GABAB受体在脊髓水平痛觉调节中的研究进展

刘彦涛 王秀丽

外周伤害性刺激经脊髓、脑干和丘脑的传递和调制,最后在大脑皮层形成痛觉。脊髓在调制伤害性信息传递方面起着重要作用,脊髓背角是中枢神经系统痛觉信息整合加工的重要部位,是感觉信息传入的门户和整合的初级中枢。γ-氨基丁酸(GABA)受体是中枢神经系统中最重要的两种抑制性神经受体之一,其中GABAB受体作为 GABA受体家族中惟一的G蛋白偶联的代谢型受体,在脊髓水平的痛觉调制作用也被人们日益关注。

1 GABAB受体的结构及分型

1980年 Bowery等[1]发现了不同于经典的 GABA受体的一种亚型一 GABAB受体。与GABAA受体和 GABAC受体等离子门控型受体不同,GABAB受体属于与胞内 G蛋白耦联的代谢型受体家族。Kaupmann等[2]首先报道了 GABAB受体存在 2种剪接异构体,GABABla和 GABAB1b。两者均有 7个跨膜域,相对分子量分别为 130 kD和 100 kD。从大鼠脑内得到 GABAB1的两个异聚体,他们分别由 960个和 840个氨基酸残基组成;二者的差别是：GABAB1a之 N端的 147个残基序列,在 GABAB1b中由一段 18个氨基组成的不同序列所取代。在之后的研究中又发现了 GABAB1的其它 3个剪切异构体,分别为 GABAB1c,GABAB1d和 GABAB1e。 GABAB2的结构与 GABAB1相似,也有 7个跨膜区,相对分子量为 110 kD。已确定 GABAB2存在 3种剪切异构体：GABAB2a、GABAB2b和 GABAB2c,主要区别在于 C末端的结构不同。目前,大多数学者认为功能性的GABAB受体由GABAB1和 GABAB2这两个亚单位异二聚体化组成。GABAB1的作用是与激动剂结合,GABAB2的作用是帮助 GABAB1,到细胞表面,与G蛋白结合,增强GABAB1与激动剂的亲和力[3]。但Binet等[4]发现 CGP7930能与 GABAB2结合并激活 CABAB2,因而提出 GABAB2与 GABAB1两个亚型各自均能形成功能完整的受体这一观点。虽然形成了异二聚体,但 GABAB1和GABAB2各自保留了独立的内质网和高尔基体[5]。Charles等[6]在研究中发现了区别于 GABAB1和 GABAB2的 GABABL亚单位,然而 Zheng等[7]认为其发挥的具体作用并不十分明确。

2 GABAB受体在脊髓背角的分布及表达

早期的放射自显影实验结果表明GABAB受体密集地分布于大鼠的小脑,其次为大脑。曾一度认为脊髓的 GABAB受体比较稀疏。Charles等[6]用免疫组织化学方法观察到 GABAB受体在脊髓的分布也比较稠密。在脊髓全长,GABAB受体主要定位于与运动有关的脊髓前角运动神经元和脊髓背角浅层。王秀丽等[8]用免疫荧光双重染色,在激光共聚焦显微镜下观察,发现在大鼠脊髓Ⅱ层神经元上,表达有丰富的 M 2受体和GABAB受体,其中 56.57%的神经元可同时表达 2种受体。Yang等[9]用免疫电镜等方法观察到脊髓内 GABABR样阳性终末的 3种起源：(1)脊髓背角神经元。中间神经元主要位于脊髓背角的Ⅱ层,投射神经元主要位于背角的Ⅰ、Ⅲ～Ⅴ层。放射自显影或免疫组化法研究结果表明部分投射神经元呈GABABR样阳性;参与局部环路的许多Ⅱ层中间神经元也呈 GABABR样阳性。(2)初级传入纤维中枢端。传递伤害性信息的属于 C纤维,它们主要终止于Ⅰ、Ⅱ层;传递非伤害性感觉(触压觉)的纤维属于粗纤维,主要终止于深层;这些纤维向脊髓背角投射的终末几乎都呈 GABABR样阳性。(3)起源于上位脑结构的“下行抑制系统”向脊髓发出的下行投射终末：下行抑制系统主要由中脑导水管周围灰质(PAG)、延髓中缝系统及其周围的网状结构向脊髓的下行投射纤维构成,构成下行抑制系统的核团都向脊髓发出下行投射,其中的部分投射纤维呈 GABABR样阳性[10]。林芮禾等[11]也通过免疫电镜观察到脊髓背角Ⅱ板层中部分Ⅰ型和Ⅱ型突触小球中央末梢为 GABAR1阳性,提示无髓传入末梢和有髓传入末梢都有GABABR存在,并且作为突触小球中央轴突的 GABABR1阳性终末以突触前或突触后成分与脊髓背角内的轴突或树突形成非对称性和对称性突触。

