sigma-1受體生物學研究進展及對其與神經精神系統疾病關系的最新認識

曹丹旎，吳 寧，李 錦

（軍事科學院軍事醫學研究院毒物藥物研究所，北京 100850）

隨著社會的進步、醫療水平的提高、生活環境和習慣的改變以及健康概念的更新，人類疾病譜發生了2次重大變化。第1次是從以鼠疫、霍亂、天花等烈性傳染病為代表的傳染病時代轉化為以高血壓、冠心病、糖尿病和腫瘤等疾病為代表的慢性軀體疾病時代；第2次是從慢性軀體疾病時代逐漸轉化為今天的以抑郁癥、焦慮障礙、精神分裂癥、老年癡呆和藥物成癮等疾病為代表的神經精神疾病時代。疾病譜的改變必然引起生物學、藥學和醫學等與疾病預防、診斷和治療密切相關的一級學科發生重大變化。在人類處于神經精神疾病時代的今天，面臨的前所未有的巨大挑戰是已有的神經精神疾病發病率不斷攀升，且新的神經精神疾病時有出現。而神經精神疾病的發病機制研究嚴重滯后，臨床治療效果遠不能令人滿意。迄今為止，尚無一種神經精神疾病的發病機制被闡明，導致有效的醫學干預手段嚴重匱乏。在近半個世紀，特別是近20年來，為了擺脫上述尷尬局面，人們在神經精神疾病治療的潛在靶標研究方面投入了巨大的熱情和精力。sigma受體（sigma receptor，SAR）就是在上述大背景下發現的一個與眾不同、具有抗神經精神系統疾病潛能的重要分子。本文對近年來1型SAR（sigma-1 receptor，SA1R）生物學研究的最新進展及其與神經精神疾病關系的最新認識予以綜述。

1 SAR及其亞型的發現

人們早就知道苯并嗎啡烷類化合物——消旋-N-丙烯去甲美他佐辛〔（±）-SKF-10047〕能與不同亞型阿片受體（μ-和κ-阿片受體）結合，并產生顯著的特征性精神活性。令人意外的是，人們偶然研究發現（±）-SKF-10047也能通過與一種特殊的未知蛋白分子發生相互作用，產生與（±）-SKF-10047激活阿片受體生物學效應極為類似的精神活性。據此推測，既然同一個化合物能通過不同的作用靶點產生類似的生物學活性，那么這些被作用的不同的靶分子之間很可能存在某種內在關聯。因此，1976年，Martin等[1]認為該未知蛋白分子可能是阿片受體家族中的一個新成員（新的阿片受體亞型），并首次將其命名為sigma阿片受體。在此之后，人們對由（±）-SKF-10047異構體拆分得到的左旋-N-丙烯去甲美他佐辛〔（-）-SKF-10047〕和右旋-N-丙烯去甲美他佐辛〔（+）-SKF-10047〕開展了藥理學和動物行為學研究，獲得的研究結果使人們認識到之所以（±）-SKF-10047既能與μ-和κ-阿片受體結合，又能與sigma阿片受體結合，是因為（±）-SKF-10047中的（-）-SKF-10047能與μ-和κ-阿片受體結合，但不能與sigma阿片受體結合；而（+）-SKF-10047則只能與sigma阿片受體結合，卻不能與μ-和κ-阿片受體結合[2]。該實驗結果提示，sigma阿片受體有可能并不屬于阿片受體家族。進一步研究發現，非選擇性阿片受體阻斷劑納曲酮可競爭性抑制（-）-SKF-10047與阿片受體結合，卻不能抑制（+）-SKF-10047與sigma阿片受體結合[3]。該結果使人們相信sigma阿片受體的確不屬于阿片受體家族，而是一類新的受體分子。出于對前人研究工作的尊重，1982年在保留sigma的情況下，去除了“阿片”2個字，將此蛋白分子重新命名為SAR。至此，SAR的概念被提了出來。

根據對配體的選擇性不同、分子質量的差異及其生物效應的不同，SAR被分為SA1R和SA2R 2個亞型[4]。兩者具有不同的分子質量，調控不同的細胞功能和生理功能。SA1R對（+）-（1S，5S，9S）-苯并嗎啡烷而不是（-）-（1R，5R，9R）-苯并嗎啡烷具有較高的親和力，而SA2R對（-）-（1R，5R，9R）-和（+）-（1S，5S，9S）-苯并嗎啡烷具有相同程度的高親和力[5]。SA1R在1996年被成功克隆[6]。

