5-羥色胺的功能及作用機(jī)制

5-羥色胺的功能及作用機(jī)制

疼痛是臨床上常見(jiàn)的癥狀，通常給患者帶來(lái)嚴(yán)重的疼痛。組織損傷和周圍神經(jīng)損傷后可能導(dǎo)致疼痛。疼痛的發(fā)生機(jī)制有兩方面:一是外周傷害性信息不斷傳入,二是脊髓內(nèi)感覺(jué)神經(jīng)元興奮性發(fā)生改變。5-羥色胺(5-HT)在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有分布。在外周,5-HT主要來(lái)源于血小板和肥大細(xì)胞。根據(jù)對(duì)特異激動(dòng)劑、拮抗劑選擇性的不同,5-HT受體至少可分為7種類型,即5-HT1受體、5-HT2受體、5-HT3受體、5-HT4受體、5-HT5受體、5-HT6受體和5-HT7受體,根據(jù)這7種類型的分子結(jié)構(gòu)及其亞基的不同,又可細(xì)分為14種亞型。其中5-HT2受體可分為5-HT2A受體、5-HT2B受體、5-HT2C受體。目前認(rèn)為與疼痛有關(guān)的受體主要是5-HT1A受體,5-HT2A受體,5-HT3受體,5-HT4受體和5-HT7受體。由于5-HT受體抗體的特異性不高,5-HT受體亞型在外周分布的信息至今不全。許多研究表明,5-HT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周能發(fā)揮痛信息的調(diào)制作用,已證實(shí)5-HT2A受體亞型參與疼痛的產(chǎn)生或調(diào)制。5-HT2A受體作為研究疼痛的靶點(diǎn)引起了許多學(xué)者的關(guān)注。15疼痛的外周血機(jī)制和帶型心肌病5-HT是生物機(jī)體內(nèi)廣泛分布的單胺類物質(zhì),具有吲哚胺的結(jié)構(gòu),作為一種神經(jīng)遞質(zhì),與多種疾病相關(guān),如抑郁、焦慮、偏頭痛、高血壓、疼痛、嘔吐等。其中5-HT與疼痛的關(guān)系受到很大的關(guān)注。生理狀態(tài)下,刺激激活外周傷害性感受器(nociceptor),信息傳入中樞,經(jīng)大腦皮質(zhì)綜合分析,產(chǎn)生疼痛或傷害性感受(nociception)。因此,疼痛的形成包括外周信號(hào)和中樞感受兩大環(huán)節(jié),分別是疼痛的外周機(jī)制和中樞機(jī)制。疼痛產(chǎn)生的第一步是炎癥損傷使組織釋放許多化學(xué)因子,刺激外周傷害性感受器,使之向中樞發(fā)放沖動(dòng),引起疼痛感覺(jué)。這些化學(xué)因子中,5-HT在疼痛的形成中有著獨(dú)特的作用。人體中的5-HT主要由色氨酸經(jīng)羥化、脫羧而成。外周5-HT主要在腸黏膜嗜鉻細(xì)胞中生成,進(jìn)入循環(huán)中被血小板攝取,可能是和血小板中的三磷酸腺苷結(jié)合呈無(wú)活性狀態(tài)。在組織損傷和炎性狀態(tài)下5-HT從血小板中釋放出來(lái),具有較強(qiáng)的生物活性,5-HT代謝的終產(chǎn)物為5-羥吲哚乙酸,從尿中排出,游離的5-HT通過(guò)與不同受體結(jié)合發(fā)揮作用。25-ht2a受體80年代中期,人們利用同源篩選技術(shù)(homologousscreening)分離出人和大鼠的5-HT2A受體基因。5-HT2A受體是與磷脂酶相關(guān)的G蛋白偶聯(lián)受體,以三磷酸肌醇(IP3)為第二信使。