張 樂(lè),朱永平
(浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院毒理研究室,浙江杭州 310058)
藥物成癮是一種復(fù)雜的慢性復(fù)發(fā)性腦病,其形成機(jī)制復(fù)雜,尚不完全清楚,一般認(rèn)為與興奮性氨基酸、Ca2+、一氧化氮(NO)和環(huán)鳥苷酸(cGMP)等有關(guān)。其中神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使Ca2+通過(guò)與阿片受體偶聯(lián),實(shí)現(xiàn)其跨膜信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo),參與鎮(zhèn)痛和成癮作用,其重要性日益受到人們的重視。
大量研究證明,Ca2+在嗎啡鎮(zhèn)痛作用和成癮形成的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,嗎啡通過(guò)阿片受體影響Ca2+通道的活性,改變中樞和外周神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度,Ca2+通道阻滯劑可治療嗎啡依賴動(dòng)物的戒斷癥狀。
嗎啡急性作用時(shí),通過(guò)激動(dòng)μ阿片受體抑制電壓依賴型Ca2+通道,使Ca2+內(nèi)流減少,降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度,影響感覺(jué)傳導(dǎo)過(guò)程而產(chǎn)生抗傷害作用。長(zhǎng)期給予嗎啡,阿片受體脫敏,細(xì)胞內(nèi)腺苷酸環(huán)化酶-環(huán)化磷酸腺苷(AC-cAMP)系統(tǒng)上調(diào)等變化,使μ阿片受體對(duì)Ca2+通道抑制作用減弱。一旦停用嗎啡或用納絡(luò)酮激發(fā)戒斷反應(yīng),則出現(xiàn)Ca2+內(nèi)流增多,細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高,使興奮性神經(jīng)遞質(zhì)釋放增多,引起戒斷反應(yīng)。長(zhǎng)期應(yīng)用阿片類藥物使神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加的途徑主要有兩個(gè):①細(xì)胞外Ca2+經(jīng)其通道內(nèi)流入胞內(nèi);②細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放Ca2+。因此通過(guò)阻斷Ca2+通道,抑制外鈣內(nèi)流和內(nèi)鈣釋放是阿片類物質(zhì)發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用延緩依賴形成的機(jī)制之一。
鈣通道位于細(xì)胞膜上,是由 α1、α2、β、γ、δ 五個(gè)亞基組成的多聚體蛋白質(zhì),中央圍成的一個(gè)小孔通道。1955年Hodgkin提出“通道概念”,1949年Cole用膜片鉗證實(shí)并于1963年獲諾貝爾獎(jiǎng)。目前已知的鈣通道大致分為以下幾型:①電壓依賴型鈣通道(voltage-dependent calcium channel,VDCC):L型、N型和T型等;② 激動(dòng)劑—受體門控Ca2+通道(ligand-gated calcium channel,LGCC):ATP、N-甲基-D-天冬氨酸均可與相應(yīng)受體結(jié)合,促進(jìn)Ca2+內(nèi)流;③ 機(jī)械操縱型Ca2+通道:此型僅見于血管內(nèi)皮細(xì)胞;④ 質(zhì)膜上分布的鈣泵;⑤ IP3受體Ca2+通道;⑥ 雷諾定受體Ca2+通道(ryanodine,RYR鈣通道)。前兩型分布在細(xì)胞膜上,可通過(guò)抑制外鈣內(nèi)流降低胞漿鈣濃度;最后兩型分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)上面,通過(guò)抑制內(nèi)鈣釋放延緩嗎啡依賴形成[1]。