雖然SA1R亦被稱為非阿片細胞內受體1，但實際上SA1R不能算是純粹的經典意義上的一種受體，而是一種少見的具有某些受體特征（其功能受特異性配體調控）、主要定位于內質網膜特別是內質網線粒體相關膜上的一種與眾不同的分子伴侶蛋白[7]。已有研究表明，SA1R發揮生物學作用可能主要通過3種機制。①分子伴侶作用機制。SA1R可與受其調控的蛋白分子（靶蛋白），如離子通道、受體、激酶、代謝酶、轉運體和其他分子伴侶蛋白等發生蛋白-蛋白相互作用，從而形成3類有生物活性的蛋白-蛋白復合物，即具有特定生物學活性的復合物、保證靶蛋白在細胞內轉運和精確定位的復合物及提高靶蛋白穩定性的復合物。②受體樣作用機制。SA1R能被其配體激活或阻斷，通過興奮或抑制其受體后信號通路發揮調節細胞生物學功能的作用。③分子伴侶-受體混合機制。在SA1R和某些受其調控的靶蛋白發生蛋白-蛋白相互作用時表現出明顯的SA1R配體依賴性，即SA1R在與某些受其調控的靶蛋白發生蛋白-蛋白相互作用之前必須預先在配體作用下使SA1R立體空間構象發生適應性改變。

對SA1R的近半個世紀的研究發現，SA1R通過上述3種生物學機制對細胞的離子通道功能、G蛋白偶聯受體功能、蛋白質表達和表達后修飾及細胞內轉運、內質網-線粒體通訊、脂質代謝、線粒體功能、細胞自噬和細胞存活等多種細胞功能具有重要調控作用；與神經退行性疾病、缺血性腦損傷、腫瘤、慢性神經痛、眼底病、藥物成癮、抑郁癥等情感障礙性疾病、精神分裂癥、急性腦外傷和新型冠狀病毒感染的肺炎等多種疾病的病理生理過程相關。大多數學者認為，SA1R可能是一個針對多種疾病、有特色的潛在治療靶點[7]。

2 SA1R生物學研究進展

自SA1R被成功克隆之后，眾多實驗室對其遺傳學、蛋白質結構、亞細胞定位及其生物學功能、配體結合位點、與受其調控的靶蛋白發生相互作用的結構基礎及其在組織器官的分布等開展了大量卓有成效的研究，對其分子特征及相關問題的認識取得了巨大進步。但必須指出的是，在SA1R分子特征研究領域還存在許多不甚清楚的問題，已取得的實驗結果之間還存在著相互矛盾的現象。

2.1 SA1R遺傳學、分子結構和分布

2.1.1 遺傳學特征

SA1R是一類由SIGMAR1基因編碼、分布廣泛、功能多樣、具有某些受體生物學特征的分子伴侶蛋白。人SIGMAR1基因定位在9號染色體的短臂13區3帶，由約7000個堿基對組成，含有4個外顯子和3個內含子。其中，外顯子1由207個核苷酸組成（翻譯起始位點前有56個核苷酸的5′-非編碼區），編碼50個氨基酸殘基；外顯子2由201個核苷酸組成，編碼67個氨基酸殘基；外顯子3由93個核苷酸組成，編碼31個氨基酸殘基；外顯子4由1132個核苷酸組成（包含907個核苷酸的3′-非編碼區），編碼75個氨基酸殘基[8]。

