背根神經節神經元GABA A型受體對痛覺調制的研究進展

成洪聚，相龍全，亞白柳，劉文彥

(1. 濟寧醫學院基礎醫學院生理學教研室，山東 濟寧 272067；2. 山東省濟寧市第一人民醫院病理科，山東 濟寧 272011)

背根神經節(dorsal root ganglion，DRG)是感覺信息傳遞的第一級驛站，對痛覺信息傳入起十分重要的調控作用。Du等[1]發現：γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)合成和釋放所必需的主要蛋白(包括谷氨酸脫羧酶Gad65和Gad67、囊泡GABA轉運蛋白Vgat和質膜GABA轉運蛋白Gat1-3)在大鼠DRG神經元上均有表達，表明DRG神經元可以合成GABA，并依賴囊泡和非囊泡機制釋放GABA。而膠質細胞表達GABA受體，從神經元釋放的GABA可作為神經元和膠質細胞信息交流的媒介[2-3]。可見在DRG中存在復雜的GABA系統，參與神經損傷和痛覺信息傳遞過程。研究[4-6]顯示：在DRG神經元上亦存在GABA的A型受體(GABA A receptor，GABAAR)。GABAAR作為GABA系統的重要成員，介導GABA的抑制作用，并且在病理性疼痛過程中其表達和功能發生改變。但國內尚無相關系統性綜述報道。本文簡要介紹了DRG神經元中GABAAR的分布及其在痛覺信息傳遞中發揮的作用，重點闡述其在炎性痛和神經病理性疼痛發生發展中的作用及其最新研究進展。

1 GABAAR簡介

1.1 GABAAR的結構 GABAAR為五聚體跨膜糖蛋白，其中心為Cl-通道。GABAAR亞基有21種，分為8個亞基族，分別為α1-6、β1-4、γ1-4、ρ1-3、δ、ε、π和θ。這些亞基可以組合成不同的功能性受體。哺乳動物大腦中GABAAR由2個α1、2個β2和1個γ2構成“優勢組合”。各種生理和病理環境的改變通過調控某些亞基的表達，進而引起受體功能的改變。每個亞基均含有400～550個氨基酸殘基，其N端較長，C端較短，均位于膜外側；4個跨膜區域由2個胞內環相連。亞基胞外段具有多個遞質或藥物(包括GABA、苯二氮卓、巴比妥酸鹽和致驚厥劑等)的結合位點。胞內結構域中含有多種蛋白激酶(PKA、 PKC、CaMKⅡ和酪氨酸蛋白激酶等)作用位點。

1.2 GABAAR的功能 GABAAR激活后Cl-通道打開，而Cl-流動的方向取決于細胞膜兩側的濃度差。Cl-由胞外流向胞內，膜兩側電勢差增大，神經元超極化，從而抑制神經元功能；反之，Cl-流出細胞，產生去極化興奮反應。GABAAR介導的反應受陽離子——Cl-共轉運體(cation-chloride contransporter，CCC)的影響。在胚胎期，Na+-K+-2Cl-共轉運體1(Na+-K+-2Cl-cotransporter 1,NKCC1)介導腦神經元對Cl-的攝取，增加胞內Cl-濃度，因此GABAAR激活引起神經元去極化反應。進入成年期，腦內NKCC1表達下調的同時，促Cl-排出的K+-Cl-共轉運體2(K+-2Cl-cotransporter 2,KCC2)表達上調，導致細胞中Cl-濃度降低，GABAAR激活則引起神經元超極化抑制。與腦內神經元不同，DRG神經元轉運體的表達有其特殊性。盡管DRG神經元的NKCC1在孕晚期瞬時性功能下調[7]，但其表達一直維持在較高水平，直至成年期。另外，成年期DRG神經元表達KCC1、KCC3和KCC4，不表達KCC2[8]。因此，在成年期DRG神經元上激活GABAAR產生的電流不是超極化電流，而是去極化電流。