它具有7個(gè)跨越細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)各有3個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)與跨膜區(qū)相連,與其他5-HT2受體具有結(jié)構(gòu)同源性。5-HT2A受體由1413個(gè)核苷酸開放閱讀框編碼的471個(gè)氨基酸組成,其本質(zhì)是糖蛋白。5-HT2A受體包括3個(gè)外顯子和位于它們之間的2個(gè)內(nèi)含子,該基因的跨度范圍為20kb。人類5-HT2A受體的遺傳基因定位于第13號(hào)染色體長(zhǎng)臂14~21區(qū)(13q14~21),人與大鼠的5-HT2A受體有87%的同源性。5-HT2A受體與G蛋白偶聯(lián),能夠激活磷脂酶C,使其水解為IP3和二?；视?DAG),促進(jìn)細(xì)胞Ca2+內(nèi)流,使神經(jīng)元興奮性增強(qiáng)。許多研究表明5-HT2A受體廣泛存在外周組織(包括血小板),在中樞神經(jīng)系統(tǒng)也有分布。用原位雜交方法可以證明5-HT2A受體在背根神經(jīng)節(jié)(dorsalrootganglia,DRG)的初級(jí)傳入神經(jīng)元和脊髓背角有分布。在DRG分布5-HT2A受體的神經(jīng)元主要為小、中型細(xì)胞即屬于感受傷害性刺激的神經(jīng)元,這些細(xì)胞大多同時(shí)表達(dá)與疼痛有關(guān)的降鈣素基因相關(guān)肽。5-HT2A受體神經(jīng)元約占DRG神經(jīng)元總數(shù)的1/10,在炎癥狀態(tài)下,數(shù)量可增加1倍。另外在肝臟、脾臟等周圍組織中也有5-HT2A受體分布。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)5-HT2A受體主要分布在大鼠的前腦、小腦、腦干神經(jīng)核、脊髓等部位。武勝昔等也證明5-HT2A受體陽(yáng)性胞體主要分布于嗅球的小球?qū)雍蜕奔?xì)胞層、海馬始層、外側(cè)韁核、丘腦被外側(cè)核、下丘腦室旁核、中腦中央灰質(zhì)、腦干運(yùn)動(dòng)核和感覺(jué)神經(jīng)節(jié)等。DRG內(nèi)含許多初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元的胞體,其中小、中型細(xì)胞與疼痛的傳遞有關(guān),具有將傷害性信號(hào)從外周傳到中樞的特殊功能,而脊髓是疼痛信號(hào)處理的初級(jí)中樞,5-HT2A受體在DRG小、中型細(xì)胞,脊髓等神經(jīng)組織中的分布也提示該受體亞型可能介導(dǎo)5-HT在外周傳遞傷害性信息和在中樞調(diào)控傷害性信息的作用。35-ht受體5-HT因作用位點(diǎn)不同或組織所含的受體亞基不同能表現(xiàn)出致痛和鎮(zhèn)痛雙重作用。在中樞,鞘內(nèi)注射5-HT有鎮(zhèn)痛作用,并且這種作用可以被其受體的拮抗劑所阻斷。而在外周,腹腔或皮下注射5-HT有致痛作用。5-HT1受體,5-HT2受體和5-HT3受體都參與對(duì)傷害性信息的調(diào)節(jié),也有報(bào)道其他類型受體如5-HT7參與對(duì)傷害性信息的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在越來(lái)越多的證據(jù)表明,5-HT2A受體在疼痛傳導(dǎo)中起重要作用。一系列疼痛模型的研究如Formalin實(shí)驗(yàn),甩尾實(shí)驗(yàn),CFA(完全氟氏佐劑)模型和關(guān)節(jié)炎模型都表明5-HT2A受體參與疼痛的調(diào)節(jié)。