2.1.2 分子結構特征

對SA1R的分子結構特征研究始于用特異性SA1R標記探針〔（+）-[3H]-噴他佐辛，pentazocine，鎮痛新〕技術從豚鼠肝中成功克隆得到SA1R配體結合蛋白[6]。在此基礎上，利用SA1R激動劑（+）-[3H]-噴他佐辛標記的SA1R結合位點放射性失活技術確定SA1R的分子質量為（24±2）ku。之后，用寡核苷酸降解和cDNA文庫篩選技術從豚鼠肝cDNA文庫中成功克隆SA1R的cDNA，從豚鼠肝中分離純化得到SA1R蛋白。最早的人源SA1R是從人胎盤絨毛膜上皮癌細胞cDNA文庫中克隆獲得的[9]，隨后人們又成功克隆了小鼠和大鼠SA1R[10-11]。研究發現，不同種屬的SA1R均由223個氨基酸殘基構成，氨基酸序列一致性≥87%，提示SA1R在進化上的保守性。人、豚鼠和大鼠SA1R的cDNA分子中均包含polyA尾和上游的聚腺苷酸信號（AATAAA）。位于SA1R N端的8肽（蛋氨酸-脯氨酸-色氨酸-丙氨酸-纈氨酸-甘氨酸-精氨酸-精氨酸）參與調控SA1R的內質網定位，構成SA1R與配體的結合位點[9，11]。進一步的分子結構分析還發現，其中位于末位的2個精氨酸殘基組成的結構域在確保SA1R錨定于內質網膜上發揮最為關鍵的作用[12]。在人T淋巴瘤細胞Jurkat細胞中發現，缺失SA1R基因的第3外顯子使SA1R突變體喪失與配體結合的能力[13]。

SA1R之所以對眾多細胞的生理功能和病理生理過程具有重要而廣泛的調控作用，能成為一個既不同于典型分子伴侶蛋白又不同于經典意義上受體的特殊生物活性分子，重要原因之一是其既能通過分子伴侶機制又能通過受體配體相互作用機制發揮其生物學活性。SA1R之所以具備上述雙重作用機制，最重要的分子結構基礎之一是其分子中具有跨膜結構域，使之能定位于細胞膜和特定的細胞器膜（內質網膜）上[14]。因此，深入研究SA1R跨膜結構域構成及其拓撲結構特點對全面認識SA1R具有重要意義。通過大量研究工作，研究人員先后建立了3個用于展示SA1R跨膜結構域構成及其拓撲結構特點的模型。最早建立的模型是單跨膜拓撲結構模型[6，9]，是以定位于內質網膜上的SA1R為研究對象建立的。在此模型中，N端較短，位于內質網膜外側，朝向細胞質；C端較長，位于內質網膜內側，朝向內質網腔。研究發現，人和大鼠SA1R的跨膜結構域由第 92～112 位氨基酸殘基構成[9，11]，豚鼠SA1R的跨膜結構域則由第11～29位氨基酸殘基構成[6]，提示不同種屬SA1R的跨膜結構域長度和位置存在差異。此后建立的第2個模型是雙跨膜拓撲結構模型[15]，是以定位于細胞膜上的SA1R為研究對象建立的。該模型顯示，在全長SA1R分子中有2個跨膜結構域，2個跨膜結構域之間有1個位于細胞膜外側、由約50個氨基酸殘基構成的環狀結構，其N端和C端均位于細胞膜內側，朝向細胞質，分別由約10和125個氨基酸殘基構成。第3個模型是利用生物化學和晶體學技術，以定位于內質網膜上的SA1R三聚體為研究對象建立的三聚體晶體跨膜拓撲結構模型[16]。該模型顯示構成三聚體的每個SA1R單體均有1個跨膜結構域，由第9～30位氨基酸殘基構成；C端長且互相纏繞，位于內質網膜內側，朝向內質網腔；N端短，位于內質網膜外側，朝向細胞質。然而需要指出的是，到目前為止，在此研究領域中有些研究結果明顯不一致甚至相互矛盾，究其原因可能與所用的研究技術不同、所用的SA1R亞細胞定位（細胞膜或內質網膜）不同或其他未知的因素相關。因此，為準確解析SA1R跨膜的生物學特點和分子結構基礎，還需更深入研究。

