5-羟色胺的功能及作用机制

5-羟色胺的功能及作用机制

疼痛是临床上常见的症状，通常给患者带来严重的疼痛。组织损伤和周围神经损伤后可能导致疼痛。疼痛的发生机制有两方面:一是外周伤害性信息不断传入,二是脊髓内感觉神经元兴奋性发生改变。5-羟色胺(5-HT)在外周和中枢神经系统均有分布。在外周,5-HT主要来源于血小板和肥大细胞。根据对特异激动剂、拮抗剂选择性的不同,5-HT受体至少可分为7种类型,即5-HT1受体、5-HT2受体、5-HT3受体、5-HT4受体、5-HT5受体、5-HT6受体和5-HT7受体,根据这7种类型的分子结构及其亚基的不同,又可细分为14种亚型。其中5-HT2受体可分为5-HT2A受体、5-HT2B受体、5-HT2C受体。目前认为与疼痛有关的受体主要是5-HT1A受体,5-HT2A受体,5-HT3受体,5-HT4受体和5-HT7受体。由于5-HT受体抗体的特异性不高,5-HT受体亚型在外周分布的信息至今不全。许多研究表明,5-HT在中枢神经系统和外周能发挥痛信息的调制作用,已证实5-HT2A受体亚型参与疼痛的产生或调制。5-HT2A受体作为研究疼痛的靶点引起了许多学者的关注。15疼痛的外周血机制和带型心肌病5-HT是生物机体内广泛分布的单胺类物质,具有吲哚胺的结构,作为一种神经递质,与多种疾病相关,如抑郁、焦虑、偏头痛、高血压、疼痛、呕吐等。其中5-HT与疼痛的关系受到很大的关注。生理状态下,刺激激活外周伤害性感受器(nociceptor),信息传入中枢,经大脑皮质综合分析,产生疼痛或伤害性感受(nociception)。因此,疼痛的形成包括外周信号和中枢感受两大环节,分别是疼痛的外周机制和中枢机制。疼痛产生的第一步是炎症损伤使组织释放许多化学因子,刺激外周伤害性感受器,使之向中枢发放冲动,引起疼痛感觉。这些化学因子中,5-HT在疼痛的形成中有着独特的作用。人体中的5-HT主要由色氨酸经羟化、脱羧而成。外周5-HT主要在肠黏膜嗜铬细胞中生成,进入循环中被血小板摄取,可能是和血小板中的三磷酸腺苷结合呈无活性状态。在组织损伤和炎性状态下5-HT从血小板中释放出来,具有较强的生物活性,5-HT代谢的终产物为5-羟吲哚乙酸,从尿中排出,游离的5-HT通过与不同受体结合发挥作用。25-ht2a受体80年代中期,人们利用同源筛选技术(homologousscreening)分离出人和大鼠的5-HT2A受体基因。5-HT2A受体是与磷脂酶相关的G蛋白偶联受体,以三磷酸肌醇(IP3)为第二信使。它具有7个跨越细胞膜的结构,细胞膜的内侧和外侧各有3个跨膜结构与跨膜区相连,与其他5-HT2受体具有结构同源性。5-HT2A受体由1413个核苷酸开放阅读框编码的471个氨基酸组成,其本质是糖蛋白。5-HT2A受体包括3个外显子和位于它们之间的2个内含子,该基因的跨度范围为20kb。人类5-HT2A受体的遗传基因定位于第13号染色体长臂14~21区(13q14~21),人与大鼠的5-HT2A受体有87%的同源性。5-HT2A受体与G蛋白偶联,能够激活磷脂酶C,使其水解为IP3和二酰基甘油(DAG),促进细胞Ca2+内流,使神经元兴奋性增强。许多研究表明5-HT2A受体广泛存在外周组织(包括血小板),在中枢神经系统也有分布。用原位杂交方法可以证明5-HT2A受体在背根神经节(dorsalrootganglia,DRG)的初级传入神经元和脊髓背角有分布。在DRG分布5-HT2A受体的神经元主要为小、中型细胞即属于感受伤害性刺激的神经元,这些细胞大多同时表达与疼痛有关的降钙素基因相关肽。5-HT2A受体神经元约占DRG神经元总数的1/10,在炎症状态下,数量可增加1倍。另外在肝脏、脾脏等周围组织中也有5-HT2A受体分布。在中枢神经系统5-HT2A受体主要分布在大鼠的前脑、小脑、脑干神经核、脊髓等部位。武胜昔等也证明5-HT2A受体阳性胞体主要分布于嗅球的小球层和僧帽细胞层、海马始层、外侧缰核、丘脑被外侧核、下丘脑室旁核、中脑中央灰质、脑干运动核和感觉神经节等。DRG内含许多初级感觉神经元的胞体,其中小、中型细胞与疼痛的传递有关,具有将伤害性信号从外周传到中枢的特殊功能,而脊髓是疼痛信号处理的初级中枢,5-HT2A受体在DRG小、中型细胞,脊髓等神经组织中的分布也提示该受体亚型可能介导5-HT在外周传递伤害性信息和在中枢调控伤害性信息的作用。