神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)參與痛覺調(diào)制的研究進展

趙舒煊，張東亮，沈偉，馮曉飛，劉正，袁文華，周海宇

1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院骨科，甘肅蘭州市730030；2.甘肅省骨關(guān)節(jié)疾病研究重點實驗室，甘肅蘭州市730030

哺乳動物中，神經(jīng)肽Y同其Y1、Y2、Y4和Y5四類受體共同組成一種高復(fù)雜的受體-配體系統(tǒng)，稱為神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)。其中，以Y1受體(Y1 receptor,Y1R)和Y2受體(Y2 receptor,Y2R)為代表的G蛋白偶聯(lián)特異性受體，通過結(jié)合最早發(fā)現(xiàn)并主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一類36肽胰多肽家族神經(jīng)遞質(zhì)——神經(jīng)肽Y，在神經(jīng)肽Y系統(tǒng)中承擔(dān)主要作用[1]。這一系統(tǒng)廣泛參與個體對傷害性信號的處理和反饋過程，如痛覺、營養(yǎng)代謝失衡[2]、內(nèi)分泌環(huán)境改變[3]、高壓力環(huán)境[4]和心血管事件[5]等，又以痛覺調(diào)制研究較為廣泛。本文綜述近年來神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)參與痛覺調(diào)制的研究進展。

1 神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)

1.1 組成

根據(jù)與神經(jīng)肽Y的C-端片段親和力差異，可將神經(jīng)肽Y受體分為8種受體亞型，分別稱為Y1～Y8受體。其中Y3受體至今尚未成功克隆，Y6受體僅在小鼠等特定種屬的哺乳動物中發(fā)現(xiàn)，人類和大鼠中無功能性蛋白質(zhì)表達(dá)[6]，Y7和Y8受體僅存在于蛙等非哺乳動物中[7]。因而在哺乳動物中廣泛存在的神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)，主要由Y1、Y2、Y4和Y5亞型組成[8]，以Y1R和Y2R研究較多。

1.2 分子結(jié)構(gòu)

目前認(rèn)為，神經(jīng)肽Y的這四類受體亞型均屬于具有7次跨膜螺旋的G蛋白偶聯(lián)受體，并屬于該超家族中的視紫紅質(zhì)家族。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)肽Y被證明為上述四種受體的主要配體。UR-MK299和BMS-193885等多個Y1R小分子抑制劑與Y1R氨基酸突變體的結(jié)合實驗表明，Y1R的特定螺旋和殘端可形成受體-配體結(jié)合口袋，特異性識別神經(jīng)肽Y的N-端和C-端氨基酸結(jié)構(gòu)結(jié)合位點，從而引發(fā)受體活化[9]。而Y2R結(jié)合神經(jīng)肽Y時，則允許神經(jīng)肽Y配體N-端和C-端的大幅截短，甚至對特定殘基間發(fā)生環(huán)化的神經(jīng)肽Y親和力亦較高[6]，表明不同類型受體對神經(jīng)肽Y的識別位點亦存在差異。

1.3 參與神經(jīng)元膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要機制

先前研究認(rèn)為，神經(jīng)肽Y受體可通過與細(xì)胞膜上Gi/o蛋白偶聯(lián)結(jié)合，調(diào)節(jié)傷害性輸入信號。Y1R可通過偶聯(lián)G蛋白α亞基抑制腺苷酸環(huán)化酶活性，通過調(diào)節(jié)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine phosphate,cAMP)濃度間接抑制細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平[1]，結(jié)合后細(xì)胞內(nèi)外的Ca2+濃度差進一步擴大，持續(xù)調(diào)節(jié)脊髓背根神經(jīng)節(jié)細(xì)胞神經(jīng)肽Y釋放水平[10]。Y2R則可通過激活β和γ亞基激活激酶級聯(lián)，調(diào)節(jié)胞內(nèi)外離子濃度[8,11]。細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal regulated kinase,ERK1/2)的間接反式激活也可產(chǎn)生同樣的效應(yīng)，而無需直接激活G蛋白亞基[12]。多種細(xì)胞膜上受體活化或抑制構(gòu)成神經(jīng)肽Y受體參與痛覺調(diào)節(jié)生理效應(yīng)的基礎(chǔ)。