有研究發現，SA1R能以單體、二聚體、三聚體甚至多元寡聚體形式存在[17]，SA1R只有在形成寡聚體后才能與配體相互作用[18]。在SA1R激動劑作用下，SA1R傾向于去寡聚化；而在拮抗劑作用下，SA1R傾向于寡聚化[19]。親和標記成像技術證明了SA1R二聚體和寡聚體的存在。SA1R形成二聚化和寡聚化的核心分子結構與2段氨基酸殘基序列密切相關：一個是由第2外顯子編碼、位于第2個跨膜結構域中的第87～91位氨基酸殘基構成的5肽序列（甘氨酸-X-X-X-甘氨酸）；另一個也是由第2外顯子編碼、位于上述核心序列的下游，由第108～112位氨基酸殘基構成的5肽序列（甘氨酸-X-X-X-甘氨酸）[20]。利用熒光共振能量轉移光譜測定技術分析COS-7細胞中異源表達的SA1R，發現SA1R激動劑（+）-噴他佐辛處理1 h后SA1R多以單體或二聚體形式存在；而用SA1R拮抗劑氟哌啶醇處理1 h，SA1R則多以多個SA1R組成的寡聚體形式存在[21]。利用排阻色譜與多角度光散射分析聯用（SEC-MALS）和非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳分析技術研究發現，SA1R寡聚體大小分布范圍從3～8聚體不等[18，22]。雖然上述研究均提示配體調控下發生的SA1R寡聚化改變可能是配體調控SA1R功能的一個重要特點，但SA1R寡聚化的分子機制及不同的寡聚化形式與其功能的關系尚不清楚。

SA1R不同于一般意義上的分子伴侶蛋白，其最顯著的生物學特點是能與內、外源性配體發生相互作用，從而被激活或抑制，發揮對細胞功能的調控。因此，在SA1R分子結構中一定存在配體結合位點。深入研究SA1R的配體結合位點，不但對研究SA1R激活和失活的結構生物學基礎至關重要，而且對闡明配體與SA1R之間相互作用的選擇性、親和力和作用性質具有重要意義，是設計合成高選擇性和高親和力配體的重要生物學基礎。早期利用點突變技術研究發現，分別由第3和第4外顯子編碼的第126位天冬氨酸殘基和第172位谷氨酸殘基是SA1R與配體高親和力結合的關鍵氨基酸位點[23]。另有研究發現，SA1R分子中具有一段由第176～203位氨基酸殘基構成的親水片段，在這個親水片段中又包含1個具有亮氨酸/纈氨酸-X-X-X-XX-酪氨酸-X-X-X-X-X-賴氨酸/精氨酸殘基構成的保守序列，此序列構成了SA1R與膽固醇結合的位點。此研究還發現，在上述保守序列中第173位酪氨酸殘基對SA1R與膽固醇結合最為重要[24]。隨后利用放射性碘標記光敏探針技術研究表明，在SA1R分子中有2個類固醇結合位點，分別被命名為SBLD-Ⅰ（由第91～109位氨基酸殘基構成）和SBLD-Ⅱ（由第176～194位氨基酸殘基構成）。進一步研究表明，這2個序列不但能使SA1R與類固醇結合，而且由這2個空間位置上非常接近的序列并列形成了1個重要的SA1R配體結合位點。此外，此位點還可能與脂質筏重塑相關，參與細胞內脂質輸運[25]。對SA1R蛋白開展三維構象研究獲得的實驗結果支持了上述發現，并提出在SA1R蛋白C端存在多個β片段，分別由第111～116位、第133～135位、第144～146位和第158～164位氨基酸殘基構成。這些β片段可能與SA1R與配體結合及SA1R與受其調控的靶蛋白發生蛋白-蛋白相互作用（分子伴侶作用）相關。SA1R晶體學研究還提供證據證明，在SA1R分子中由高度保守的第172位谷氨酸殘基和（或）第126位天冬氨酸殘基形成了2個負電荷位點，這可能是保證SA1R通過離子鍵與帶有正電荷的SA1R配體發生相互作用的新途徑[16]。

2.1.3 組織器官分布和亞細胞定位

SA1R的分布有2種情況，即SA1R分布的位置性質和SA1R本身的分子特征。前者可分為組織器官分布、細胞分布和亞細胞定位；后者則分為SA1R全長分布和SA1R剪接體分布。下面只介紹其組織器官分布和亞細胞定位。

