電壓門控性鈣通道

電壓門控性鈣通道

vcgcs與疼痛近年來，隨著疼痛機制的深入研究，疼痛的神經(jīng)傳導(dǎo)受到了不同生理機制的控制。疼痛離子通道的發(fā)現(xiàn)，尤其是電壓門控制鈣通道的發(fā)現(xiàn)，是一個非常好的例子。它在疼痛感覺產(chǎn)生的機制中發(fā)揮了重要作用，成為疼痛治療藥物開發(fā)的有效目標。本文就電壓門控性鈣離子通道的分布,生理特性以及它們在疼痛機制中可能發(fā)揮的作用做一綜述.1cav1.21a,n,n-2221e亞單位的基因編碼及對通道功能的調(diào)節(jié)作用所有的可興奮細胞的膜表面都分布有電壓門控性鈣通道,其參與很多生理功能的調(diào)節(jié),如神經(jīng)遞質(zhì)及神經(jīng)肽類物質(zhì)的釋放、神經(jīng)元興奮性和可塑性的調(diào)節(jié)、基因的表達、細胞的生長、發(fā)育及死亡。根據(jù)其電生理學(xué)特性和藥理學(xué)特點,可以分為兩大類,一類是高電壓激活型(highvoltage-activated,HVA)的鈣通道,包括L-,N-,P-/Q-和R-型;另一類是低電壓激活型(lowvoltage-activated,LVA)的鈣通道,只有T-型。電壓門控性鈣通道是由α1,β1-4,α2δ1-4,γ1-8四個亞單位構(gòu)成的膜蛋白的復(fù)合體,α1亞單位共有十種不同的亞型,根據(jù)基因序列的同源性不同分為Cav1,Cav2和Cav3。Cav1(Cav1.1α1S,Cav1.2α1C,Cav1.3α1D,Cav1.4α1F)分別編碼L型α1亞單位,Cav2.1α1A,Cav2.2α1B,Cav2.3α1E分別編碼P/Q型,N型和R型,T型則由Cav3(Cav3.1α1G,Cav3.2α1H,Cav3.3α1T)編碼的。β,α2δ各由四個不同的基因編碼,而γ由八個基因編碼。電壓門控性鈣通道α2δ亞基在通道功能的調(diào)節(jié)上發(fā)揮著重要的作用,它可以分為α2δ2-1和α2δ2-2兩種亞型,在正常情況下,α2δ1mRNA在背根神經(jīng)節(jié)(Dorsalrootganglion,DRG)中約75%的小細胞和19%的中型細胞上表達,脊髓損傷后兩周可見其表達上調(diào),說明它在突觸前,即外周發(fā)揮作用。與此同時,脊髓內(nèi)的α2δ亞單位的mRNA和蛋白的表達也上調(diào)了,這說明它也在突觸后,即中樞發(fā)揮作用。α2δ亞單位與不同的α1和β亞單位共表達可以易化α1通道的功能,增加峰電位的幅值以及通道的激活和失活的速率。而對于β和α2δ亞單位的作用,當(dāng)與α1亞單位共表達后,可以增加鈣通道電流。α2δ亞單位可以降低ω-conotoxin(ω-芋螺毒素)對N型鈣通道的親和力,所以當(dāng)α2δ和α1β亞單位共存時可以導(dǎo)致ω-conotoxinCVID及ω-conotoxinMVIIV對通道的敏感性降低上百倍。當(dāng)治療性藥物加巴噴丁(Gabapentin)和普加巴林(Pregabalin,PGB)誕生后,研究發(fā)現(xiàn)α2δ給它提供了一個結(jié)合位點,這個結(jié)合位點主要在脊髓的背角淺層的膠質(zhì)細胞,而且它與α2δ的結(jié)合是一種高親和力,特異性的結(jié)合,這為臨床鎮(zhèn)痛提供了新思路。除了在脊髓上,在DRG神經(jīng)元上,加巴噴丁及其同源物可以減小高電壓激活型鈣通道的鈣電流。外周神經(jīng)損傷后可以導(dǎo)致脊髓背角及背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的感覺神經(jīng)元Cavα2δ1亞單位表達上調(diào),考慮可能是造成神經(jīng)病理痛的原因之一。當(dāng)給于加巴噴丁后,發(fā)現(xiàn)它可以濃度依賴性的減小神經(jīng)元的異位放電活動,這一點,Bauer等人用大鼠神經(jīng)病理性疼痛模型也得到了證實,PGB類藥物的鎮(zhèn)痛作用可能和α2δ1亞單位的順向軸漿運輸功能損傷有關(guān),從而導(dǎo)致了α2δ1亞單位在在體大鼠模型神經(jīng)突觸前末梢的表達減少進而使神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和脊髓的敏感性降低。