2 GABAAR在DRG神經元中的分布

2.1 GABAAR在DRG神經元中的表達 DRG神經元表達多種GABAAR亞基，但在胚胎期和成年期有所不同。Maddox等[4]利用RT-PCR法分析人DRG神經元中GABAAR亞基表達的結果顯示：胚胎期和成年期GABAAR亞基表達有顯著差異，α2和β3較穩定地表達，α1、α6、β1、γ2L和ρ2均未被檢測到，其他亞基的表達有不同程度差別，尤其β2僅在成年期表達。研究者還進一步利用電生理實驗印證2種DRG神經元上GABAAR藥理學特性的區別。大鼠DRG神經元也有類似的現象。Ma等[5]利用原位雜交技術證實：α2、β3和γ2從孕中期開始表達，漸增直至成年期；α5表達也隨著孕齡而增加，但大鼠出生后反而降低，表明不同發育期的GABAAR亞基組合形式有區別。盡管研究者關注的亞基不同，但上述實驗數據足見GABAAR的藥理學特性呈發育性變化。各亞基在大鼠DRG神經元中的分布也有所不同。α2分布較為廣泛，γ2分布在部分神經元亞群里，β2和α1的分布更加局限，這可能與細胞的類型和功能有區別相關[6]。

2.2 GABAAR在脊髓傳入纖維末梢中的表達 在脊髓背角，GABAAR分布在DRG神經元傳入纖維末梢，調節來自外周的痛覺和軀體感覺信號的傳遞。Paul等[9]利用降鈣素基因相關肽標記肽能C類纖維末梢，利用同工凝集素B4標記非肽能C類纖維末梢發現：在小鼠的脊髓灰質背角Ⅱ板層中，α2和α3亞基在肽能和非肽能C類纖維末梢內均有表達；α5亞基在部分肽能C類纖維末梢內表達；α1亞基在C類纖維末梢中低表達；而有髓Aβ/Aδ類纖維末梢含有α1、α2、α3和α5亞基，4個亞基比例大致相等。Lorenzo等[10]利用同樣的方法標記C類纖維末梢，并利用gephyrin作為突觸后標記發現：在大鼠脊髓灰質背角Ⅱ板層中，α2、α3和α5在C類纖維末梢均有分布，尤其是非肽能C類纖維末梢，α1主要分布在突觸后神經元。實驗動物的不同可能導致2項研究結果稍有差異，特異性分布的GABAAR亞基可能參與痛覺信息傳遞的不同神經環路，參與不同形式的慢性痛。

3 GABAAR在痛覺信息傳遞中的作用

DRG是外周感受器和高位中樞的連接紐帶。DRG中的抑制性GABA系統在痛覺信息傳遞中起重要作用。盡管在成年期DRG神經元上GABAAR介導去極化電流，但在初級傳入的突觸前膜仍然發揮抑制作用，被稱為突觸前抑制。脊髓背角的中間神經元釋放GABA，激活初級傳入神經末梢突觸前GABAAR，誘導突觸前膜電位去極化，這樣，外周傳至的動作電位幅度降低，Ca2+內流減少，因而興奮性神經遞質的釋放量減少，產生抑制性效應。

由于GABAAR分布在DRG神經元的軸突、樹突和胞體上，因此在神經元其他部位施加受體激動劑同樣可以起到抑制作用。Du等[1]給予大鼠后爪足底注射緩激肽或辣椒素誘發其痛覺過敏，在相應DRG局部施加GABAAR激動劑Muscimol又可抑制前兩者的作用。炎癥因子或神經損傷導致DRG神經元興奮性增高，出現自發放電[11]，進而誘發脊髓灰質背角神經元的超敏狀態，經痛覺傳導通路傳向高位中樞。DRG上GABAAR的激活提高神經元對動作電位的過濾作用，從而抑制神經元上的自發性放電現象[1]。可見，DRG內的GABA系統對痛覺信息起緊張性抑制作用，阻礙信息向脊髓及更高級中樞傳入。

4 病理性疼痛中GABAAR的變化

研究[12-14]證實：在病理性疼痛產生過程中興奮和抑制平衡失調，抑制系統減弱，興奮系統增強，促使痛覺信息向中樞傳遞，進而提出“去抑制學說”。該學說[15]認為：抑制系統的GABAAR表達和功能改變可能參與病理性疼痛產生。