3.15-ht受體受體5-HT是下行抑制系統(tǒng)參與鎮(zhèn)痛作用的主要神經(jīng)活性物質(zhì)。脊髓背角是傷害性信息向中樞傳遞的第一個(gè)中繼站,傷害性信息傳到脊髓背角以后,脊髓背角不僅接受和傳遞傷害性傳入信息,而且還對(duì)傷害性信息進(jìn)行整合。這里匯聚著來(lái)自外周的不同傳入纖維,來(lái)自腦干和大腦皮質(zhì)的下行投射纖維,以及背角局部中間神經(jīng)元,組成十分復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和生化成分將多方面來(lái)的信息通過(guò)興奮和抑制之間的匯聚、綜合,對(duì)傷害性信息進(jìn)行整合。在脊髓背角神經(jīng)元初步整合后,上行通路進(jìn)入中樞的高級(jí)部位。由于脊髓的特殊功能,目前研究5-HT在中樞的作用較多集中在脊髓背角水平。脊髓中的5-HT主要來(lái)源于起自腦干的5-HT能下行投射纖維,這些纖維終止于脊髓背角,釋放5-HT,作用于脊髓背角的受體,發(fā)揮其痛調(diào)節(jié)作用。鞘內(nèi)注射5-HT的鎮(zhèn)痛作用在許多實(shí)驗(yàn)研究中得到證實(shí)。鞘內(nèi)注射5-HT可提高多種傷害反射的閾值,這種作用可被單胺氧化酶抑制劑或5-HT的前體加強(qiáng),而被5-HT受體阻斷劑阻斷。脊髓背角存在多種5-HT受體亞型,它們?cè)诩顾鑲π愿惺苷{(diào)制中起著重要作用。5-HT1受體,5-HT2受體,5-HT3受體均有報(bào)道參與了5-HT的作用過(guò)程,其中5-HT2A受體與疼痛關(guān)系的研究取得了較大的進(jìn)展。在Formalin實(shí)驗(yàn)和坐骨神經(jīng)慢性結(jié)扎模型中證實(shí)5-HT2A受體在中樞參與了鎮(zhèn)痛作用。Sasaki等在Formalin實(shí)驗(yàn)中,鞘內(nèi)注射5-HT2A受體的激動(dòng)劑α-甲基-5-HT能劑量依賴性地抑制福爾馬林引起的痛反應(yīng)。同樣,坐骨神經(jīng)慢性結(jié)扎模型中鞘內(nèi)注射α-甲基-5-HT也能劑量依賴性地減輕熱痛覺(jué)過(guò)敏,這些作用可以通過(guò)鞘內(nèi)提前注射5-HT2A受體的拮抗劑酮色林(ketanserin)來(lái)消除。在另一Formalin實(shí)驗(yàn)中鞘內(nèi)注射5-HT2A受體激動(dòng)劑DOI(2,5-二甲氧基-4-碘苯基丙烷-2-胺鹽酸鹽)能起到鎮(zhèn)痛作用:在足底注射福爾馬林后,鞘內(nèi)注射5-HT2A受體的激動(dòng)劑DOI可劑量依賴性地降低第一時(shí)程和第二時(shí)程中大鼠的痛行為,若提前注射5-HT2A受體的拮抗劑酮色林(30μg)能消除此鎮(zhèn)痛作用,而5-HT1A和5-HT1B受體拮抗劑卻無(wú)此作用。Obata等在脊神經(jīng)結(jié)扎模型中也得到了相同的結(jié)果:鞘內(nèi)注射5-HT2A受體的激動(dòng)劑α-甲基-5-HT或DOI能劑量依賴性地抑制觸痛覺(jué)超敏的發(fā)生,并且這種作用可以通過(guò)鞘內(nèi)提前注射5-HT2A受體的拮抗劑酮色林來(lái)消除,但鞘內(nèi)注射5-HT1A受體,5-HT1B受體或5-HT3受體的激動(dòng)劑卻起不到明顯的鎮(zhèn)痛效果,同樣它們的拮抗劑也不能消除鞘內(nèi)注射5-HT2A受體激動(dòng)劑所起的作用。5-HT2A受體在脊髓水平的痛信息整合中扮演著重要的角色。