許多實(shí)驗(yàn)從整體、離體和分子水平探討證明:嗎啡急性作用階段,突觸和突觸囊泡內(nèi)鈣濃度下降,此時(shí)鈣通道激動(dòng)劑可拮抗嗎啡作用。一旦停用嗎啡或用納絡(luò)酮刺激,由于細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高,產(chǎn)生戒斷反應(yīng)。本文主要介紹嗎啡長(zhǎng)期作用時(shí)不同分型的鈣通道阻滯劑延緩嗎啡成癮發(fā)生的作用。
3.1VDCC VDCC是生物體內(nèi)一大類鈣通道,隨著膜電位的改變而出現(xiàn)通道的開放、關(guān)閉和失活,調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度,最終產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。目前已知的VDCC有以下幾型:L、N、P/Q、R、T 型(Tab 1)。
Tab 1 Different types,gene names,blockers,distributions and functions of the VDCC
大量研究證明VDCCs與阿片類藥物成癮的形成關(guān)系密切,VDCCs可通過(guò)多種途徑參與阿片成癮的形成。阿片類受體激動(dòng)后,能夠抑制VDCCs,使鈣離子內(nèi)流減弱。嗎啡急性給藥時(shí),突觸體的Ca2+濃度降低和Ca2+流入減少,而長(zhǎng)期慢性給藥形成依賴后突觸囊泡內(nèi)鈣離子濃度水平明顯提高,而且,依賴動(dòng)物去除嗎啡后戒斷癥狀的維持時(shí)間和鈣通道數(shù)目上調(diào)在時(shí)間上具有同步性,提示了兩者之間的緊密聯(lián)系。長(zhǎng)期給予嗎啡引起鈣通道密度的增加,其濃度的增加也部分體現(xiàn)了動(dòng)物對(duì)嗎啡軀體依賴性的形成。
3.1.1L-型鈣通道是高電壓激活(HVA)通道(Cav1.1-Cav1.4),較強(qiáng)的去極化可開放,失活慢,廣泛存在于各種興奮細(xì)胞與非興奮細(xì)胞膜上,介導(dǎo)各種細(xì)胞功能,對(duì)二氫吡啶類拮抗劑(如尼莫地平)高度敏感。研究資料表明,L-型鈣通道拮抗劑能減輕嗎啡依賴,翻轉(zhuǎn)嗎啡耐受。Verma等[2]報(bào)道L-型電壓敏感性鈣通道抑制劑尼莫地平和硝苯吡啶有效降低了大鼠對(duì)慢性嗎啡攝入的耐受,免疫組化結(jié)果顯示嗎啡耐受模型中,鈣通道的表達(dá)明顯高于對(duì)照組,這也側(cè)面證實(shí)了鈣通道在依賴形成中發(fā)揮著重要作用。
另有研究證明,合用L-型鈣通道阻滯劑尼莫地平可降低嗎啡耐受的進(jìn)展,推測(cè)尼莫地平抑制了嗎啡誘導(dǎo)的L-型鈣通道表達(dá)的上調(diào)從而降低了嗎啡耐受[3]。而鞘內(nèi)注射除尼莫地平外的其他L-型鈣通道阻滯劑,不產(chǎn)生鎮(zhèn)痛效應(yīng),尼莫地平也僅發(fā)揮短暫的鎮(zhèn)痛效應(yīng)[4],但當(dāng)這些L-型鈣通道阻滯劑(尼莫地平、硝苯地平、維拉帕米)與嗎啡合用時(shí),可顯著增強(qiáng)嗎啡的鎮(zhèn)痛效應(yīng)[3]。
3.1.2N-型鈣通道也屬于HVA型鈣通道(Cav2.2),芋螺毒素ω-CTX-MVIIA,ω-CTX-GVIA可選擇性阻斷 N型鈣電流,劑量依賴性的翻轉(zhuǎn)異常疼痛[5]。慢性嗎啡給藥后N-型鈣通道表達(dá)上調(diào)導(dǎo)致嗎啡耐受,鞘內(nèi)注射N-型鈣通道阻滯劑氨氯地平(絡(luò)活喜)(氨氯地平也可阻滯L-型鈣通道)后可抑制嗎啡耐受形成[6-7]。
本實(shí)驗(yàn)室前期研究證實(shí)N型鈣通道拮抗劑ω-CTX MVIIA能夠抑制嗎啡誘導(dǎo)條件性位置偏愛(CPP)的建立,同時(shí)發(fā)現(xiàn)這種抑制作用與大鼠的運(yùn)動(dòng)活性和探索活動(dòng)沒(méi)有相關(guān)性,說(shuō)明ω-CTX MVIIA對(duì)CPP的抑制并不是通過(guò)鎮(zhèn)靜作用和降低實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)活性實(shí)現(xiàn)的,而是通過(guò)抑制N型鈣通道抑制了嗎啡的獎(jiǎng)賞效應(yīng)及成癮性。
