焦慮神經(jīng)環(huán)路的TRPV1表達與調(diào)控

趙雅麗，楊清湖，3，4，楊 亮，3，4，何 法，劉 霞，3，4，白占濤，3，4

(1.延安大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院；2.延安大學(xué) 多肽資源藥物研究中心；3.延安市特色資源生物工程技術(shù)研究中心；4.陜西省區(qū)域生物資源保育與利用工程技術(shù)研究中心，陜西 延安 716000)

焦慮是人對未來或不確定事件過度緊張、擔心或害怕的本能情緒，過度焦慮將產(chǎn)生神經(jīng)精神功能障礙性焦慮癥和慢性致殘性疾病[1]。現(xiàn)代社會焦慮人群的泛化，催生焦慮癥已成為新的醫(yī)學(xué)熱點和社會難題[2]。焦慮主要包括恐慌癥、社交焦慮癥、廣泛性焦慮癥、強迫癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙[1]。焦慮主要表現(xiàn)為持續(xù)的覺醒、警覺和恐懼，伴隨性防御和自主反應(yīng)變化[3]。

焦慮由不同腦區(qū)間局部或長程連接進行調(diào)節(jié)，涉及的腦區(qū)有杏仁核(Amygdala,AMYG)、海馬(Hippocampus,HIP)、前額葉(Prefrontal cortex,PFC)、終紋床核(Bed nucleus of the stria terminalis,BNST)等[3]。其中AMYG和PFC在處理恐慌癥中發(fā)揮重要作用[4]；AMYG、HIP的結(jié)構(gòu)和活動變化被認為是社交焦慮癥的生物標記[5]；廣泛性焦慮癥患者的部分腦區(qū)存在功能障礙，主要是PFC[6]；強迫癥患者紋狀體、丘腦的結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生了改變[7]。這些焦慮腦區(qū)通過局部或長程連接形成焦慮神經(jīng)環(huán)路，經(jīng)典的焦慮神經(jīng)環(huán)路包括基底外側(cè)杏仁核(Basolateral amygdaloid nucleus,BLA)-腹側(cè)海馬(Ventral hippocampus,vHPC)、內(nèi)側(cè)前額葉皮層(Medial prefrontal cortex,mPFC)-vHPC、BNST-中央杏仁核(Central amygdala,CeA)。AMYG是處理信息的中心[8]，其下游區(qū)域是vHPC，vHPC與BLA相互連接[9]，激活BLA-vHPC突觸可以促進焦慮的發(fā)生，而抑制BLA-vHPC突觸可以減少焦慮的發(fā)生[10]。BNST和CeA組成一個前腦單元，又被稱為拓展杏仁核，這兩個核團形成密集的投射調(diào)節(jié)焦慮[11]。mPFC也參與了恐懼和焦慮的調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)先天性焦慮時，mPFC與vHPC協(xié)調(diào)工作，發(fā)揮重要作用[12]。

神經(jīng)肽是由神經(jīng)元在適當刺激下產(chǎn)生和釋放的，它被認為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central nervous system,CNS)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)(Peripheral nervous system,PNS)中各種生理和病理過程的調(diào)節(jié)劑。在CNS中，神經(jīng)肽與經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)共存、共釋放，共同調(diào)節(jié)焦慮反應(yīng)，起主要作用的神經(jīng)遞質(zhì)是氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid,GABA)和谷氨酸(Glutamate,Glu)[13]。GABA是CNS中最豐富的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，它由Glu合成，是調(diào)節(jié)焦慮狀態(tài)的一個關(guān)鍵神經(jīng)遞質(zhì)[14],Glu是大腦中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，通過調(diào)節(jié)邊緣腦結(jié)構(gòu)神經(jīng)元興奮性參與焦慮[15]。瞬時受體電位香草酸亞型1(Transient receptor potential vanilloid 1,TRPV1)已經(jīng)被證實能夠通過促進突觸前Glu的釋放而增強興奮性Glu傳遞[16]。以往認為，TRPV1是外周傷害性感受器分子。因此，本文重點解析焦慮神經(jīng)環(huán)路中TRPV1的時空分布和調(diào)控通路，明確中樞TRPV1與焦慮的相關(guān)性機制，為以TRPV1為靶向的焦慮癥診斷提供新的策略。

