电压门控性钙通道

电压门控性钙通道

vcgcs与疼痛近年来，随着疼痛机制的深入研究，疼痛的神经传导受到了不同生理机制的控制。疼痛离子通道的发现，尤其是电压门控制钙通道的发现，是一个非常好的例子。它在疼痛感觉产生的机制中发挥了重要作用，成为疼痛治疗药物开发的有效目标。本文就电压门控性钙离子通道的分布,生理特性以及它们在疼痛机制中可能发挥的作用做一综述.1cav1.21a,n,n-2221e亚单位的基因编码及对通道功能的调节作用所有的可兴奋细胞的膜表面都分布有电压门控性钙通道,其参与很多生理功能的调节,如神经递质及神经肽类物质的释放、神经元兴奋性和可塑性的调节、基因的表达、细胞的生长、发育及死亡。根据其电生理学特性和药理学特点,可以分为两大类,一类是高电压激活型(highvoltage-activated,HVA)的钙通道,包括L-,N-,P-/Q-和R-型;另一类是低电压激活型(lowvoltage-activated,LVA)的钙通道,只有T-型。电压门控性钙通道是由α1,β1-4,α2δ1-4,γ1-8四个亚单位构成的膜蛋白的复合体,α1亚单位共有十种不同的亚型,根据基因序列的同源性不同分为Cav1,Cav2和Cav3。Cav1(Cav1.1α1S,Cav1.2α1C,Cav1.3α1D,Cav1.4α1F)分别编码L型α1亚单位,Cav2.1α1A,Cav2.2α1B,Cav2.3α1E分别编码P/Q型,N型和R型,T型则由Cav3(Cav3.1α1G,Cav3.2α1H,Cav3.3α1T)编码的。β,α2δ各由四个不同的基因编码,而γ由八个基因编码。电压门控性钙通道α2δ亚基在通道功能的调节上发挥着重要的作用,它可以分为α2δ2-1和α2δ2-2两种亚型,在正常情况下,α2δ1mRNA在背根神经节(Dorsalrootganglion,DRG)中约75%的小细胞和19%的中型细胞上表达,脊髓损伤后两周可见其表达上调,说明它在突触前,即外周发挥作用。与此同时,脊髓内的α2δ亚单位的mRNA和蛋白的表达也上调了,这说明它也在突触后,即中枢发挥作用。α2δ亚单位与不同的α1和β亚单位共表达可以易化α1通道的功能,增加峰电位的幅值以及通道的激活和失活的速率。而对于β和α2δ亚单位的作用,当与α1亚单位共表达后,可以增加钙通道电流。α2δ亚单位可以降低ω-conotoxin(ω-芋螺毒素)对N型钙通道的亲和力,所以当α2δ和α1β亚单位共存时可以导致ω-conotoxinCVID及ω-conotoxinMVIIV对通道的敏感性降低上百倍。当治疗性药物加巴喷丁(Gabapentin)和普加巴林(Pregabalin,PGB)诞生后,研究发现α2δ给它提供了一个结合位点,这个结合位点主要在脊髓的背角浅层的胶质细胞,而且它与α2δ的结合是一种高亲和力,特异性的结合,这为临床镇痛提供了新思路。除了在脊髓上,在DRG神经元上,加巴喷丁及其同源物可以减小高电压激活型钙通道的钙电流。外周神经损伤后可以导致脊髓背角及背根神经节内的感觉神经元Cavα2δ1亚单位表达上调,考虑可能是造成神经病理痛的原因之一。当给于加巴喷丁后,发现它可以浓度依赖性的减小神经元的异位放电活动,这一点,Bauer等人用大鼠神经病理性疼痛模型也得到了证实,PGB类药物的镇痛作用可能和α2δ1亚单位的顺向轴浆运输功能损伤有关,从而导致了α2δ1亚单位在在体大鼠模型神经突触前末梢的表达减少进而使神经递质的释放和脊髓的敏感性降低。2钙通道2.1小鼠n型钙蛋白的表达N型钙通道由Cav2.2α1B编码,大量存在于突触前神经末梢,也分布于神经元胞体和树突。免疫组化技术显示N型钙通道蛋白在DRG及脊髓背角的浅层(I层和II层)特异性的表达,浅层为感受伤害性刺激的神经元所投射的区域。N型钙通道表达的许多神经纤维轴突末稍内含有P物质,表明这类通道分布在小型的高阈值的初级传入纤维末稍上。电生理研究也进一步证实了在含有和释放P物质和CGRP等神经肽的小型DRG神经元上有N型钙通道蛋白的表达。除此之外,在延髓,中脑,小脑分子层,丘脑,黑质,海马分子层,大脑皮质浅层等突触分布密集的部位也有表达,这些为N型钙通道参与疼痛的传递及调节提供了很好的解剖学基础。2.2mtp2+负载离子激活N型钙通道具有高电压激活、快速失活的特点,其电压介于L型和其它高电压激活的钙通道之间。