食欲素及其受體調節劑在睡眠-覺醒障礙治療中的應用進展

唐慧玲,李姍姍,祝秋梅,劉寶虎,郭義,3,陳澤林,2,徐枝芳,2

(1天津中醫藥大學實驗針灸學研究中心，天津300193；2天津中醫藥大學實驗針灸推拿學院；3天津中醫藥大學中醫學院)

1998年，由Sakurai等[1]發現了下丘腦外側神經元產生食欲神經肽及其受體，將其命名為食欲素(Orexin)。Orexin-A與Orexin-B(也稱hypoeretin-1和hypoeretin-2)來源于同一Orexin前體，主要通過激活兩種G蛋白偶聯受體，Orexin-1型受體(OX1R)和Orexin-2型受體(OX2R)發揮相應生理功能。最初，Orexin僅被認為在攝食行為中起關鍵作用。后期研究發現，Orexin與睡眠-覺醒平衡關系密切，即Orexin通過激活OX1R和OX2R促進和維持覺醒[2, 3]；并且在急、慢性睡眠-醒覺障礙中也顯示出治療潛力。現對醒覺中樞——下丘腦中的Orexin及其受體系統調節醒覺的生理病理作用，及Orexin受體調節劑在急慢性睡眠-覺醒障礙中的應用進展情況綜述如下。

1 睡眠-覺醒的神經調節中樞

醒覺是保證意識活動及清晰狀態的基礎，對維持機體生理活動具有重大意義，包括睡眠和覺醒兩方面[4]。Moruzzi等[5]證實，網狀上行激活系統(ARAS)在維持醒覺行為中發揮重要作用，即ARAS在網狀結構中多次更換神經元，最終刺激皮層產生快節律腦電活動以維持覺醒；當ARAS受損導致興奮性或抑制性神經遞質失平衡時，則會出現睡眠-覺醒障礙[6]。 早期研究發現，下丘腦損傷患者出現睡眠異常，電損毀大鼠、貓和猴子后側下丘腦亦出現嗜睡或昏迷，證實下丘腦后側為“覺醒中樞”。Nauta等[7]研究證實，下丘腦后側與覺醒相關，視前/前下丘腦則為“睡眠中心”，這兩個區域在睡眠-覺醒交替中發揮著切換作用；電刺激正常貓的下丘腦后側，可激活其大腦皮層的腦電，進一步明確了下丘腦為醒覺中樞。有研究結果顯示，下丘腦可分泌Orexin、組胺、多巴胺、5-羥色胺、去甲腎上腺素、乙酰膽堿、谷氨酸及天門冬氨酸等興奮性神經遞質。其中，Orexin可與其他醒覺神經遞質相互聯系，通過神經纖維投射至腦干(如結節乳頭核、藍斑和5-羥色胺能背中縫)、丘腦、皮質等部位調控醒覺[5]。

2 Orexin及其受體在睡眠-覺醒系統中的作用

大量研究[8]發現，Orexin主要位于下丘腦外側、背側和彎窿區，被稱為下丘腦的“覺醒啟動區”。其相關證據如下：①下丘腦源性Orexin和組胺相互協同維持醒覺：組織學研究發現兩種神經元有直接的突觸聯系；生理學研究證實，組胺H1受體拮抗劑可阻斷Orexin-A的促覺醒效應，Orexin-A也可增加下丘腦結節乳頭體核和皮層的組胺釋放；電生理學實驗發現，Orexin能夠興奮分離的組胺能神經元[5]。②含有Orexin的神經纖維投射至除小腦以外的整個中樞神經系統，如大腦皮層、下丘腦、邊緣系統、腦干、藍斑核和脊髓等部位，在以上神經投射通路中，Orexin神經元與膽堿能、腎上腺素能、5-羥色胺能、血清素能、多巴胺能和組胺能神經元相互調節，并直接投射到皮質共同維持覺醒[2, 4]。③研究發現，OX1R和OX2R兩種受體的mRNA分布部分重疊，大部分存在差異且互補式地分布于醒覺相關腦區，包括丘腦核、下丘腦弓狀核、中縫核、結節乳頭核和藍斑等。因此，下丘腦源性Orexin與單胺類神經元相互作用，并通過神經纖維投射至表達其受體的醒覺相關腦區，形成ARAS特定的神經元通路，為其調控睡眠-覺醒提供了解剖學證據[9]。

Orexin及其受體在睡眠-覺醒神經網絡調節中發揮重要作用。許多證據表明，Orexin信號被破壞可引發小鼠、狗和人類的發作性睡病，突出了其維持意識的重要作用[10]。發作性睡病患者尸檢結果提示，下丘腦前原Orexin mRNA或Orexin免疫反應神經元數量減少80%～100%，此結果與早期研究報道大約90%該病患者腦脊液中Orexin-A水平降低甚至檢測不到的結果相一致。有研究[9]結果顯示，將前原Orexin基因、Orexin神經元敲除或OX1R/OX2R雙敲除的小鼠表現為在活動時間頻繁睡眠發作和非活動時間間斷睡眠，與發作性睡病患者的癥狀具有高度相似性。此外， Orexin神經元在覺醒期間具有生理活性，并隨著運動活動增強而活性升高，在睡眠期間降低，如夜間保持清醒的松鼠、猴下丘腦內Orexin-A含量在夜間達到峰值并維持高水平[11]。