1 TRPV1的表達分布與焦慮

TRPV1，是一種假定的跨膜蛋白，其孔隙區(qū)域位于跨膜6段和5段之間，它在CNS和PNS廣泛表達。在CNS，TRPV1主要在小腦、皮層、海馬、齒狀回、杏仁核、韁核、下丘腦、視交叉上核、黑質(zhì)等腦區(qū)表達[17]。在PNS，TRPV1在許多組織中高度表達，包括迷走神經(jīng)、脊髓感覺神經(jīng)、胃和脂肪組織。

研究發(fā)現(xiàn)，TRPV1除了參與PNS的傷害性回路，也在CNS中涉及廣泛的功能和行為,如恐懼、焦慮、壓力，突觸可塑性等多種功能[17]。其中突觸可塑性是大腦用來讓動物適應(yīng)和響應(yīng)環(huán)境變化的關(guān)鍵細胞機制，這一功能被稱為經(jīng)驗依賴可塑性或使用依賴可塑性。在CNS中TRPV1表達于突觸前和突觸后。TRPV1在突觸前表達時通?？稍鰪娕d奮性神經(jīng)遞質(zhì)Glu的釋放，例如，在黑質(zhì)、下丘腦和其它區(qū)域；TRPV1在突觸前的表達時也會抑制谷氨酸的釋放。TRPV1在突觸后表達時往往會激活鈣敏感信號通路，介導(dǎo)突觸可塑性的調(diào)節(jié)[16]。這些結(jié)果表明，焦慮調(diào)控中Glu和鈣信號都扮演了重要角色。因此，明確TRPV1與焦慮的相關(guān)性及調(diào)控機制至關(guān)重要。

除TRPV1,瞬時受體電位M2亞型 (Transient receptor potential melastatin 2,TRPM2)敲除小鼠表現(xiàn)出焦慮樣行為的增加，瞬時受體電位C4亞型 (Transient receptor potential canonical 4,TRPC4)敲除小鼠的焦慮程度會低于野生小鼠，瞬時受體電位C5亞型(Transient receptor potential canonical 5,TRPC5)敲除小鼠比野生型小鼠表現(xiàn)出較少的先天性恐懼；TRPC4和TRPC5雙敲小鼠在受到觸發(fā)先天恐懼的刺激時，表現(xiàn)出焦慮樣表型的減少[18]。這些中樞神經(jīng)TRP通道是否具有相似或相同的分子細胞機制，有待闡明。

2 TRPV1與焦慮相關(guān)分子

GABA、Glu、血清素、促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(Corticotropin-releasing factor,CRF)都參與了焦慮行為的調(diào)控。藥理學(xué)和遺傳學(xué)研究學(xué)表明，GABA受體功能障礙是焦慮癥的誘因，其中GABAB受體在焦慮癥發(fā)病機制中起關(guān)鍵作用，代謝型GABAB受體通過誘導(dǎo)超級化或通過興奮性神經(jīng)遞質(zhì)釋放在突觸后或突觸前發(fā)揮其對焦慮樣行為的調(diào)節(jié)[19]。缺乏GABAB1亞基或GABAB2亞基的小鼠表現(xiàn)出更多的焦慮。GABAB受體可直接調(diào)節(jié)血清素系統(tǒng)[20]。血清素是中樞信息處理中的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)[21]，主要參與恐慌癥的調(diào)節(jié)[22]，它也參與廣泛性焦慮癥的調(diào)節(jié)[23]。GABA可通過介導(dǎo)促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子去調(diào)節(jié)焦慮，當CRF被激活后，GABA轉(zhuǎn)換為CRF介導(dǎo)的抗焦慮作用。Glu是合成GABA的一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，主要參與突觸可塑性和認知，Glu受體是一種位于神經(jīng)元細胞膜上的突觸受體，負責(zé)Glu介導(dǎo)的神經(jīng)細胞突觸后興奮[24]。突觸可塑性和空間記憶與焦慮密切相關(guān)[25]。