35-ht受体5-HT因作用位点不同或组织所含的受体亚基不同能表现出致痛和镇痛双重作用。在中枢,鞘内注射5-HT有镇痛作用,并且这种作用可以被其受体的拮抗剂所阻断。而在外周,腹腔或皮下注射5-HT有致痛作用。5-HT1受体,5-HT2受体和5-HT3受体都参与对伤害性信息的调节,也有报道其他类型受体如5-HT7参与对伤害性信息的调节。现在越来越多的证据表明,5-HT2A受体在疼痛传导中起重要作用。一系列疼痛模型的研究如Formalin实验,甩尾实验,CFA(完全氟氏佐剂)模型和关节炎模型都表明5-HT2A受体参与疼痛的调节。3.15-ht受体受体5-HT是下行抑制系统参与镇痛作用的主要神经活性物质。脊髓背角是伤害性信息向中枢传递的第一个中继站,伤害性信息传到脊髓背角以后,脊髓背角不仅接受和传递伤害性传入信息,而且还对伤害性信息进行整合。这里汇聚着来自外周的不同传入纤维,来自脑干和大脑皮质的下行投射纤维,以及背角局部中间神经元,组成十分复杂的神经网络。这些结构基础和生化成分将多方面来的信息通过兴奋和抑制之间的汇聚、综合,对伤害性信息进行整合。在脊髓背角神经元初步整合后,上行通路进入中枢的高级部位。由于脊髓的特殊功能,目前研究5-HT在中枢的作用较多集中在脊髓背角水平。脊髓中的5-HT主要来源于起自脑干的5-HT能下行投射纤维,这些纤维终止于脊髓背角,释放5-HT,作用于脊髓背角的受体,发挥其痛调节作用。鞘内注射5-HT的镇痛作用在许多实验研究中得到证实。鞘内注射5-HT可提高多种伤害反射的阈值,这种作用可被单胺氧化酶抑制剂或5-HT的前体加强,而被5-HT受体阻断剂阻断。脊髓背角存在多种5-HT受体亚型,它们在脊髓伤害性感受调制中起着重要作用。5-HT1受体,5-HT2受体,5-HT3受体均有报道参与了5-HT的作用过程,其中5-HT2A受体与疼痛关系的研究取得了较大的进展。在Formalin实验和坐骨神经慢性结扎模型中证实5-HT2A受体在中枢参与了镇痛作用。Sasaki等在Formalin实验中,鞘内注射5-HT2A受体的激动剂α-甲基-5-HT能剂量依赖性地抑制福尔马林引起的痛反应。同样,坐骨神经慢性结扎模型中鞘内注射α-甲基-5-HT也能剂量依赖性地减轻热痛觉过敏,这些作用可以通过鞘内提前注射5-HT2A受体的拮抗剂酮色林(ketanserin)来消除。在另一Formalin实验中鞘内注射5-HT2A受体激动剂DOI(2,5-二甲氧基-4-碘苯基丙烷-2-胺盐酸盐)能起到镇痛作用:在足底注射福尔马林后,鞘内注射5-HT2A受体的激动剂DOI可剂量依赖性地降低第一时程和第二时程中大鼠的痛行为,若提前注射5-HT2A受体的拮抗剂酮色林(30μg)能消除此镇痛作用,而5-HT1A和5-HT1B受体拮抗剂却无此作用。Obata等在脊神经结扎模型中也得到了相同的结果:鞘内注射5-HT2A受体的激动剂α-甲基-5-HT或DOI能剂量依赖性地抑制触痛觉超敏的发生,并且这种作用可以通过鞘内提前注射5-HT2A受体的拮抗剂酮色林来消除,但鞘内注射5-HT1A受体,5-HT1B受体或5-HT3受体的激动剂却起不到明显的镇痛效果,同样它们的拮抗剂也不能消除鞘内注射5-HT2A受体激动剂所起的作用。5-HT2A受体在脊髓水平的痛信息整合中扮演着重要的角色。在脊髓背角胶质区存在大量的γ-丁氨酸(GABA)能中间神经元,其轴突及含囊泡的树突与传入神经C-纤维末梢形成突触连接,5-HT能够时间和剂量依赖性地增强脊髓背角GABA能神经元合成抑制性神经递质GABA。另外还有大量的阿片肽(包括脑啡肽和强啡肽)能中间神经元及各类阿片受体的存在。其他实验也提示5-HT能通过激活5-HT2受体提高背根神经节GABA受体的活性。因此,5-HT2受体激动剂镇痛作用的一种可能机制是在大鼠的脊髓,激动剂能通过中间神经元引起抑制性神经递质如GABA的释放,产生突触后抑制作用。另外有实验证明,在中枢神经系统5-HT可能调节乙酰胆碱(Ach)的释放,其他神经递质如腺苷和μ-阿片受体等在脊髓也可能参与5-HT的镇痛机制。也有实验表明5-HT能对兴奋性氨基酸诱发的兴奋性反应起抑制作用。