当15mmol/LBa2+为负载离子时,50%通道激活的电压为+7.8mV,50%通道失活的电压为-61mV,去极化至+10mV时的激活时间常数为3ms,失活时间常数约为200ms。N型钙通道的主要作用是调控去极化诱导的Ca2+内流,是Ca2+内流的主要途径之一。2.3n型钙通道在伤害性信息传递中的作用在慢性疼痛中,持续长时间的伤害性刺激容易导致组织损伤及外周炎症,炎症可以直接激活PKC-ε亚基,后者可以与Cav2.2α1B的C端结合,从而使通道的开放增加。除此,伤害性刺激使初级传入感觉神经元的兴奋性增高,动作电位的产生频率增多,从而引起前膜N型钙通道的开放,钙离子内流触发神经递质的释放,如与疼痛相关的Glu和SP。目前认为调节突触前钙离子内流的细胞机制是G蛋白耦联受体,它可以降低钙通道的活性,而Cav2.2α1B对这种调节极为敏感,G蛋白所介导的N型钙通道的抑制作用是很重要的,因为N型钙通道在初级传入神经元中大量存在(75%为高电压激活型的钙通道),所以在伤害性通路中作用更为显著。从上我们不难看出,只要有效的阻断了N型钙通道,就可以达到镇痛的目的。与此相关的实验已经在动物体得到了证实,α1B基因敲除的小鼠对神经病理性痛的反应明显降低,同时,缺乏B3亚基(通常情况下与Cav2.2结合)的小鼠对炎性痛的反应也明显降低。这些结果进一步说明了N型钙通道在病理情况下在伤害性信息传递的过程中发挥着重要的作用,所以N型钙通道日渐成为了备受关注的治疗各种原因导致的疼痛的药物的有效靶点,ω-芋螺毒素(ω-conotoxins),一类从地纹芋螺(conusmagus)中分类出来的毒素,可以特异性的阻断N型钙通道。Priat(齐考诺肽,ziconotide,),即ω-conotoxinMVIIA,25肽,已经被美国FDA批准入市,成为了一个非常有效的N型钙通道阻断剂,用于治疗各种难治性疼痛,包括来自神经损伤的,各种神经根性痛及艾滋病和肿瘤引起的疼痛。它不产生耐药性,但是必须要鞘内给药,而且会导致体位性的低血压,可能的原因是它阻断了心血管中枢中调控血压的神经元上的钙通道。所以,科学家们又从地纹芋螺中分离出了一种新型的25肽,命名为ω-conotoxinCVID(AM336),已经进入二期临床试验,和MVIIA相比,它阻断N型钙通道的机制不同,而且它对P型和Q型钙通道也有很强的选择性,它将会在疼痛的治疗中更优于Priat,而且在动物体的试验已经得到了证实:它可以有效的降低心血管副作用,2009年1月28日美国疼痛医学学会召开的25届年会命名AM336为Leconotide,而且二期临床试验发现Leconotide它作为一种新兴的镇痛药,具有安全、高选择性及高效性等特点,而且给药途径多,可以鼻腔喷雾、透皮贴片及口服。但是所有的ω-芋螺毒素类药物都可以在治疗剂量产生不理想的副作用,所以,研制更好的ω-芋螺毒素类药物以及小分子高选择性副作用小的药物成为研发N-型钙通道阻断剂止痛剂的一个方向,人们开始寻找疼痛传递与调控通路特异性的N型电压门控性钙通道,Bell等人在大鼠DRG神经元上找到了这种特异性的N型VDCCs亚型,它存在于小型的伤害感受性神经元,表达一种外显子e37a,它替代了e37b,含有这种外显子的钙通道主要是通过激活特定的G蛋白偶联受体而发挥作用的,如果针对背根神经节伤害感受性神经元上特异性的N型VDCCs阻断剂可以研制成功,则可以避免现有的ω-芋螺毒素类药物产生的副作用。为此,NeuromedTechnologies公司最近致力于开发小分子剂量依赖型的N型钙通道阻断剂,NMED-160,现在已经进入二期临床试验,在动物体的实验表明它可以用来治疗严重的慢性神经病理痛和慢性炎症痛,而且是口服给药。3p.q钙通道3.1小型肽能神经元纤维末释放超过50%的P/Q型钙通道蛋白在背根神经节细胞上表达,但是无证据表明它们也在含有P物质的小型DRG神经元上表达,这也说明了P/Q型钙通道对于传导伤害性感觉信息的小型肽能神经元纤维末稍的递质释放是不起作用的。与此一致的是,ω-conotoxinIVA(一种蜘蛛毒素)也不能影响P物质和CGRP的释放。P/Q型钙通道在脊髓背角的II层和VI层也有表达,在I层表达较少。