綜上，TRPV1主要通過調(diào)節(jié)Glu的產(chǎn)生介導(dǎo)焦慮。TRPV1激動劑辣椒素可以激活孤束中的一個神經(jīng)元亞群，誘導(dǎo)內(nèi)向電流和自發(fā)活動的增加，從而促進Glu的釋放，而TRPV1對鈣水平的調(diào)節(jié)是促進Glu釋放所必需的。同時，辣椒素通過激活海馬神經(jīng)末梢的TRPV1，激活鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶，從而抑制鈣離子通道減少其誘發(fā)的Glu釋放。TRPV1在初級傳入纖維上的激活可刺激脊髓中的抑制性神經(jīng)元，從而導(dǎo)致GABA的釋放增加[26]，且TRPV1和GABAB受體被發(fā)現(xiàn)在初級痛覺神經(jīng)元中共表達[27]。據(jù)此推測，中樞TRPV1以和GABAB同樣的方式調(diào)節(jié)焦慮，即TRPV1通過興奮性神經(jīng)遞質(zhì)釋放在突觸后或突觸前發(fā)揮其對焦慮樣行為的調(diào)節(jié)。在炎癥條件下，通過PKC和PKA介導(dǎo)的信號通路激活血清素受體的生物合成的增加會促進TRPV1的功能增強，從而在體內(nèi)產(chǎn)生炎癥性過敏[28]。這些結(jié)果提示，在中樞GABAB通過調(diào)節(jié)血清素，促進TRPV1功能增強，從而調(diào)節(jié)焦慮相關(guān)行為。

3 TRPV1與焦慮環(huán)路3.1 TRPV1與BLA-vHPC焦慮環(huán)路

BLA-vHPC神經(jīng)環(huán)路參與焦慮行為調(diào)控[29]。通過光遺傳方法與體內(nèi)藥物操作和體外全細胞膜片鉗記錄相結(jié)合，剖析此焦慮環(huán)路機制，證明激活BLA的末端為vHPC錐體神經(jīng)元提供了單突觸的，谷氨酸能輸入,從而調(diào)節(jié)焦慮相關(guān)行為。TRPV1在BLA和vHPC中都有表達，它主要在AMYG皮質(zhì)后內(nèi)側(cè)亞核和海馬OLM間神經(jīng)元亞群中表達，同時TRPV1還在海馬區(qū)的CRs質(zhì)膜上表達，CR末端的TRPV1可以有效的控制Glu釋放到突觸后GABA能靶點上。BLA-vHC神經(jīng)環(huán)路參與的焦慮行為主要是通過調(diào)節(jié)BLA或vHPC腦區(qū)神經(jīng)遞質(zhì)濃度以及神經(jīng)遞質(zhì)受體，進而影響神經(jīng)興奮性，調(diào)控焦慮行為[30]。其中BLA受到包括膽堿能、去甲腎上腺素能、血清素能和多巴胺能輸入在內(nèi)的多種中腦神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的支配，并受神經(jīng)肽、膽囊收縮肽、垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽和催產(chǎn)素等神經(jīng)肽的調(diào)節(jié)。BLA內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)節(jié)因子相互作用，共同調(diào)節(jié)焦慮過程。神經(jīng)遞質(zhì)可促進或阻斷突觸可塑性，對焦慮產(chǎn)生相反作用。例如，AMYG中5-羥色胺1A(5HT1A)受體中血清素的激活會抑制鉀電流的產(chǎn)生并具有抗焦慮作用，而5-羥色胺2C(5HT2C)受體中血清素的激活會引起細胞內(nèi)鈣濃度升高，導(dǎo)致神經(jīng)元過度興奮，從而促進焦慮[30]。抑制投射到vHPC的Glu會減少焦慮樣行為，同時vHPC中超極化激活的環(huán)核苷酸門控通道1的下調(diào)也會抑制焦慮樣行為[29]。TRPV1已經(jīng)被證實能夠通過促進突觸前Glu的釋放而增強興奮性Glu傳遞[16]。TRPV1或血清素受體中樞阻斷可減弱受損和未受損神經(jīng)中樞末端的敏化、機械痛覺過敏。已有研究表明，在vHPC中阻斷TRPV1的表達具有抗焦慮的作用，而BLA通過調(diào)節(jié)大麻素1型(Cannabinoid type 1,CB1)受體和TRPV1的表達來調(diào)節(jié)焦慮，且花生四烯酸乙醇胺(Anandamide,AEA)通過激活BLA邊緣區(qū)域的TRPV1和CB1受體來調(diào)節(jié)焦慮[31]。因而，在BLA-vHPC這一焦慮神經(jīng)環(huán)路中，TRPV1主要是通過調(diào)節(jié)谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和再攝取來調(diào)節(jié)焦慮，重點是調(diào)節(jié)社交焦慮癥。

