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阿片耐药的系统内调节机制
时间：2010-08-23 17:17:40 来源： 作者：
| Intrasystemic Regulatory mechanism of Opioid Tolerance Xiao-yan Liu ,Li Sun* Department of Anesthesiology,Cancer Institute&Cancer Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences,Peking Union Medical College ,Peking 100021 ABSTRACT Opioids are the most important drugs in pain therapy, but the tolerance induces anquish to patients greatly, and impacts the use of opioid drugs. The researches about opioid tolerance indicated that mechanisms of opioid tolerance could be divided into intrasystemic mechnism and intersystemic mechanism. This review expounded the intrasystemic mechanism of opioid tolerance, and summarized the advancements and warm spots of intrasystemic mechanism. Key words：Opoiods; tolerance; intrasystemic regulation Corresponding author: Li Sun; E-mail: lilysun0008@yahoo.com.cn 阿片类药物用于癌痛和急性疼痛治疗的效果已得到共识，但在应用过程中又不可避免地面临着耐药性和依赖性问题。耐药性是指反复使用阿片药物后使药物药效减弱，即剂量－效力曲线发生右移。而一旦药效减弱必须要增加剂量来达到原有的治疗效果。但奇怪的是药物的副作用如便秘、瞳孔缩小等的“耐药性”却并未出现（这在临床上是有益的）。因此，我们说的耐药性通常是指镇痛作用的耐药性。阿片耐药的机制十分复杂，到目前为止尚未完全清楚，本文仅就阿片耐药的系统内受体调节的分子药理机制加以阐述。 一、阿片受体的信号转导机制 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。 最近的研究显示GPRK3基因敲除鼠对KOR激动剂的耐受性减弱[26]。我们可以认为，阿片受体磷酸化过程阻断了β-抑制蛋白受体，同时也钝化了细胞内的信号转导。 受体磷酸化在时间上是十分迅速的过程，因此它并不能代表阿片受体反应的钝化。而受体脱敏化却可以通过腺苷酸环化酶的抑制程度来测定[27]。GPRK和抑制蛋白过度表达时并不会增加受体脱敏化[28]，在这样的动物应用吗啡通常不会诱导受体磷酸化[29]。大量数据亦证实通过β-抑制蛋白使阿片信号转导钝化的过程并不一定发生了受体磷酸化，这可能是由于激动剂诱导的其他GPCRs的磷酸化过程增加了受体与β-抑制蛋白的亲和力。即使没有发生受体磷酸化，β－抑制蛋白也可以与激动剂受体复合物相互作用。磷酸化作用位点DORSer344或DORSer363敲除后受体内吞并未发生钝化，这就说明了受体自身有能力激活β－抑制蛋白，而不需要磷酸化的过程[30]。事实上，受体磷酸化只是增加β－抑制蛋白与受体的亲和力。 在表达有MOR的HEK293细胞，除吗啡外，DAMGO,met－enkephalin，etorphin等均可诱发受体脱敏化[31]。对天然表达阿片受体的海马神经元细胞使用DAMGO,methadone或吗啡均可诱发受体脱敏化[32]。这两个试验说明吗啡也可能诱发某些受体脱敏化，但比其他高效阿片药物要差。同样对于受体内在化激动剂效能也是重要的决定因素，吗啡激动受体内在化的能力也比其他高效激动剂要差。吗啡不能激动受体内在化和脱敏化的原因是什么？Whistler等人认为受体内化是受体复敏化的重要途径，内在化的受体有两个转归途径：一是脱磷酸化返回浆膜重新表达；二是降解。吗啡不能引起有效的受体内在化，因此就不会有受体的重新表达，这可能是吗啡耐药产生的原因之一。由于没有有效的受体脱敏化和内在化，作为补偿性的受体后调节机制包括环化酶超敏化启动并对抗吗啡的信号传递，这也是吗啡耐药形成的原因之一。 3、 选择性耦联 阿片受体通常会与抑制性G蛋白耦联，即属于Go和Gi亚型。但是一些结果提示也有可能发生与Gs亚型的兴奋性蛋白耦联[33]。大多数阿片药物的作用呈双向性，低剂量时会与兴奋性G蛋白耦联，大剂量时与抑制性G蛋白耦联[34]。因此兴奋性阿片效应产生上调作用也可能是耐药性产生的一个原因。 4、β－抑制蛋白和RGS 以往研究证实有多种因子参与了阿片镇痛和耐药性的产生机制。cAMP依赖性蛋白激酶，蛋白激酶C，G蛋白耦联受体激酶，钙通道依赖性激酶等等均参与了阿片耐药的产生，但仍有大量未知因素。 在众多因素中β-抑制蛋白是最重要的因素之一。β-抑制蛋白敲除鼠的吗啡镇痛效能增强，作用时间延长[35]，而且不会诱发耐药性的产生。β-抑制蛋白在阿片镇痛效应和耐药产生过程中发挥重要作用，这已经为大量试验所证实。β-抑制蛋白在体吗啡耐药中的作用机制很复杂。吗啡引起阿片受体脱敏化和内在化的作用较弱，这说明β－抑制蛋白在吗啡耐药形成中并不起主要作用。如果受体内在化和受体循环是保证细胞膜上有效受体数量的主要方式，那么β-抑制蛋白缺乏就会诱发阿片耐药。有人对野生鼠和β-抑制蛋白敲除鼠进行了比较，后者吗啡镇痛作用增强，但etorpine，fentanyl等可以诱发镇痛作用两种鼠之间并无差别。同时作者还发现在体外试验中吗啡可以诱发β-抑制蛋白2的膜恢复，而不是β-抑制蛋白1。β-抑制蛋白1敲除鼠吗啡镇痛效果并不受影响。这些结果说明，不同的β-抑制蛋白参与了阿片受体的内在化，而不同的阿片药物产生的耐药性过程有不同的β-抑制蛋白参与。同时这些结果也支持了是配体－受体混合物而不是受体本身决定了启动何种细胞反应的理论[36]。 目前研究还集中在近期发现的一种新的蛋白物质－G蛋白信号调节蛋白（RGS）。RGS蛋白是家族性细胞内蛋白，它的主要功能是反向调节G蛋白与GTPase加速酶（GAP）反应的活性。RGS蛋白可以特异性的与Gx亚基作用从而提高其内源GTPase活性，加速GTP水解。因此促进了Gx从GTP结合活性状态转为失活状态。从本质上说RGS蛋白的作用就是停止信号传导，使受体和G蛋白复合体恢复到配体－受体可结合的膜状态。RGS蛋白在阿片耐药中起到必不可少的作用。它不仅可以终止G蛋白的信号传导，而且在受体脱敏化、内在化、循环和降解中都有重要作用[37]。RGS蛋白可以提供阿片受体脱敏化与慢性阿片耐药之间的一个功能性联系。RGS19蛋白是最早发现的RGS成员，它不仅可以激活GTPase活性[38]，通过clathrin包被的小泡结构促进阿片受体内在化和循环，而且还可以降低DOR激动剂对cAMP合成的抑制作用。 以上仅对阿片耐药的受体调节机制即系统内调节机制的研究现状进行了介绍，研究证明阿片耐药的产生还存在着复杂的系统间调节，包括N-甲基－D－天冬氨酸（NMDA）系统、一氧化氮合酶系统及环氧化酶系统等，阿片耐药则是系统内和系统间调节共同作用的结果。 |
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