在脊髓背角膠質(zhì)區(qū)存在大量的γ-丁氨酸(GABA)能中間神經(jīng)元,其軸突及含囊泡的樹突與傳入神經(jīng)C-纖維末梢形成突觸連接,5-HT能夠時(shí)間和劑量依賴性地增強(qiáng)脊髓背角GABA能神經(jīng)元合成抑制性神經(jīng)遞質(zhì)GABA。另外還有大量的阿片肽(包括腦啡肽和強(qiáng)啡肽)能中間神經(jīng)元及各類阿片受體的存在。其他實(shí)驗(yàn)也提示5-HT能通過(guò)激活5-HT2受體提高背根神經(jīng)節(jié)GABA受體的活性。因此,5-HT2受體激動(dòng)劑鎮(zhèn)痛作用的一種可能機(jī)制是在大鼠的脊髓,激動(dòng)劑能通過(guò)中間神經(jīng)元引起抑制性神經(jīng)遞質(zhì)如GABA的釋放,產(chǎn)生突觸后抑制作用。另外有實(shí)驗(yàn)證明,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)5-HT可能調(diào)節(jié)乙酰膽堿(Ach)的釋放,其他神經(jīng)遞質(zhì)如腺苷和μ-阿片受體等在脊髓也可能參與5-HT的鎮(zhèn)痛機(jī)制。也有實(shí)驗(yàn)表明5-HT能對(duì)興奮性氨基酸誘發(fā)的興奮性反應(yīng)起抑制作用。Murase等運(yùn)用全細(xì)胞膜片鉗記錄技術(shù),觀察到5-HT通過(guò)激活5-HT1受體抑制大鼠脊髓背角神經(jīng)元對(duì)N-甲基-D-天門冬氨酸(NMDA)的反應(yīng),達(dá)到抑制傷害性信息傳遞的目的,5-HT2A受體可能也具有相同作用。3.25費(fèi)用支出的影響各種炎性介質(zhì)包括P物質(zhì)(SP)、5-HT、緩激肽(BK)、前列腺素(PG)以及三磷酸腺苷(ATP)等,當(dāng)組織損傷或炎癥時(shí)被釋放出來(lái),其中5-HT是一種很重要的外周致痛物質(zhì)。它可通過(guò)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的級(jí)聯(lián)機(jī)制使傷害性感受器的受體或離子通道磷酸化,進(jìn)一步使傷害性感受器的感覺(jué)閾值降低,神經(jīng)元發(fā)生可塑性變化,從而參與痛覺(jué)過(guò)敏的形成。另外5-HT還參與其他炎性因子引起的痛反應(yīng)。許多實(shí)驗(yàn)表明外周5-HT2A受體在痛信息傳遞中起重要作用。在Carrageenan(角叉菜膠),CFA,5-HT致炎模型,Formalin持續(xù)性痛模型及神經(jīng)病理性疼痛模型中都表明5-HT2A受體參與外周致痛的調(diào)節(jié)。Obata等發(fā)現(xiàn)在Formalin實(shí)驗(yàn)腹腔內(nèi)提前注射5-HT2A受體的拮抗劑Sarpogrelate(鹽酸沙格雷脂)可劑量依賴性地減少第一和第二時(shí)程的痛反應(yīng)。另外局部注射5-HT2A受體選擇性拮抗劑酮色林在Formalin實(shí)驗(yàn)中也能抑制傷害性痛行為。Okamoto等的實(shí)驗(yàn)表明后腳足底注射CFA引起局部炎癥后能增加DRG中5-HT2A受體的表達(dá)。在CFA引起的炎性模型中,全身注射5-HT2A受體的拮抗劑Sarpogrelate能劑量依賴性地減輕熱痛覺(jué)過(guò)敏反應(yīng)。同樣,足底注射5-HT能通過(guò)活化初級(jí)傳入纖維在同側(cè)脊髓背角產(chǎn)生大量的C-Fos蛋白(C-Fos蛋白常被用做細(xì)胞激活的指標(biāo)),這種作用可以通過(guò)皮下注射5-HT2A受體激動(dòng)劑完全復(fù)制,但5-HT3A受體的激動(dòng)劑卻無(wú)此作用,并且皮下注射5-HT2A受體拮抗劑可以降低C-Fos的表達(dá)。