3 GABAB受体在脊髓水平痛觉调节机制

3.1 突触后和突触前抑制作用 (1)突触后抑制主要是指激活突触后神经元上的受体后,引起该神经元本身超极化,从而使其处于一个更稳定的状态。GABAB受体与 K+通道耦联,激活GABAB受体时通过百日咳毒素敏感的G蛋白开放K+通道,细胞内 K+顺着浓度梯度外流,也使突触后膜超极化,引起缓慢的 IPSPs(抑制性突触后电位)。之前的研究多集中在,内向整流型钾电流 Kir3型 K+通道上。最近 Rossi等[12]发现 GABAB受体也抑制了 Kir2型K+通道的活性。(2)突触前抑制,主要是指抑制性中间神经元释放的抑制性递质,与突触前终末上的受体结合,减少突触前终末释放兴奋性递质。GABAB受体激动剂baclofen激活位于突触前末梢上的GABAB后,在增加 K+电导、增加 K+外流的同时,主要通过阻滞 Ca2+通道、减少 Ca2+内流,从而减少兴奋性递质的释放。在突触前应答效应主要与P/Q型、N-型钙通道有关。α-芋螺毒素 Vc1.1and Rg1A作为神经病理性痛的一种治疗手段已经越来越受到人们的关注,然而Callaghan等[13]发现其对 N型钙通道不是起直接的抑制作用,而是间接通过 GABAB受体引起。Choi等[14]发现 GABAB受体是通过 N型和P/Q型两种钙通道突触前抑制大鼠脊髓Ⅱ板层神经元中的甘氨酸能传递。但 Castro等[15]则发现由注射baclofen引起的海龟脊髓背角 EPSPs(兴奋性突出后电位)的降低能被 NEM(N-乙基马来酰胺)逆转,提示 GABAB受体是经由N型钙通道而不是P/Q型钙通道发挥抑制作用。另外,激活突触前的 GABAB受体可抑制兴奋性神经递质如P物质、谷氨酸和神经肽的释放,减少了突触后接受的兴奋性神经递质从而产生相对抑制效应[16]。Romei等[17]研究认为在小鼠脊髓和海马的甘氨酸神经末梢,GABAB受体抑制了甘氨酸的泡吐作用,提示 GABAB抑制兴奋性神经递质释放的同时,也减少了甘氨酸等抑制性神经递质的释放。Wang等[18]研究发现baclofen降低了脊髓Ⅱ板层 GABA能和甘氨酸能的 IPSPs的频率,但突触前GABAB受体对Ⅱ板层GABA和甘氨酸能神经元递质释放的影响在糖尿病大鼠与正常大鼠中无显著差别。

3.2 GABAB受体的基因转录和蛋白翻译 Sands等[19]连续7 d向大鼠体内注射抗抑郁药地昔帕明,7 d后大鼠热痛阈值明显上升,同时 GABAB(1a)和 GABAB(2)的 mRNA水平增加,而GABAB(1b)的 mRNA水平未见明显改变。Mccarson等[20]同样利用向大鼠分别注射抗抑郁药阿米替林和氟西汀的方法,证实脊髓 GABAB的表达增高,GABAB(1b)和 GABAB(2)比 GABAB(1a)的变化更显著,同时提示GABAB受体功能的增强可以不依赖于任何一种 GABAB受体的亚型功能的改变,其原因之一既是形成了异二聚体。朱姗姗等[21]对坐骨神经结扎致神经病理性痛大鼠脊髓水平 GABAB受体各亚型蛋白水平的表达进行了研究,结果表明,神经病理性痛大鼠脊髓背角 GABAB受体各亚型的表达不同,GABAB1a及 GABAB2的表达在经历短暂的上调后持续降低,而 GABAB1b的表达未受影响。而 Mitchell等[22]通过 L5神经结扎制备神经痛大鼠模型,western blotting测定大鼠结扎侧 GABAB1a、GABAB1b和 GABAB2,尽管在 6～ 18周内蛋白含量比结扎前有所降低,但与假手术组比较无统计学意义。以上结果可以看出,GABAB受体的亚基和各亚型在疼痛发生过程中的蛋白翻译和转录水平变化并不一致,其原因可能是药物或疾病本身的作用引起了如受体聚合状态的改变、受体同配体间亲和力变化等。此外,Li等[23]用原位杂交及核糖核酸酶保护测定的方法,发现在大鼠胚胎发育中 GABAB1与 GABAB2两种亚型mRNA也呈现不同的表达过程,GABAB1mRNA出现的更早且表达量更高。

综上所述,作为G蛋白偶联受体的GABAB受体的结构及在脊髓的分布已基本清楚,而其痛觉调节的机制却十分复杂,尤其是发生在脊髓水平的受体磷酸化和其它可塑性变化机制,还有待进一步研究。

1 Bowery NG,Hill DR,Hudson AL,et al.Baclofen decrease neurotransmitter release in themammalian CNSby an action at a novel GABA receptor.Nature,1980,283：92-94.

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