2.1.3.1 組織器官分布

采用RNA印跡、RNA原位雜交和免疫組化等技術在動物和人體開展的大量研究表明，除骨骼外，SA1R幾乎在機體所有組織器官中均有表達，如心、肝、腦、胎盤、胸腺、肺、腎、胃、小腸、肌肉、腎上腺、脾、睪丸和胰腺等[6，9-11，26]。然而在各組織器官中SA1R mRNA和蛋白的表達水平并不一致，如SA1RmRNA在腦、胃、肝、腎上腺和睪丸等呈中等程度表達，但SA1R蛋白在腦、脊髓和外周神經表達最高，在肝和腎上腺等表達較少[26-28]。在中樞神經系統，SA1R分布廣泛，高表達于前額葉皮質、海馬、紋狀體和下丘腦，其次是小腦、中縫背核、藍斑和嗅球等腦區的神經元和膠質細胞（星形膠質細胞、少突膠質細胞和室管膜細胞）[26-28]。此外，SA1R在脊髓星形膠質細胞、背根神經節和大鼠坐骨神經施旺細胞也均有分布[28]。盡管SA1R分布如此廣泛，但迄今為止，有關其病理生理作用的研究主要集中于神經元、心肌細胞、腎和視網膜系統。

2.1.3.2 亞細胞定位

過去40余年的大量研究發現，SA1R的亞細胞定位常因組織器官、細胞類型和細胞功能狀態的不同而異。造成前兩者差異的原因一方面可能與不同組織器官和不同細胞類型需執行的生理功能和生化過程不同有關，另一方面可能與SA1R對不同組織器官和不同類型細胞需發揮的調控作用不同有關；而后者則可能是因為細胞處于不同狀態時SA1R發生了遷移和重定位。早期在人類免疫細胞上的研究發現，SA1R可表達于內質網膜和細胞核膜上[29]。隨后，通過大量的實驗研究，在離體培養CHO細胞上觀察到SA1R可表達于內質網線粒體相關膜上和細胞膜上[30]。上述表達于細胞膜上的SA1R對離子通道功能具有調控作用，如表達于人類免疫細胞膜上的SA1R對Kv1.4鉀通道功能具有負性調控作用。利用免疫電鏡技術對多種組織細胞開展的大量研究顯示，SA1R亞細胞定位因細胞和器官類型不同而異[31]。例如，在視網膜感光細胞中SA1R可表達于細胞核膜，而在內質網膜和細胞膜上均未觀察到有SA1R的表達。在小鼠運動神經元樣NSC34細胞上觀察到SA1R表達于核漿網膜和核膜，也未觀察到在內質網膜和細胞膜上有SA1R表達[32]。利用放射自顯影和免疫組織化學技術在大鼠肝中發現SA1R能表達在線粒體膜上。配體受體結合實驗結果顯示，大鼠肝或腦組織線粒體膜上均表達SA1R激動劑（+）-噴他佐辛結合位點，但肝組織線粒體膜上的SA1R對（+）-噴他佐辛的親和力較腦線粒體膜上的SA1R高15倍；進一步通過檢測單胺氧化酶（線粒體外膜標志物）和細胞色素c氧化酶（線粒體內膜標志物）活性發現，SA1R表達于大鼠肝線粒體外膜上（胞漿一側）。利用SA1R和特異性肝細胞線粒體生物標志物免疫共染技術研究發現，SA1R的確表達在線粒體膜上[33]。盡管關于SA1R亞細胞定位的研究結果有較大的差別，但總體上可得出如下結論：利用不同的研究技術在多種細胞中發現SA1R在內質網線粒體相關膜、細胞膜、內質網膜、線粒體膜、核膜、核漿網膜或細胞膜內表面囊泡膜等一個或多個亞細胞部位存在，提示SA1R亞細胞分布的復雜性。

2.2 SA1R的基本功能

如上所述，SA1R主要通過2個途徑，即蛋白-蛋白相互作用（分子伴侶機制）和SA1R-配體相互作用（受體作用機制），影響下游生物活性分子的功能，并進一步影響細胞的生理功能和生化過程，最終對細胞功能產生影響。令人遺憾的是，迄今人們對有關SA1R-配體相互作用機制研究較少。本文把SA1R通過該2途徑影響細胞生理功能和生化過程定義為SA1R的基本功能，而把最終導致的細胞功能改變定義為SA1R對細胞功能的影響。本部分主要介紹SA1R通過蛋白-蛋白相互作用調節細胞生理功能和生化過程及有關受體機制的研究進展。