這都說(shuō)明5-HT是通過(guò)2A受體來(lái)活化感覺(jué)神經(jīng)末梢的。在另一模型中,大鼠足底注射Carrageenan能夠顯著降低對(duì)傷害性熱刺激的縮爪閾值,并能誘發(fā)水腫,當(dāng)提前注射5-HT2A受體拮抗劑酮色林時(shí),能劑量依賴性地降低痛覺(jué)過(guò)敏。另外注射Carrageenan能顯著提高L4~5節(jié)段脊髓背角C-Fos免疫陽(yáng)性神經(jīng)元的表達(dá),提前注射酮色林能顯著降低脊髓各層C-Fos的表達(dá),表明在Carrageenan引起的炎性模型中外周5-HT2A受體參與了熱痛覺(jué)過(guò)敏的產(chǎn)生。在坐骨神經(jīng)慢性結(jié)扎模型中,給予5-HT2A受體拮抗劑Sarpogrelate和酮色林能劑量依賴性地提高對(duì)機(jī)械刺激的痛閾,但不能影響對(duì)側(cè)足的痛閾。同樣5-HT1A,5-HT1B,5-HT3和5-HT4受體拮抗劑卻不能抑制痛覺(jué)過(guò)敏的發(fā)生。另外,在手術(shù)側(cè)足局部應(yīng)用含有Sarpigrelate的藥膏也能顯著地降低痛反應(yīng)。這些實(shí)驗(yàn)都表明5-HT2A受體參與了外周炎癥引起的脊髓傷害性信息的調(diào)節(jié)。類似的,筆者最近的實(shí)驗(yàn)也表明外周5-HT2A受體在炎性痛的維持和/或發(fā)展中起著重要作用。在Carrageenan引起的關(guān)節(jié)炎模型中,關(guān)節(jié)處皮膚敷含5-HT2A受體拮抗劑酮色林的貼劑能夠顯著降低甚至消除炎癥引起的痛覺(jué)過(guò)敏。在外周,5-HT2A受體主要存在于C-纖維的末梢,該受體激活后能夠激活磷脂酶C,使其水解為IP3和DAG,促進(jìn)細(xì)胞Ca2+內(nèi)流,增加細(xì)胞興奮性。外周注射CFA,Carrageenan,福爾馬林等炎性物質(zhì)能夠引起痛覺(jué)過(guò)敏,注射5-HT2A受體拮抗劑能夠抑制痛覺(jué)過(guò)敏的發(fā)生,表明外周注射炎性物質(zhì)后能夠引起炎性細(xì)胞中5-HT的釋放,并且可以通過(guò)5-HT2A受體發(fā)揮作用。傷害性刺激經(jīng)C纖維傳入,在突觸處釋放谷氨酸,SP等遞質(zhì)或調(diào)質(zhì),這些神經(jīng)遞質(zhì)或調(diào)質(zhì)作用于相應(yīng)的受體,致使脊髓背角神經(jīng)元興奮性升高。在5-HT參與引起的痛覺(jué)過(guò)敏中,可以通過(guò)神經(jīng)元中的第二信使PKC來(lái)介導(dǎo)。PKC在外周和中樞均有分布,相關(guān)報(bào)道表明PKC在外周組織損傷和炎癥引起的痛覺(jué)過(guò)敏中起著重要作用。筆者最近的實(shí)驗(yàn)也表明外周PKC參與了5-HT通過(guò)5-HT2A受體引起的痛覺(jué)過(guò)敏,PKC抑制劑可劑量依賴性地削弱通過(guò)5-HT2A受體引起的痛覺(jué)過(guò)敏,而不是通過(guò)5-HT1A受體。5-HT激活5-HT2A受體后,會(huì)導(dǎo)致Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),激活胞內(nèi)Ca2+依賴的PKC,使PKC轉(zhuǎn)位(從胞漿到胞膜),從而引起細(xì)胞膜通透性改變,PKC調(diào)節(jié)離子通道通