3 Orexin及其受體調節劑在睡眠-覺醒障礙治療中的應用

睡眠-覺醒障礙分為急性睡眠障礙和慢性覺醒障礙[12]。美國“全國睡眠基金會”公布，美國人口中約48%患失眠癥，其中22%為嚴重失眠，長期失眠會威脅患者生理和心理健康，增加自殺概率[13]。目前，治療睡眠-覺醒障礙手段(如多巴胺激動劑、阿片肽受體拮抗劑、膽堿能激動劑和神經刺激等)多樣，但存在療效證據不足和諸多不良反應等問題，故研發有效療法和降低不良反應的睡眠調節劑仍是神經科學界的難點[2]。近年Orexin及其受體調節劑治療急慢性睡眠-覺醒障礙的研究備受關注。

3.1 Orexin及其受體激動劑在急性睡眠-覺醒障礙治療中的應用 急性覺醒障礙是由各種原因導致大腦皮層和(或)腦干網狀結構受損或功能抑制造成意識水平降低的疾患，如急性創傷性腦損傷(TBI)和急性酒精中毒等[14]。研究[15]證實，Orexin缺乏或者Orexin神經元被破壞可引起意識障礙，如重型TBI主要集中在下丘腦和中腦，可導致患者腦部Orexin神經元顯著喪失，意識水平下降。此外，炎癥反應在中樞神經損傷病理發展中亦起著重要作用。研究[16]證明，中樞炎癥產生的腫瘤壞死因子α可抑制Orexin活性，說明中樞損傷性炎癥—促炎因子-Orexin通路也可能導致意識障礙。

各種急性覺醒障礙常用一些共通的促醒療法。其中，Orexin及其受體激動劑被證實為有效的促醒療法。腦室內直接注射Orexin-A可促醒，使用多巴胺及谷氨酸也可激活部分Orexin神經元以促醒[14,17]。基于光遺傳學的光控技術可特異性活化Orexin神經元，進而促使動物從睡眠向覺醒狀態轉換[18]。另有研究[19]證實，腦室微量注射Orexin-A也能縮短急性酒精中毒大鼠的昏迷時間，其作用機制是Orexin促使前額皮層神經元放電，并通過激活組胺能、去甲腎上腺素能和血清素能系統參與Orexin的興奮作用，從而促進覺醒。Cooper等[20]發現，右正中神經刺激(內關穴)可一定程度改善急性、亞急性和慢性昏迷患者的昏迷程度 。之后，Feng等[17]發現，正中神經刺激可上調TBI昏迷大鼠前額葉皮質中Orexin-A以及OX1R蛋白的表達，且OX1R在前額皮層和藍斑中表達量最高，提示Orexin系統可能是正中神經刺激促醒的重要通路。此外，研究[21]證實直接鼻內補充體內缺乏的Orexin或給予OX2R激動劑可治療嗜睡癥/猝倒癥。

3.2 Orexin受體拮抗劑在慢性睡眠-覺醒障礙治療中的應用 慢性覺醒障礙的分型雖仍未明確區分，但在《國際睡眠疾病分類第三版》(ICSD 3)指南中，將所有原發性和繼發性失眠合并診斷為慢性失眠，如原發性失眠、繼發性睡眠障礙、晝夜節律睡眠覺醒障礙、發作性睡病等[12]。其中，失眠是另一大類慢性覺醒障礙疾患，傳統藥物GABA-A受體激動劑、鎮靜抗抑郁藥和褪黑素受體激動劑雖能在一定程度上改善失眠癥狀，但存在諸多不良反應[2]。近年Orexin受體拮抗劑作為新型抗失眠藥物已開展諸多基礎和臨床研究。

目前，多個Orexin受體拮抗劑已用于治療慢性失眠。OX2R受體拮抗劑(MK-3697、MK1064)可改善快速眼球運動(REM)睡眠，在大鼠和狗口服MK-3697實驗中，其能有效減少覺醒及增加慢波睡眠時間，并已應用于Ⅱ期臨床試驗；Merck公司近期公布MK-1064及MK-3697已成為臨床治療慢性失眠備選藥物[22,23]。JNJ42847922可顯著延長REM及慢速眼球運動睡眠(NREM)的睡眠時間，已被鑒定為治療失眠的臨床備選藥物，目前應用于Ⅱ期臨床試驗[24]。研究證實，雙重Orexin受體拮抗劑(針對OX1R和OX2R)較單Orexin受體拮抗劑(主要針對OX2R)具有更好的促睡眠作用。默克公司研發的suvorexant(MK-4305)已于2014年被美國食品藥品監督管理局批準上市，目前已在美國和日本被批準用于治療成年人失眠癥；它能通過血腦屏障且與OX2R高效結合后促進睡眠，可有效增加健康人群總體睡眠時間和提高睡眠質量，可縮短失眠患者睡眠潛伏期和增加總體睡眠時間[25,26]。研究[27,28]報道，Orexin調節劑潛在的不良作用較少，故其在上述睡眠-覺醒障礙疾病中具有極大的發展潛力。

綜上所述，Orexin在睡眠-覺醒系統中發揮重要作用，Orexin受體調節劑可用于治療急慢性睡眠-覺醒障礙。隨著相關研究日趨深入，期待開發越來越多Orexin系統相關的新型藥物和療法應用于急慢性睡眠-覺醒障礙的臨床治療。