2.2.1 與離子通道蛋白的相互作用

SA1R通過與Kv1.2等多種離子通道發生蛋白-蛋白相互作用而下調離子通道功能或上調離子通道在細胞膜上的表達[34]。大量研究發現，SA1R也能抑制Kv1.3，Kv1.4和Kv1.5鉀離子通道功能[35]，調節Kv2.1鉀通道功能，抑制L-型和N-型電壓門控鈣通道介導的鈣內流[36]，抑制 Nav1.2，Nav1.4 和Nav1.5電壓門控鈉通道電流[37]，調控hERG鉀通道膜表達[38]，抑制酸敏感離子通道功能[39]。SA1R還能通過在內質網鈣耗竭時抑制胞外鈣離子內流、抑制和調控離子通道（特別是電壓門控型離子通道）功能，這是SA1R調控細胞功能的一條重要機制，與細胞興奮性、突觸間神經傳遞、線粒體功能、細胞內質網應激、細胞自噬、細胞保護以及細胞遷移、增殖和分裂等細胞功能密切相關[40]。

2.2.2 與G蛋白偶聯受體和單胺轉運體的相互作用

SA1R也能與多種G蛋白偶聯受體發生蛋白-蛋白相互作用。已發現的能與SA1R發生相互作用的G蛋白偶聯受體至少包括阿片受體[41]、促腎上腺皮質激素釋放素受體、瘦素受體、促生長激素分泌素受體、大麻素1型受體[42]、膽堿M2受體[43]、多巴胺D1受體和D2受體[44]等。但是，關于SA1R與這些G蛋白偶聯受體發生蛋白-蛋白相互作用后對受體的表達、與配體的親和力、內在活性及受體后信號轉導過程有何影響的研究非常少。僅有個別研究報道SA1R與阿片受體發生相互作用而影響阿片受體信號轉導，但不影響阿片受體與配體結合；此外，SA1R激動劑通過影響多巴胺轉運體的結構，促進多巴胺轉運體與配體結合，通過抑制多巴胺轉運體功能及上調鈣信號促進精神興奮劑介導的多巴胺釋放[22]。

2.2.3 與血漿蛋白的相互作用

SA1R還能與血漿中的蛋白質發生蛋白-蛋白相互作用。用人乳腺癌細胞系MDA-MB-231研究發現，SA1R能與血漿中的整合素β-1-SKF-10047（SA1R激動劑）復合物發生相互作用，從而降低血細胞的黏附性及其與膽固醇的結合能力[24]。這些作用可能對缺血性心腦血管疾病有利。有研究發現，因為可卡因對SA1R拮抗劑或SA1R siRNA敏感，可卡因促進血小板衍生生長因子BB表達的作用呈SA1R依賴性[45]。此外，SA1R還能與白細胞介素24[46]、組氨酸三核苷酸結合蛋白1和鋅指蛋白179發生蛋白-蛋白相互作用但該相互作用的功能有待進一步研究。

2.2.4 與線粒體功能相關蛋白的相互作用

SA1R能與線粒體類固醇激素合成急性調節蛋白和電壓依賴性陰離子通道2通過蛋白-蛋白相互作用形成復合物，從而上調線粒體代謝功能[47]。SA1R還能與Rac1發生蛋白-蛋白相互作用形成復合物，從而調控Rac1信號，引起線粒體發生輕微氧化應激反應，促進神經可塑性，預防細胞凋亡和自噬[48]。

2.2.5 與內質網蛋白的相互作用

三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）是與Gq偶聯的G蛋白偶聯受體信號轉導通路的第二信使之一。IP3一方面通過激活蛋白激酶C及其下游級聯反應引起細胞應答；另一方面還可從質膜擴散到胞質，與內質網膜上的IP3門控型鈣通道（IP3受體）結合，打開通道，使內質網中高濃度的鈣離子迅速釋放至胞漿，增加胞漿中鈣濃度，引起細胞應答。

內質網膜上有IP3受體和蘭尼堿受體表達，二者均能促進內質網內儲存鈣的釋放。SA1R通過蛋白-蛋白相互作用調控IP3受體[49]和蘭尼堿受體[50]功能，從而影響細胞內鈣濃度。研究發現，SA1R激動劑（+）-噴他佐辛和氟伏沙明（fluvoxamine）通過激活SA1R抑制蘭尼堿受體引起的心肌細胞肌漿網的鈣釋放。有證據表明，SA1R通過與IP3受體形成復合物而調控IP3受體功能時具有IP3受體亞型特異性。SA1R激動劑通過激活SA1R增加由Ⅲ型IP3受體介導的鈣釋放[51]，卻抑制由Ⅰ型IP3受體誘導的紋狀體中型多棘神經元的內質網鈣釋放[52]。