Ziconotide(合成名為SNX-111)是ω-CTX-MVIIA的合成形式,為神經(jīng)元特異性N型鈣通道阻滯劑,有鎮(zhèn)痛及神經(jīng)元保護(hù)作用。鞘內(nèi)注射可以阻斷初級(jí)傷害感受器的傳入神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,同時(shí)阻止疼痛信號(hào)從脊髓向腦部傳導(dǎo),從而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用,且長(zhǎng)期給藥不會(huì)引起耐受性,優(yōu)于鞘內(nèi)注射嗎啡。Wang等[8]發(fā)現(xiàn)ziconotide與嗎啡合用短時(shí)間內(nèi)有相加或協(xié)同作用,據(jù)此可降低嗎啡用量,延緩耐受形成。長(zhǎng)期鞘內(nèi)注射ziconotide不產(chǎn)生耐藥性,對(duì)嗎啡也沒(méi)有交叉耐藥,但此藥只有鞘內(nèi)給藥才能產(chǎn)生較好的療效,并且存在其他缺點(diǎn),如治療窗口小,在劑量稍大時(shí)會(huì)出現(xiàn)眼球震顫、共濟(jì)失調(diào)、惡心等副作用[9]。
模擬ω-芋螺毒素MVIIA(Ziconotide.SNX-111)的空間結(jié)構(gòu),Ge Meng等以4-氨基哌啶為母核,合成了一系列非肽類小分子化合物,并將其命名為ZC系列化合物,篩選出其中的ZC88具有特異性N型鈣通道阻斷作用且具有較好選擇性。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),ZC88可逆性地作用于N型鈣通道的靜息態(tài)和失活態(tài),ZC88不僅對(duì)急性疼痛和慢性神經(jīng)痛有明顯鎮(zhèn)痛作用,鎮(zhèn)痛強(qiáng)度與其對(duì)N型鈣通道的阻斷能力有一定相關(guān)性,而且能夠劑量依賴性地增強(qiáng)嗎啡鎮(zhèn)痛、對(duì)抗嗎啡耐受和依賴[10]。
ω-芋螺毒素SO3是從線紋芋螺中獲得的一種新型特異性N-型電壓依賴型鈣通道阻滯劑,鞘內(nèi)重復(fù)給藥不產(chǎn)生耐受,且與嗎啡不發(fā)生交叉耐受,與嗎啡合用時(shí)明顯增加了其在福爾馬林實(shí)驗(yàn)中的鎮(zhèn)痛,在扭體實(shí)驗(yàn)中使劑量-反應(yīng)曲線左移,嗎啡重復(fù)給藥后使得N-型鈣通道表達(dá)上調(diào)導(dǎo)致嗎啡耐受和敏化,但SO3在耐受小鼠中的鎮(zhèn)痛作用不發(fā)生改變[11]。
虎紋鎮(zhèn)痛肽-Ⅰ(Huwen analgesic peptide-Ⅰ,HWAP-Ⅰ)是從我國(guó)珍稀蜘蛛虎紋捕鳥蛛粗毒中分離純化的一種多肽類神經(jīng)毒素,與SNX-111具有相似的空間結(jié)構(gòu)且具有N-型鈣通道阻滯作用,均可劑量依賴性的抑制炎性內(nèi)臟疼痛,雖然同等劑量下SNX-111鎮(zhèn)痛效果略好,但較高劑量SNX-111會(huì)引起大鼠運(yùn)動(dòng)能力障礙,HWAP-I則無(wú)此副反應(yīng)。嗎啡鎮(zhèn)痛效果優(yōu)于二者但維持時(shí)間短[12]。
3.1.3P/Q-型鈣通道屬于中度高電壓激活通道(Cav2.1),較L、N型通道失活慢,蜘蛛毒素可選擇性抑制P型鈣電流,目前尚未發(fā)現(xiàn)特異性Q型鈣通道阻斷劑,但它可被高濃度的ω-Aga-IVA大部分阻斷,而1.5 mmol·L-1的ω-CTX-MVIIC則可完全阻斷Q型鈣電流。
3.1.4T-型鈣通道屬低電壓激活(LVA)通道(Cav3.1、Cav3.2和 Cav3.3),快速激活,緩慢關(guān)閉。T-型鈣通道阻滯劑咪拉地爾可增強(qiáng)嗎啡的鎮(zhèn)痛作用,且其對(duì)鈣通道的阻滯降低了嗎啡敏化從而抑制嗎啡依賴和耐受的形成,并抑制了急性納洛酮催促的戒斷綜合征[13]。阿片類藥物能增加某些腦區(qū)突觸體對(duì)Ca2+的攝取,增加鈣內(nèi)流的可能性,從而增加神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,而T-型鈣通道阻滯劑能抑制神經(jīng)遞質(zhì)的釋放以發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。