3.2 TRPV1與mPFC-vHPC焦慮環(huán)路

mPFC-vHPC神經(jīng)環(huán)路參與了焦慮行為的調(diào)控[32]。利用全細胞膜片鉗技術(shù)監(jiān)測在焦慮相關(guān)行為實驗中海馬局部場電位的變化，發(fā)現(xiàn)在焦慮狀態(tài)下，vHPC和mPFC之間的頻率是同步變化的。TRPV1在PFC和HIP中都有表達，它主要分布在PFC的II/III和V層，接收來自邊緣前區(qū)的投射。mPFC-vHC神經(jīng)環(huán)路參與焦慮行為主要是通過調(diào)節(jié)內(nèi)源性大麻素的轉(zhuǎn)運，調(diào)控焦慮相關(guān)疾病。vHPC中內(nèi)源性大麻素神經(jīng)傳遞的增加會誘發(fā)焦慮樣行為。在海馬中，CB1受體主要在GABA能而不是谷氨酸能的末端表達，且廣泛表達于突觸前末端調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，如GABA和Glu，進而控制焦慮行為。結(jié)果表明，在vHPC中促進內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)的神經(jīng)傳遞會調(diào)節(jié)焦慮樣行為[33]。將vHPC中TRPV1的藥理學(xué)阻斷，可顯著降低小鼠的焦慮樣行為 ，在PFC中注入TRPV1激動劑辣椒素也會產(chǎn)生抗焦慮反應(yīng)。TRPV1還與其它的神經(jīng)遞質(zhì)相互作用，如內(nèi)源性大麻素，共同參與焦慮調(diào)控。內(nèi)源性大麻素在調(diào)節(jié)情緒相關(guān)障礙中起著基礎(chǔ)性的作用，在大腦中，該系統(tǒng)主要由CB1、內(nèi)源性大麻素激動劑以及負責(zé)其合成和降解的酶組成[34]。內(nèi)源性大麻素是一類重要的非典型神經(jīng)遞質(zhì)，可以從神經(jīng)元的胞膜合成，以響應(yīng)細胞內(nèi)鈣的升高，這些神經(jīng)遞質(zhì)參與調(diào)節(jié)與焦慮相關(guān)的行為反應(yīng)[35]。CB1受體是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中普遍表達的G蛋白偶聯(lián)受體家族的成員，激活CB1受體會抑制焦慮相關(guān)反應(yīng)，在大腦部分區(qū)域，如HIP和PFC中CB1受體與TRPV1受體標記的神經(jīng)元位于同一位置，但它們的激活卻以不同的效應(yīng)調(diào)節(jié)情緒反應(yīng)[35]。CB1受體的激活會抑制相關(guān)的焦慮反應(yīng)，而TRPV1的激活則會促進相關(guān)的焦慮反應(yīng)，阿南酰胺可能通過與CB1和TRPV1受體相互作用，分別參與焦慮樣行為的抑制或促進過程[36]。據(jù)報道，大麻素2型(Cannabinoid type 2,CB2)受體也可能參與調(diào)節(jié)焦慮樣行為。這些結(jié)果進一步提示，在mPFC-vHPC這一焦慮神經(jīng)環(huán)路中，TRPV1主要是通過調(diào)控內(nèi)源性大麻素神經(jīng)遞質(zhì)的轉(zhuǎn)運來調(diào)節(jié)焦慮，重點調(diào)控的是廣泛性焦慮癥。