2鈣通道2.1小鼠n型鈣蛋白的表達N型鈣通道由Cav2.2α1B編碼,大量存在于突觸前神經(jīng)末梢,也分布于神經(jīng)元胞體和樹突。免疫組化技術(shù)顯示N型鈣通道蛋白在DRG及脊髓背角的淺層(I層和II層)特異性的表達,淺層為感受傷害性刺激的神經(jīng)元所投射的區(qū)域。N型鈣通道表達的許多神經(jīng)纖維軸突末稍內(nèi)含有P物質(zhì),表明這類通道分布在小型的高閾值的初級傳入纖維末稍上。電生理研究也進一步證實了在含有和釋放P物質(zhì)和CGRP等神經(jīng)肽的小型DRG神經(jīng)元上有N型鈣通道蛋白的表達。除此之外,在延髓,中腦,小腦分子層,丘腦,黑質(zhì),海馬分子層,大腦皮質(zhì)淺層等突觸分布密集的部位也有表達,這些為N型鈣通道參與疼痛的傳遞及調(diào)節(jié)提供了很好的解剖學(xué)基礎(chǔ)。2.2mtp2+負載離子激活N型鈣通道具有高電壓激活、快速失活的特點,其電壓介于L型和其它高電壓激活的鈣通道之間。當(dāng)15mmol/LBa2+為負載離子時,50%通道激活的電壓為+7.8mV,50%通道失活的電壓為-61mV,去極化至+10mV時的激活時間常數(shù)為3ms,失活時間常數(shù)約為200ms。N型鈣通道的主要作用是調(diào)控去極化誘導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流,是Ca2+內(nèi)流的主要途徑之一。2.3n型鈣通道在傷害性信息傳遞中的作用在慢性疼痛中,持續(xù)長時間的傷害性刺激容易導(dǎo)致組織損傷及外周炎癥,炎癥可以直接激活PKC-ε亞基,后者可以與Cav2.2α1B的C端結(jié)合,從而使通道的開放增加。除此,傷害性刺激使初級傳入感覺神經(jīng)元的興奮性增高,動作電位的產(chǎn)生頻率增多,從而引起前膜N型鈣通道的開放,鈣離子內(nèi)流觸發(fā)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,如與疼痛相關(guān)的Glu和SP。目前認為調(diào)節(jié)突觸前鈣離子內(nèi)流的細胞機制是G蛋白耦聯(lián)受體,它可以降低鈣通道的活性,而Cav2.2α1B對這種調(diào)節(jié)極為敏感,G蛋白所介導(dǎo)的N型鈣通道的抑制作用是很重要的,因為N型鈣通道在初級傳入神經(jīng)元中大量存在(75%為高電壓激活型的鈣通道),所以在傷害性通路中作用更為顯著。從上我們不難看出,只要有效的阻斷了N型鈣通道,就可以達到鎮(zhèn)痛的目的。與此相關(guān)的實驗已經(jīng)在動物體得到了證實,α1B基因敲除的小鼠對神經(jīng)病理性痛的反應(yīng)明顯降低,同時,缺乏B3亞基(通常情況下與Cav2.2結(jié)合)的小鼠對炎性痛的反應(yīng)也明顯降低。這些結(jié)果進一步說明了N型鈣通道在病理情況下在傷害性信息傳遞的過程中發(fā)揮著重要的作用,所以N型鈣通道日漸成為了備受關(guān)注的治療各種原因?qū)е碌奶弁吹乃幬锏挠行О悬c,ω-芋螺毒素(ω-conotoxins),一類從地紋芋螺(conusmagus)中分類出來的毒素,可以特異性的阻斷N型鈣通道。Priat(齊考諾肽,ziconotide,),即ω-conotoxinMVIIA,25肽,已經(jīng)被美國FDA批準入市,成為了一個非常有效的N型鈣通道阻斷劑,用于治療各種難治性疼痛,包括來自神經(jīng)損傷的,各種神經(jīng)根性痛及艾滋病和腫瘤引起的疼痛。它不產(chǎn)生耐藥性,但是必須要鞘內(nèi)給藥,而且會導(dǎo)致體位性的低血壓,可能的原因是它阻斷了心血管中樞中調(diào)控血壓的神經(jīng)元上的鈣通道。