3.2LGCC LGCC廣泛分布于各種細(xì)胞,一般選擇性較差,研究較多的是配體門控鈣通道,此類通道是受體與通道本身就是一個(gè)復(fù)合體,當(dāng)配體與受體結(jié)合后,通道開放,Ca2+內(nèi)流。其中離子型谷氨酸受體:N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDAR)在嗎啡成癮中的作用日益引起人們的關(guān)注。研究已經(jīng)證實(shí)[14]經(jīng)典的非競(jìng)爭(zhēng)性NMDA受體抑制劑MK-801不僅能夠減輕嗎啡誘發(fā)的軀體依賴癥狀,而且能夠拮抗嗎啡等精神活性物質(zhì)的獎(jiǎng)賞效應(yīng),但不能翻轉(zhuǎn)已經(jīng)形成的耐受。本實(shí)驗(yàn)室前期研究證明,作為NMDA受體的選擇性拮抗劑,芋螺毒素中Conantokin家族中的Conantokin-G、Glu-Conantokin-G能夠成功干預(yù)嗎啡精神依賴。
3.3IP3受體三磷酸肌醇(IP3)是代謝型谷氨酸受體5(mGluR5)的下游信號(hào)分子,IP3與其受體(IP3R)結(jié)合后,促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)儲(chǔ)存的Ca2+釋放進(jìn)入胞質(zhì),引起細(xì)胞內(nèi)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。IP3R介導(dǎo)的胞內(nèi)鈣釋放依賴于一定濃度的胞質(zhì)內(nèi)Ca2+,呈現(xiàn)鐘型反應(yīng)(bell-shaped response):胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度很低時(shí),IP3R對(duì)IP3不敏感;Ca2+濃度上升到一定程度,IP3R最敏感;當(dāng)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度進(jìn)一步升高時(shí),IP3R對(duì)IP3又不敏感。IP3R影響細(xì)胞代謝和功能,是形成嗎啡耐受的關(guān)鍵因素[15]。
劉金變等[16]的研究證實(shí)嗎啡作用7天后大鼠產(chǎn)生了耐受,此時(shí)嗎啡已基本無(wú)鎮(zhèn)痛效應(yīng)。嗎啡與代謝型谷氨酸受體拮抗劑(MPEP)合用延緩了鎮(zhèn)痛效應(yīng)的下降和耐受的產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)同時(shí)顯示嗎啡加MPEP組的IP3R-I的表達(dá)低于嗎啡組,證明MPEP抑制嗎啡耐受發(fā)展,機(jī)制可能與其抑制IP3R-I表達(dá)有關(guān)。
研究證明[17]嗎啡激動(dòng)阿片受體后通過(guò)PLC/IP3途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度,腦室內(nèi)注射IP3受體拮抗劑可劑量依賴性地抑制急性嗎啡處理產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛效應(yīng)。IP3受體的上調(diào)可能通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度調(diào)節(jié)神經(jīng)元可塑性變化,導(dǎo)致大鼠對(duì)嗎啡的敏感性下降乃至消失,是形成嗎啡耐受的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)機(jī)制之一。MPEP與嗎啡合用組的IP3受體表達(dá)低于嗎啡耐受組,單獨(dú)鞘內(nèi)應(yīng)用MPEP對(duì)脊髓背角IP3受體的表達(dá)無(wú)影響,提示MPEP可能通過(guò)抑制嗎啡耐受過(guò)程中IP3受體的上調(diào)抑制嗎啡耐受發(fā)展。