2 神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)的分布

2.1 脊髓神經(jīng)肽Y受體的分布

Y1R和Y2R與神經(jīng)肽Y共分布于與痛覺相關(guān)的外周有髓Aδ類纖維和C類纖維中。采用光遺傳學(xué)手段，特異性激活表達(dá)Y2R的外周纖維，以及近來的外周神經(jīng)元大規(guī)模轉(zhuǎn)錄組測序手段[13]提供了這一推斷的直接證據(jù)。脊髓背根神經(jīng)節(jié)匯集痛覺相關(guān)的初級傳入神經(jīng)元胞體，Y1R和Y2R陽性神經(jīng)元共表達(dá)降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)受體[14]，而這一受體與傷害感受相關(guān)性較高[15]。其中Y1R陽性神經(jīng)元匯聚于灰質(zhì)Ⅰ～Ⅵ、Ⅹ層中，共包含7種不同類型，形態(tài)多樣。直徑較小的Y1R陽性神經(jīng)元主要分布于Ⅰ～Ⅲ層，直徑較大的Y1R陽性神經(jīng)元則分布于Ⅲ～Ⅵ、Ⅹ層[16]。Arcourt等[13]則縮小Y2R陽性神經(jīng)元在脊髓中的定位，認(rèn)為其主要定位于Ⅱ?qū)拥囊蝗罕憩F(xiàn)出Y2R免疫活性的初級傳入神經(jīng)元中。

2.2 顱內(nèi)神經(jīng)肽Y受體的分布

Y1R和Y2R是在顱內(nèi)表達(dá)最豐富的神經(jīng)肽Y受體，在各皮層區(qū)域、丘腦核、海馬和腦干核中均有表達(dá)。利用放射性同位素125I標(biāo)記神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)各成員拮抗劑，可在皮層、海馬齒狀回、膝狀核及延髓中發(fā)現(xiàn)中高水平的Y1R分布；Y2R則以嗅球的外部叢狀層、前嗅核、嗅結(jié)節(jié)及腹側(cè)海馬分布較多。Y1R多與Y5受體共表達(dá)，且Y4和Y5受體的表達(dá)量明顯低于Y1R和Y2R[17]。該分布受到多重因素的影響，年齡和熱量攝入限制都可能影響參與急性及慢性傷害性信息處理的前扣帶皮層等腦區(qū)的受體表達(dá)[18]。神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)各亞型在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中的分布存在明顯不同，反映出亞型的功能差異。

3 神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)參與痛覺調(diào)制

3.1 脊髓水平

脊髓背角是痛覺調(diào)制的重要區(qū)域[19]，與其分布相一致，多種證據(jù)表明神經(jīng)肽Y受體主要在此位置參與痛覺調(diào)制，神經(jīng)肽Y通過與Y1R和Y2R共同結(jié)合，維持痛覺傳遞過程的穩(wěn)態(tài)。

3.1.1 Y1R

神經(jīng)肽Y與脊髓Y1R結(jié)合，主要發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應(yīng)。神經(jīng)損傷及炎性疼痛后，脊髓Y1R信號明顯增強，且可持續(xù)增高至損傷慢性期[20-21]；抑制Y1R在mRNA和蛋白質(zhì)水平的表達(dá)，則可降低實驗動物痛閾。遺傳學(xué)上，Y1R蛋白表達(dá)缺失的小鼠對急性熱刺激、皮膚和內(nèi)臟化學(xué)刺激及機械刺激痛閾明顯降低[22]；藥理學(xué)上，采用多西環(huán)素誘導(dǎo)的大鼠內(nèi)源性神經(jīng)肽Y缺失，可使大鼠產(chǎn)生機械和熱痛覺過敏反應(yīng)，鞘內(nèi)注射Y1R拮抗劑則可糾正痛覺過敏[23]。

Y1R的此類鎮(zhèn)痛作用定位于脊髓背角Ⅱ?qū)拥囊唤MY1R陽性興奮性中間神經(jīng)元[16]。選擇性破壞此類中間神經(jīng)元所產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛作用不限于急性傷害性痛覺，大鼠慢性炎癥性疼痛[24-25]及神經(jīng)病理性疼痛[26]的傷害性反射亦可經(jīng)此抑制。

Y1R的鎮(zhèn)痛作用可通過多種方式調(diào)控。炎癥性損傷可增強Y1R與G蛋白受體偶聯(lián)的親和力，這一作用可能通過抑制背角傷害性感受遞質(zhì)P物質(zhì)的釋放來實現(xiàn)[27]。神經(jīng)保護性類固醇黃體酮則可提高神經(jīng)肽Y及Y1R表達(dá)量，從而增加脊髓損傷大鼠對痛覺的耐受性[21]。