Murase等运用全细胞膜片钳记录技术,观察到5-HT通过激活5-HT1受体抑制大鼠脊髓背角神经元对N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)的反应,达到抑制伤害性信息传递的目的,5-HT2A受体可能也具有相同作用。3.25费用支出的影响各种炎性介质包括P物质(SP)、5-HT、缓激肽(BK)、前列腺素(PG)以及三磷酸腺苷(ATP)等,当组织损伤或炎症时被释放出来,其中5-HT是一种很重要的外周致痛物质。它可通过细胞内信号转导的级联机制使伤害性感受器的受体或离子通道磷酸化,进一步使伤害性感受器的感觉阈值降低,神经元发生可塑性变化,从而参与痛觉过敏的形成。另外5-HT还参与其他炎性因子引起的痛反应。许多实验表明外周5-HT2A受体在痛信息传递中起重要作用。在Carrageenan(角叉菜胶),CFA,5-HT致炎模型,Formalin持续性痛模型及神经病理性疼痛模型中都表明5-HT2A受体参与外周致痛的调节。Obata等发现在Formalin实验腹腔内提前注射5-HT2A受体的拮抗剂Sarpogrelate(盐酸沙格雷脂)可剂量依赖性地减少第一和第二时程的痛反应。另外局部注射5-HT2A受体选择性拮抗剂酮色林在Formalin实验中也能抑制伤害性痛行为。Okamoto等的实验表明后脚足底注射CFA引起局部炎症后能增加DRG中5-HT2A受体的表达。在CFA引起的炎性模型中,全身注射5-HT2A受体的拮抗剂Sarpogrelate能剂量依赖性地减轻热痛觉过敏反应。同样,足底注射5-HT能通过活化初级传入纤维在同侧脊髓背角产生大量的C-Fos蛋白(C-Fos蛋白常被用做细胞激活的指标),这种作用可以通过皮下注射5-HT2A受体激动剂完全复制,但5-HT3A受体的激动剂却无此作用,并且皮下注射5-HT2A受体拮抗剂可以降低C-Fos的表达。这都说明5-HT是通过2A受体来活化感觉神经末梢的。在另一模型中,大鼠足底注射Carrageenan能够显著降低对伤害性热刺激的缩爪阈值,并能诱发水肿,当提前注射5-HT2A受体拮抗剂酮色林时,能剂量依赖性地降低痛觉过敏。另外注射Carrageenan能显著提高L4~5节段脊髓背角C-Fos免疫阳性神经元的表达,提前注射酮色林能显著降低脊髓各层C-Fos的表达,表明在Carrageenan引起的炎性模型中外周5-HT2A受体参与了热痛觉过敏的产生。在坐骨神经慢性结扎模型中,给予5-HT2A受体拮抗剂Sarpogrelate和酮色林能剂量依赖性地提高对机械刺激的痛阈,但不能影响对侧足的痛阈。同样5-HT1A,5-HT1B,5-HT3和5-HT4受体拮抗剂却不能抑制痛觉过敏的发生。另外,在手术侧足局部应用含有Sarpigrelate的药膏也能显著地降低痛反应。这些实验都表明5-HT2A受体参与了外周炎症引起的脊髓伤害性信息的调节。类似的,笔者最近的实验也表明外周5-HT2A受体在炎性痛的维持和/或发展中起着重要作用。在Carrageenan引起的关节炎模型中,关节处皮肤敷含5-HT2A受体拮抗剂酮色林的贴剂能够显著降低甚至消除炎症引起的痛觉过敏。在外周,5-HT2A受体主要存在于C-纤维的末梢,该受体激活后能够激活磷脂酶C,使其水解为IP3和DAG,促进细胞Ca2+内流,增加细胞兴奋性。外周注射CFA,Carrageenan,福尔马林等炎性物质能够引起痛觉过敏,注射5-HT2A受体拮抗剂能够抑制痛觉过敏的发生,表明外周注射炎性物质后能够引起炎性细胞中5-HT的释放,并且可以通过5-HT2A受体发挥作用。伤害性刺激经C纤维传入,在突触处释放谷氨酸,SP等递质或调质,这些神经递质或调质作用于相应的受体,致使脊髓背角神经元兴奋性升高。在5-HT参与引起的痛觉过敏中,可以通过神经元中的第二信使PKC来介导。PKC在外周和中枢均有分布,相关报道表明PKC在外周组织损伤和炎症引起的痛觉过敏中起着重要作用。笔者最近的实验也表明外周PKC参与了5-HT通过5-HT2A受体引起的痛觉过敏,PKC抑制剂可剂量依赖性地削弱通过5-HT2A受体引起的痛觉过敏,而不是通过5-HT1A受体。5-HT激活5-HT2A受体后,会导致Ca2+大量进入细胞内,激活胞内Ca2+依赖的PKC,使PKC转位(从胞浆到胞膜),从而引起细胞膜通透性改变,PKC调节离子通道通