所以,科學(xué)家們又從地紋芋螺中分離出了一種新型的25肽,命名為ω-conotoxinCVID(AM336),已經(jīng)進入二期臨床試驗,和MVIIA相比,它阻斷N型鈣通道的機制不同,而且它對P型和Q型鈣通道也有很強的選擇性,它將會在疼痛的治療中更優(yōu)于Priat,而且在動物體的試驗已經(jīng)得到了證實:它可以有效的降低心血管副作用,2009年1月28日美國疼痛醫(yī)學(xué)學(xué)會召開的25屆年會命名AM336為Leconotide,而且二期臨床試驗發(fā)現(xiàn)Leconotide它作為一種新興的鎮(zhèn)痛藥,具有安全、高選擇性及高效性等特點,而且給藥途徑多,可以鼻腔噴霧、透皮貼片及口服。但是所有的ω-芋螺毒素類藥物都可以在治療劑量產(chǎn)生不理想的副作用,所以,研制更好的ω-芋螺毒素類藥物以及小分子高選擇性副作用小的藥物成為研發(fā)N-型鈣通道阻斷劑止痛劑的一個方向,人們開始尋找疼痛傳遞與調(diào)控通路特異性的N型電壓門控性鈣通道,Bell等人在大鼠DRG神經(jīng)元上找到了這種特異性的N型VDCCs亞型,它存在于小型的傷害感受性神經(jīng)元,表達一種外顯子e37a,它替代了e37b,含有這種外顯子的鈣通道主要是通過激活特定的G蛋白偶聯(lián)受體而發(fā)揮作用的,如果針對背根神經(jīng)節(jié)傷害感受性神經(jīng)元上特異性的N型VDCCs阻斷劑可以研制成功,則可以避免現(xiàn)有的ω-芋螺毒素類藥物產(chǎn)生的副作用。為此,NeuromedTechnologies公司最近致力于開發(fā)小分子劑量依賴型的N型鈣通道阻斷劑,NMED-160,現(xiàn)在已經(jīng)進入二期臨床試驗,在動物體的實驗表明它可以用來治療嚴重的慢性神經(jīng)病理痛和慢性炎癥痛,而且是口服給藥。3p.q鈣通道3.1小型肽能神經(jīng)元纖維末釋放超過50%的P/Q型鈣通道蛋白在背根神經(jīng)節(jié)細胞上表達,但是無證據(jù)表明它們也在含有P物質(zhì)的小型DRG神經(jīng)元上表達,這也說明了P/Q型鈣通道對于傳導(dǎo)傷害性感覺信息的小型肽能神經(jīng)元纖維末稍的遞質(zhì)釋放是不起作用的。與此一致的是,ω-conotoxinIVA(一種蜘蛛毒素)也不能影響P物質(zhì)和CGRP的釋放。P/Q型鈣通道在脊髓背角的II層和VI層也有表達,在I層表達較少。家族性偏癱性偏頭痛(familialhemiplegicmigraine,FHM)I型的基因突變導(dǎo)致了P/Q型鈣通道上α1B亞基的結(jié)構(gòu)改變,造成了鈣內(nèi)流的增加,可能是偏頭痛發(fā)生的機理之一,所以對這種通道的關(guān)注也越來越多。3.2-agatoliva在裝置中的作用P/Q型鈣通道的開放主要介導(dǎo)遞質(zhì)的釋放和神經(jīng)元興奮性的增加。P型鈣通道介導(dǎo)釋放的遞質(zhì)主要是谷氨酸、多巴胺和γ-氨基丁酸。電生理研究發(fā)現(xiàn)ω-agatoxinTK幾乎不能阻斷傷害性信息從C類和Aδ類傳入纖維小脊髓背角I層傳遞,但是它可以明顯減少多突觸誘發(fā)的興奮性變化。鞘內(nèi)注射ω-agatoxinIVA可以中度降低脊髓神經(jīng)元對皮下非傷害性和傷害性刺激所引起的反應(yīng)。除此,P/Q型鈣通道也介導(dǎo)一些抑制性的神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,所以一些抑制性的突觸后電流在脊髓神經(jīng)元也可以被ω-agatoxinIVA所抑制。3.3不同熱痛覺為什么要模型在神經(jīng)病理性痛的模型中,給與大鼠鞘內(nèi)注射ω-agatoxinIVA或者SHX230后對機械刺激引起的異位痛沒有抑制作用,在慢性壓迫損傷(chronicconstrictioninjury,CCI)模型中產(chǎn)生的熱痛覺過敏也沒有抑制作用。在小鼠中由長春新堿所引起的接觸性異位痛也不能被ω-agatoxinIVA所抑制。