NMDA受体数量的上调（upregulation）和阿片受体数量的下调（downregulation）。作为一种离子通道受体，NMDA受体活性具有明显的可调控性，神经科学目前的一大热点就是通过调控NMDA受体的活性来调控某些病理生理反应。有许多实验发现^[13，14]，联合应用阿片类药物和竞争性、非竞争性NMDA受体拮抗剂如LY274614、MK－801、氯胺酮、硫酸镁等能减缓或逆转多种动物对阿片耐受的形成，这显示NMDA受体可能参与了阿片耐受的形成过程。AST上存在NMDA受体^[15]，NMDA受体的激活可导致细胞内钙离子浓度的上升。长期使用阿片类细胞内钙离子浓度的增加可能有两条途径^[16]：（1）胞外钙离子的跨膜内流；（2）细胞内钙库释放钙离子，胞内有两种钙库成分，一种是三磷酸肌醇（inositol^{（1，4，5）}－trisphosphate，IP3）－敏感的钙库，可被Acetyl－β－Methylcholine Chloride （MCh）激活，另一种是IP3不敏感的钙库，可被Caffeine（CAF）激活。胞内钙离子增加后可激活钙依赖的激酶，从而使环腺苷酸单磷酸反应元件结合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）磷酸化，磷酸化CREB与环腺苷酸单磷酸反应元件（cAMP/Ca2+ response element，CREs）的DNA上的一段特殊序列结合，可调节（增加/抑制）反应基因的表达^[6]。

　　2.3烟碱型乙酰胆碱受体  

　　有学者研究表明^[17]，体外培养的海马AST能表达nAchRs，7－nAchRs是与钙通道关系密切、在大脑中广泛分布的一种nAchRs，α7－nAchRs激活后可快速产生兴奋性内向电流，增加胞内钙浓度。在AST上的nAchRs与神经元上nAchRs的不同，主要表现是触发钙信号机制不同，前者α7－nAchRs激活后产生由胞内咖啡因（Caffeine，CAF）敏感性钙库通过钙触发钙释放方式，快速大幅增加AST胞内钙水平；相反在神经元中，α7－nAchRs激活后是通过电压门控性钙通道方式，增加胞内钙浓度。

目前认为AST上的nAchRs在大脑中具有广泛的胆碱受体作用，能加强烟碱戒断反应[18]，研究AST上的nAchRs功能，有利于加深人们对吗啡耐受与nAchRs关系的认识。

　　3.星形胶质细胞参与吗啡耐受的可能机制

　　目前认为^[6，19]，吗啡耐受的机制是：外源性配体如吗啡作用于u阿片受体，通过其耦联的G蛋白来抑制腺苷酸环化酶（AC）的活性，从而降低了cAMP的生成，使得由GTP结合蛋白介导的蛋白激酶C（PKC）移位和激活，PKC便解除了镁离子对NMDA受体的阻断，进而激活了NMDA受体，导致细胞内一系列的变化，如胞内Ca2+浓度增加、激活钙－钙调素介导一氧化氮（NO）合成酶、产生NO，NO作为鸟苷酸环化酶的内源性活化因子，促进cGMP合成。cGMP是一种重要的细胞信使，引起相应的基因表达。AST是阿片类药物作用的靶点，吗啡急性作用于正常AST，胞内Ca2+浓度呈单峰样升高，随着时间延长，细胞内Ca2+浓度变化不明显，需更大浓度的吗啡刺激，才能有胞内Ca2+浓度的变化，若加入纳络酮的干预，则无细胞内Ca2+的变化^[7]。

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