3.1.2 Y2R

通常認(rèn)為Y2R在脊髓水平與Y1R拮抗產(chǎn)生促痛效應(yīng)，但這一理論目前仍存在爭議。光遺傳學(xué)方法特異性激活正常小鼠外周一組表達(dá)Y2R的有髓Aδ類傷害性纖維傳入神經(jīng)，可引發(fā)小鼠痛覺行為加劇，并觸發(fā)防御性條件反射[13]。

而不同痛覺模型的大鼠中這一結(jié)果則存在矛盾。Solway等[23]在抑制內(nèi)源性神經(jīng)肽Y配體的神經(jīng)病理性疼痛模型和炎性疼痛模型大鼠中使用Y2R拮抗劑BIIE0246，發(fā)現(xiàn)其與Y1R拮抗劑BIBO3304作用類似，均可增加小鼠的痛覺超敏反應(yīng)。而早先研究中Y2R拮抗并不能抑制慢性炎性疼痛大鼠痛覺體征[28]。時培晟等[29]通過對神經(jīng)病理性疼痛模型大鼠鞘內(nèi)使用Y2R反義核苷酸抑制其表達(dá)，發(fā)現(xiàn)大鼠機械痛閾升高，冷痛閾則無明顯改變。

較新的研究則提示，正確協(xié)調(diào)地執(zhí)行Y2R介導(dǎo)的傷害性反射，需要機械性信號和傷害性信號共同參與。已證明神經(jīng)肽Y可通過背根一組抑制性中間神經(jīng)元參與機械性疼痛[30]，這一效應(yīng)可進一步定位于Y2R。脊髓水平Y(jié)2R介導(dǎo)的促痛效應(yīng)，可通過同時激活低閾值機械感受器衍生的機械感覺信號被抑制[13]。經(jīng)典的門控學(xué)說認(rèn)為，脊髓背角傷害性信號(痛覺)和機械性信號等其他非痛覺信號在上行中相互競爭，機械性刺激可通過突觸前抑制，阻斷有害刺激到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)[31]，這一結(jié)果直接證實門控理論的中心預(yù)測之一，體現(xiàn)了Y2R在門控痛覺調(diào)制中的特殊地位。

3.2 顱內(nèi)

目前已確認(rèn)顱內(nèi)多個核團通過神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)參與痛覺調(diào)制。經(jīng)典研究認(rèn)為，中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)腦區(qū)的Y1R參與對炎性疼痛熱刺激和機械刺激的鎮(zhèn)痛作用[32]。而最近研究表明，神經(jīng)肽Y和Y1R激動劑亦可抑制三叉神經(jīng)核放電，從而抑制硬腦膜模型誘發(fā)的三叉神經(jīng)痛覺，Y2R和Y5R則無此作用[33]。

激活投射至腦干臂旁核共表達(dá)刺鼠肽基因相關(guān)蛋白(agouti-related protein,AgRP)和Y1R的神經(jīng)元可實現(xiàn)對炎性疼痛的選擇性抑制，由于這一通路可介導(dǎo)饑餓和痛覺兩種傷害性信號在腦內(nèi)的競爭性處理過程[34]，處于傷害性信息調(diào)控的交叉點，因而具有重要意義。

對延髓頭端腹內(nèi)側(cè)區(qū)(rostral ventromedial medulla,RVM)的研究提示神經(jīng)肽Y受體在顱內(nèi)傳遞痛覺信號的神經(jīng)元機制。神經(jīng)肽Y通過Y1R可同時激活RVM中的促傷害感受ON細(xì)胞和抑制傷害感受OFF細(xì)胞的興奮性，并主要增加OFF細(xì)胞的自發(fā)放電，從而實現(xiàn)對慢性痛覺的調(diào)控作用[35]。

4 小結(jié)

疼痛作為影響患者生活質(zhì)量的重要體征，長久以來缺乏較為全面持久的處理策略[36]。神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)作為體內(nèi)痛覺信號調(diào)制的重要組成部分，以Y1R和Y2R為代表，在顱內(nèi)和脊髓水平廣泛分布，并發(fā)揮多重痛覺調(diào)制作用。但目前關(guān)于Y2R在不同動物模型中的作用、神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)內(nèi)不同組成部分的互相作用機制，以及該系統(tǒng)與其他傷害性信號傳遞系統(tǒng)的關(guān)系，仍需高質(zhì)量實驗進一步驗證。積極探索神經(jīng)肽Y受體系統(tǒng)在痛覺信號調(diào)制中的地位，有助于進一步加深神經(jīng)系統(tǒng)傷害性信號傳播的理解，為鎮(zhèn)痛藥物的開發(fā)提供靶點。