但是最近發(fā)現(xiàn)N型鈣通道可能存在藥物靶點,當(dāng)二氫吡啶類的L型鈣通道阻斷劑無效時,鞘內(nèi)聯(lián)合應(yīng)用ω-agatoxinIVA,ω-agatoxinTK和ω-conotoxinsGVIA可以明顯減弱由腳底注射福爾馬林所引起的炎性痛。4鈣通道t4.1cav3.2mrna的表達T型鈣通道家族的3個家族成員(Cav3.1α1G,Cav3.2α1H,Cav3.3α1T)主要分布在脊髓背角,Cav3.1α1G,Cav3.2α1H主要在淺層,而且主要位于胞體和樹突,對不同的興奮傳入可以產(chǎn)生不同的反應(yīng)。在外周感覺神經(jīng)元中也存在T型鈣通道,背根神經(jīng)節(jié)細胞中有Cav3.2,Cav3.3mRNA的表達,有報道說這些轉(zhuǎn)錄物主要集中在中小型的DRG神經(jīng)元,而也有一些報道說Cav3.3mRNA也在大的DRG神經(jīng)元中有表達。這表明了這類通道與傷害性感覺信息的傳入有關(guān)。4.2病理改變改變T型鈣通道被激活時可以引起細胞鈣內(nèi)流增加,而鈣濃度增高又可激活Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶,產(chǎn)生一系列的病理改變。T型鈣通道電流因不同的神經(jīng)元而不同,在大直徑的DRG神經(jīng)元中表現(xiàn)的是很強的鈣電流,但Scroggs和Fox也報道了在中型神經(jīng)元上也有很強的鈣電流。電生理學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)Cav3.1α1G,Cav3.2α1H在激活和失活的動力學(xué)上有相同點,但是在從失活到恢復(fù)以及對阻斷劑的敏感性上有所不同。4.3t型鈣通道在身份證明治療cav3.2在外周神經(jīng)元,當(dāng)神經(jīng)損傷后,初級傳入神經(jīng)元中的T型鈣通道電流會因損傷的類型而影響其改變方式,神經(jīng)橫斷后,T型鈣電流可以增加或不發(fā)生改變,而神經(jīng)結(jié)扎后,T型鈣通道的電流反而下降。除此之外,最新的研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性的配體如鋅、氧化還原劑、氧化劑等也可以參與調(diào)解T-型鈣通道的活性,絕大多是在小型的傷害感受性神經(jīng)元上,這些發(fā)現(xiàn)證實了介導(dǎo)T型鈣通道表達和激活的調(diào)節(jié)機制,為這類通道的治療性作用指明了方向。鞘內(nèi)注射Cav3.1,Cav3.2,Cav3.3特異性的反義寡核苷酸,發(fā)現(xiàn)背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)Cav3.2樣的T型鈣電流減弱,在急性疼痛和神經(jīng)病理型疼痛的大鼠模型上,注射Cav3.2反義寡核苷酸具有抗傷害性刺激、抗痛覺過敏及抗超敏反應(yīng)的作用。這說明了Cav3.2離子通道是外周感覺神經(jīng)元傷害性信息處理的重要調(diào)節(jié)因素,可以作為疼痛治療的外周特異性的藥物靶點。在中樞神經(jīng)系統(tǒng),T通道也可能參與疼痛的調(diào)控。在脊髓背角的I層投射神經(jīng)元中,T型鈣通道參與形成長時程增強(LTP),后者可以導(dǎo)致中樞敏化。在丘腦的中繼核和網(wǎng)狀核內(nèi),也發(fā)現(xiàn)了具有特異性動力學(xué)的T型鈣電流,而在網(wǎng)狀核內(nèi)的神經(jīng)元,胞體內(nèi)存在快電流,樹突存在慢電流。這些電生理結(jié)果已經(jīng)被在丘腦內(nèi)檢測到Cav3.1(快動力)、Cav3.2(快動力)、Cav3.3(慢動力)的mRNA和蛋白所證實。激活網(wǎng)狀核的抑制神經(jīng)元可以導(dǎo)致中繼核神經(jīng)元的超極化,處于超極化的神經(jīng)元可以形成簇狀放電。5l型鈣通道5.1壓激活型的鈣級解析在脊髓的背根神經(jīng)節(jié),尤其是L4-L6所支配的背根神經(jīng)節(jié)中都有高電壓