家族性偏瘫性偏头痛(familialhemiplegicmigraine,FHM)I型的基因突变导致了P/Q型钙通道上α1B亚基的结构改变,造成了钙内流的增加,可能是偏头痛发生的机理之一,所以对这种通道的关注也越来越多。3.2-agatoliva在装置中的作用P/Q型钙通道的开放主要介导递质的释放和神经元兴奋性的增加。P型钙通道介导释放的递质主要是谷氨酸、多巴胺和γ-氨基丁酸。电生理研究发现ω-agatoxinTK几乎不能阻断伤害性信息从C类和Aδ类传入纤维小脊髓背角I层传递,但是它可以明显减少多突触诱发的兴奋性变化。鞘内注射ω-agatoxinIVA可以中度降低脊髓神经元对皮下非伤害性和伤害性刺激所引起的反应。除此,P/Q型钙通道也介导一些抑制性的神经递质的释放,所以一些抑制性的突触后电流在脊髓神经元也可以被ω-agatoxinIVA所抑制。3.3不同热痛觉为什么要模型在神经病理性痛的模型中,给与大鼠鞘内注射ω-agatoxinIVA或者SHX230后对机械刺激引起的异位痛没有抑制作用,在慢性压迫损伤(chronicconstrictioninjury,CCI)模型中产生的热痛觉过敏也没有抑制作用。在小鼠中由长春新碱所引起的接触性异位痛也不能被ω-agatoxinIVA所抑制。但是最近发现N型钙通道可能存在药物靶点,当二氢吡啶类的L型钙通道阻断剂无效时,鞘内联合应用ω-agatoxinIVA,ω-agatoxinTK和ω-conotoxinsGVIA可以明显减弱由脚底注射福尔马林所引起的炎性痛。4钙通道t4.1cav3.2mrna的表达T型钙通道家族的3个家族成员(Cav3.1α1G,Cav3.2α1H,Cav3.3α1T)主要分布在脊髓背角,Cav3.1α1G,Cav3.2α1H主要在浅层,而且主要位于胞体和树突,对不同的兴奋传入可以产生不同的反应。在外周感觉神经元中也存在T型钙通道,背根神经节细胞中有Cav3.2,Cav3.3mRNA的表达,有报道说这些转录物主要集中在中小型的DRG神经元,而也有一些报道说Cav3.3mRNA也在大的DRG神经元中有表达。这表明了这类通道与伤害性感觉信息的传入有关。4.2病理改变改变T型钙通道被激活时可以引起细胞钙内流增加,而钙浓度增高又可激活Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶,产生一系列的病理改变。T型钙通道电流因不同的神经元而不同,在大直径的DRG神经元中表现的是很强的钙电流,但Scroggs和Fox也报道了在中型神经元上也有很强的钙电流。电生理学的研究发现Cav3.1α1G,Cav3.2α1H在激活和失活的动力学上有相同点,但是在从失活到恢复以及对阻断剂的敏感性上有所不同。4.3t型钙通道在身份证明治疗cav3.2在外周神经元,当神经损伤后,初级传入神经元中的T型钙通道电流会因损伤的类型而影响其改变方式,神经横断后,T型钙电流可以增加或不发生改变,而神经结扎后,T型钙通道的电流反而下降。除此之外,最新的研究发现内源性的配体如锌、氧化还原剂、氧化剂等也可以参与调解T-型钙通道的活性,绝大多是在小型的伤害感受性神经元上,这些发现证实了介导T型钙通道表达和激活的调节机制,为这类通道的治疗性作用指明了方向。鞘内注射Cav3.1,Cav3.2,Cav3.3特异性的反义寡核苷酸,发现背根神经节内Cav3.2样的T型钙电流减弱,在急性疼痛和神经病理型疼痛的大鼠模型上,注射Cav3.2反义寡核苷酸具有抗伤害性刺激、抗痛觉过敏及抗超敏反应的作用。这说明了Cav3.2离子通道是外周感觉神经元伤害性信息处理的重要调节因素,可以作为疼痛治疗的外周特异性的药物靶点。在中枢神经系统,T通道也可能参与疼痛的调控。在脊髓背角的I层投射神经元中,T型钙通道参与形成长时程增强(LTP),后者可以导致中枢敏化。在丘脑的中继核和网状核内,也发现了具有特异性动力学的T型钙电流,而在网状核内的神经元,胞体内存在快电流,树突存在慢电流。这些电生理结果已经被在丘脑内检测到Cav3.1(快动力)、Cav3.2(快动力)、Cav3.3(慢动力)的mRNA和蛋白所证实。激活网状核的抑制神经元可以导致中继核神经元的超极化,处于超极化的神经元可以形成簇状放电。5l型钙通道5.1压激活型的钙级解析在脊髓的背根神经节,尤其是L4-L6所支配的背根神经节中都有高电压