3.3 TRPV1與BNST-CeA焦慮環(huán)路

研究表明BNST-CeA神經(jīng)環(huán)路參與焦慮行為的調(diào)控[37]。通過光遺傳技術(shù)刺激CeA投射到背外側(cè)終紋床核(dlBNST)神經(jīng)元末端，看是否會影響雄性大鼠的焦慮樣行為。結(jié)果表明dlBNST神經(jīng)元突觸到CeA神經(jīng)元上，并且對CeA投射到dlBNST神經(jīng)元末端的光刺激產(chǎn)生了焦慮作用。TRPV1主要在AMYG皮質(zhì)后內(nèi)側(cè)亞核中表達，而BNST是連接AMYG與下丘腦的一個區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)，BNST-CEA神經(jīng)環(huán)路參與焦慮行為主要是通過調(diào)節(jié)BNST或CeA腦區(qū)相關(guān)信號通路及受體的表達，進而影響神經(jīng)元活性，調(diào)控焦慮行為。CeA中的GABAARs可以作為焦慮的潛在治療靶點，而甲基丁子香酚能夠增強CeA神經(jīng)元的GABA能抑制性，從而抑制其它神經(jīng)元的興奮性，所以通過干擾AMYG中GABA能的抑制性來調(diào)節(jié)焦慮過程[38]。CeA中還存在δ蛋白激酶C(protein kinase Cδ,PKCδ)信號通路，該通路被CRF受體刺激激活，介導(dǎo)神經(jīng)末梢的GABA釋放，并參與焦慮調(diào)控[39]。激活BNST中的降鈣素基因相關(guān)肽(Calcitonin gene-related peptid,CGRP)受體會誘發(fā)焦慮樣行為，并在與焦慮有關(guān)的BNST傳出結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)了神經(jīng)元的激活[40]。大量數(shù)據(jù)表明，位于BNST-AL橢圓形核中的CRF神經(jīng)元發(fā)揮了促焦慮作用[41]。dlBNST中的神經(jīng)元，包括生長抑素神經(jīng)元，可以通過改變對中腦的投射來調(diào)節(jié)焦慮，或者通過與其它BNST核(如前嗅BNST和腹側(cè)BNST)中神經(jīng)元的相互作用來調(diào)節(jié)焦慮，證明這些神經(jīng)元參與影響焦慮相關(guān)行為[42]。大多數(shù)從CeA投射的dlBNST神經(jīng)元，無論是II型還是III型，都是GABA能的[37]。在BLA中特異性介導(dǎo)的焦慮分解需要同時使CB1受體激活和TRPV1失活，而內(nèi)源性大麻素AEA可能通過激活BLA邊緣區(qū)域的TRPV1和CB1受體來調(diào)節(jié)焦慮狀態(tài)。在PNS，生長抑素受體可以調(diào)節(jié)TRPV1的表達[43],炎癥條件下，炎癥介質(zhì)會刺激TRPV1使其釋放肽物質(zhì)和CGRP等神經(jīng)肽，且TRPV1與CGRP在小鼠背根神經(jīng)節(jié)中有大量共定位[44]。推測在中樞，TRPV1與SSTRs和CGRP存在著互作關(guān)系。已有的證據(jù)表明PKCδ能夠調(diào)節(jié)TRPV1的反應(yīng)，TRPV1活性的增強需要PKCδ的直接磷酸化[45]。暗示在BNST-CeA焦慮神經(jīng)環(huán)路中，TRPV1主要是通過調(diào)控相關(guān)信號通路及受體的表達來調(diào)節(jié)焦慮，重點調(diào)節(jié)恐慌癥。

4 結(jié)語

本文基于TRPV1在中樞表達的新視角，探析其在焦慮神經(jīng)環(huán)路的時空分布和調(diào)控通路，明確了中樞TRPV1與焦慮的相關(guān)機制，確定了中樞TRPV1可作為新的焦慮分子，提出基于TRPV1的不同焦慮類型診斷和治療策略。在經(jīng)典焦慮神經(jīng)環(huán)路BLA-vHPC、mPFC-vHPC、BNST-CeA中，TRPV1拮抗劑作用于vHPC、BNST腦區(qū)或在PFC腦區(qū)注入TRPV1激動劑都可緩解相關(guān)焦慮癥狀。BLA-vHPC、mPFC-vHPC、BNST-CeA可通過調(diào)節(jié)TRPV1活性影響Glu、內(nèi)源性大麻素等神經(jīng)遞質(zhì)合成釋放及相關(guān)PKCδ等信號通路的激活，分別調(diào)節(jié)社交焦慮癥、廣泛性焦慮癥、恐慌癥。雖借助特異性藥理手段，可實現(xiàn)基于TRPA1的焦慮控制，但中樞TRPV1的內(nèi)源性分子調(diào)制機制仍有待深度闡明，更亟需腦區(qū)TRP通道靶向性新焦慮藥物設(shè)計和發(fā)現(xiàn)。除此之外，TRPC4、TRPC5、TRPM2在調(diào)節(jié)焦慮方面也發(fā)揮著重要作用，但目前關(guān)于它們調(diào)節(jié)焦慮的作用方式尚不清楚，有待進一步探究。