4.1 GABAAR表達的變化 甲醛致痛模型是一種常用的炎癥痛模型[16]。Bravo-Hernández等[17]發現：1%甲醛注射于大鼠足底皮下可上調相應DRG內α5-GABAAR的表達。叢麗娜等[18]制備大鼠坐骨神經慢性壓榨性損傷(chronic crush injury,CCI)模型，檢測GABAAR亞基表達變化的結果顯示：大鼠在術后14 d熱刺激足反射潛伏期明顯縮短，損傷側L4～6 DRG神經元α2和γ2亞基的表達均下調。Obradovic等[19]利用Western blotting技術檢測坐骨神經擠壓傷大鼠L5 DRG發現：GABAAR的α2亞基表達下調。進一步利用反義寡核苷酸技術選擇性下調L5 DRGα2亞基的表達，大鼠的機械痛敏和熱痛敏加重。可見病理性疼痛對GABAAR不同亞基表達的調節有區別。神經損傷或炎癥可通過激活胞內信使PKA和PKC，改變cAMP反應原件結合蛋白(cAMP-response element-binding protein，CREB) 和可誘導的cAMP早期抑制因子(inducible cAMP early repressor，ICER) 活性，調節GABA受體亞基啟動子，進而影響亞基的表達[20]。

4.2 GABAAR功能的變化 炎癥或神經損傷發生后，一些致痛介質下調DRG神經元GABAAR的功能。脊髓灰質背角的中間神經元釋放GABA，調節傳入神經末梢突觸前P物質的釋放[21]，P物質又通過突觸前自身受體經由PLC-Ca2+-PKCε胞內信號途徑抑制突觸前GABAAR電流，即抑制GABA介導的突觸前抑制[22]。外周神經損傷時，中、小直徑DRG神經元和脊髓灰質背角淺層神經元均表達單核細胞趨化蛋白CCL2及其受體CCR2。CCL2可完全阻斷脊髓神經元上GABA引發的電流[23]， CCL2在DRG神經元上是否亦發揮對GABA電流的抑制作用，有待進一步實驗證實。另外，在海馬神經元上N-甲基-D-天冬氨酸受體的激活導致GABAAR去磷酸化，抑制GABA電流，并能快速可逆地減少突觸部位膜表面的GABAAR[24]，此途徑也可能參與GABA能抑制的減弱機制。

Zhu等[25-26]研究證實：大鼠皮下注射完全弗氏佐劑3 d誘導持續性炎癥后，GABA在相應的DRG神經元上誘導的去極化幅度明顯增加，電流密度增加，其機制與炎癥后酪氨酸激酶持續活化有關。可見在持續炎癥等病理變化基礎上，GABA反轉電位可能發生去極化轉變，導致GABAAR的反應由抑制轉變成興奮，有助于痛覺過敏形成[27]。最近Jang等[28]發現：炎癥因子前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)可增強GABA在辣椒素敏感的DRG神經元上誘導的膜去極化，PGE2受體4(PGE2 receptor 4，EP4)拮抗劑和選擇性Nav1.8拮抗劑均阻斷PGE2的增強作用，表明在炎癥時PGE2-EP4信號傳導和Na+通道致敏的協同作用可允許GABA信號興奮神經元。此外，DRG神經元中GABAAR和酸敏感離子通道(acid-sensing ion channels, ASICs)通過形成蛋白復合物在功能上相互影響。炎癥組織局部聚集了大量酸性物質(乳酸等)，使細胞外pH值降低，激活的ASICs增加GABAAR介導的電流幅度[29]，可能有助于GABAAR在痛覺過敏中由抑制向興奮作用的轉變[30]，可見對GABAAR在病理性疼痛發生發展中的變化還存在矛盾認識，有待更多的實驗證實。

5 展 望

DRG神經元位于痛覺信息產生的起始位置，對疼痛有特殊意義。但DRG中GABAAR亞基眾多，不同亞基組合成的受體功能不同，提高了研究的難度。DRG神經元不同部位的GABAAR可顯示出不同特性。突觸位置的GABAAR被脊髓內中間神經元釋放的GABA激活，介導時相性抑制。突觸外GABAAR(α5-GABAAR)定位于胞體、樹突和軸突上，被胞外內源性釋放的低濃度GABA所激活，產生持續的電導，介導緊張性抑制。外周皮下或鞘內注射α5-GABAAR拮抗劑L-655和L-708可抑制炎癥或神經損傷產生的持久性痛覺過敏[17]，表明外周α5-GABAAR在炎性痛和神經病理性疼痛中起促進作用，但GABAAR亞基的分布和不同發育期表達差異及意義尚未完全清楚，對病理性疼痛中GABAAR表達和功能的變化認識不一，可能是因為不同研究者利用的動物模型不同，或者參與病理性疼痛的多種因子對GABAAR調控機制不同，或者病理性變化對GABAAR亞基的特異性調節導致其功能改變。因此對DRG內GABA系統的研究尚任重道遠。