此外有研究表明嗎啡依賴小鼠給予東莨菪堿后,痛閾提高,跳躍次數(shù)減少,流式細(xì)胞術(shù)測(cè)量海馬細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度減少,證明東莨菪堿具有對(duì)抗嗎啡依賴性的作用,其作用機(jī)制可能與降低腦內(nèi)游離Ca2+水平有關(guān)。在嗎啡依賴和戒斷綜合征期間,內(nèi)源性乙酰膽堿釋放增多,M型膽堿能受體通過(guò)激活磷脂酶C(PLC)分解膜磷脂磷酯酰肌醇二磷(PIP2)產(chǎn)生IP3,使細(xì)胞膜對(duì)Ca2+的通透性增加,細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高[18]。升高的細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度又可引起神經(jīng)遞質(zhì)釋放量增加,感覺(jué)沖動(dòng)傳入增加,導(dǎo)致痛閾降低、軀體依賴和戒斷癥狀。而東莨菪堿是M型膽堿能受體拮抗劑,可通過(guò)阻斷IP3-Ca2+途徑,降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度,從而提高痛閾減輕軀體依賴和戒斷癥狀。有文獻(xiàn)報(bào)道阿片在成癮過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)Ca2+的濃度進(jìn)行性增高,因此,一般認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度水平可以成為嗎啡成癮程度的一個(gè)客觀指標(biāo),而東莨菪堿可能在中樞膽堿能神經(jīng)元的Ca2+內(nèi)流及遞質(zhì)釋放兩者相互關(guān)聯(lián)的中樞環(huán)節(jié)中起著重要的調(diào)節(jié)作用[19]。
3.4雷諾定受體目前對(duì)雷諾定受體與嗎啡依賴作用的研究未見報(bào)道,但Galeotti等[20]研究發(fā)現(xiàn)雷諾定受體與其生理性配體環(huán)腺苷二磷酸核糖(cADPR)結(jié)合后,釋放鈣池內(nèi)Ca2+進(jìn)入胞質(zhì);抑制雷諾定受體后細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+的濃度可明顯降低,并可明顯延緩疼痛的產(chǎn)生,提示雷諾定受體在鎮(zhèn)痛中發(fā)揮作用。
3.5其他除上述鈣通道阻滯劑外,我國(guó)中藥寶庫(kù)中許多藥物也可以通過(guò)抑制胞外鈣內(nèi)流,減輕鈣超載緩解嗎啡戒斷癥狀。
三七總皂苷(panax notoginsebg,PNS)是中藥三七的提取物,已有資料證實(shí)[21]PNS可通過(guò)鈣通道阻斷作用減輕腦和脊髓損傷,應(yīng)用PNS后亦可抑制嗎啡依賴和納洛酮催促時(shí)出現(xiàn)的戒斷癥狀,分析原因可能是:抑制了戒斷時(shí)胞外鈣異常內(nèi)流和鈣超載,減少Ca2+和鈣調(diào)蛋白(CaM)結(jié)合,抑制Ca2+-CaM-CaMK通路亢進(jìn)和表達(dá)增高,從而有效的抑制了大鼠海馬組織納洛酮催促戒斷引起的鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)活性和CaMKⅡα亞基蛋白異常升高,從而抑制了嗎啡依賴的發(fā)生[22]。對(duì)三七的主要成分三七總皂苷Rg1的研究也發(fā)現(xiàn)[23]:Rg1可能通過(guò)抑制[Ca2+]i的升高,使Ca2+/CaM復(fù)合物減少,抑制CaMKⅡβ mRNA和蛋白的表達(dá),阻斷嗎啡成癮及戒斷的產(chǎn)生。
鈣通道參與嗎啡鎮(zhèn)痛和成癮作用。由于鈣通道阻滯劑具有較好的鎮(zhèn)痛效果,且不具成癮性,又可抑制成癮的形成和減輕戒斷癥狀,鈣通道已成為一個(gè)重要的藥物研究靶標(biāo)。對(duì)鈣通道及其阻滯劑的深入研究,將有助于人們對(duì)成癮機(jī)制的認(rèn)識(shí)和嗎啡成癮治療藥物的研發(fā)。
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