熱休克蛋白70（heat shock protein 70，Hsp70）是Hsp家族中的一員，亦屬于分子伴侶蛋白，參與機體內的應激反應，對細胞具有重要保護作用。SA1R能促進Hsp70與免疫球蛋白結合，SA1R自身也會參與其中，形成一個穩定的三分子復合物。當SA1R激動劑與此復合物中的SA1R結合后，此復合物即發生解離。SA1R還能與蘭尼堿受體及Ⅲ型IP3受體形成一個穩定的三分子復合物。此外，SA1R通過促進神經酰胺半乳糖基轉移酶降解而負性調控半乳糖神經酰胺合成。重要的是，SA1R過表達能上調肌醇依賴性激酶1α（inositol-requiring enzyme 1α，IRE1α）磷酸化，啟動剪接型X-盒結合蛋白 1（X-box binding protein 1，XBP1）表達及其細胞核定位[53]。這些改變與細胞應對內質網應激和細胞保護至關重要。此外，當SA1R敲除時IRE1α磷酸化水平升高，XBP1表達和轉移均被抑制。然而用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）處理SA1R敲除小鼠能上調IRE1α功能，提示SA1R調節IRE1α磷酸化依賴于是否有炎癥存在[54]。SA1R也能結合到細胞吞噬和運動結構域1和2上，抑制GTP酶活化蛋白功能[55]。

2.2.6 與細胞核蛋白的相互作用

研究發現，SA1R激活后能從內質網膜遷移到細胞核內或核膜上。定位于核膜上的SA1R能與多種核蛋白發生相互作用。SA1R先與核膜蛋白emerin結合形成初級復合物，在此基礎上再與核纖層蛋白A/C、自主整合屏障因子和組蛋白去乙酰化酶形成復合物；此復合物再與特殊基因阻遏蛋白3發生相互作用[56]。這些復合物的形成可能對細胞核基因復制和轉錄發揮調控作用。有研究發現，SA1R拮抗劑能阻止5α-雙氫睪酮調控的雄激素受體核轉位及其被溶酶體降解，提示SA1R對雄激素受體信號具有干擾作用。此外，由于在脊髓側索硬化癥和額顳葉癡呆患者腦內發現有過量（G4C2）-RNA重復序列存在，因此認為SA1R能穩定核孔蛋白，促進其與RNA發生相互作用。

2.2.7 對神經營養因子的調控作用

SA1R可能通過蛋白-蛋白相互作用調控包括腦源性神經營養因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）在內的多種神經營養因子的合成與分泌。用SA1R激動劑慢性處理能顯著提高小鼠海馬BDNF的表達[57]。另有研究報道，SA1R激活對大鼠B104成神經細胞瘤細胞的BDNFmRNA水平無顯著上調作用，但卻能促進翻譯后修飾，增加分泌到細胞外基質中的BDNF蛋白含量，其原因可能與定位于內質網、對成熟蛋白分子從內質網快速釋放具有重要調控作用的SA1R的微小結構域發生修飾或重塑有關[58]。此外，有報道用SA1R拮抗劑E-5842慢性處理實驗大鼠并不能影響海馬和前額葉皮質BDNFmRNA表達水平，而急性處理則表現為抑制BDNFmRNA表達[59]。產生此矛盾研究結果的原因尚不清楚。

2.3 SA1R對細胞功能的影響

2.3.1 對神經傳遞的影響

激活SA1R能上調谷氨酸和乙酰膽堿突觸神經傳遞。研究發現，低劑量SA1R激動劑能增強N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）介導的海馬CA3區錐體神經元激活和單胺類神經遞質的釋放[60]。SA1R增強NMDA對海馬錐體神經元激活的機制可能與其抑制低電導鈣激活鉀通道活化、上調NMDA受體介導的鈣電流、增加興奮性突觸后電流及上調海馬CA3區錐體神經元的反應性相關[61]。此外，SA1R易化海馬腦CA3區興奮性神經傳導的另一個機制可能與SA1R激動劑上調NMDA受體2A和2B亞基及突觸后致密蛋白95（postsynaptic density protein-95，PSD-95）等蛋白表達及增強NMDA受體功能相關。SA1R激動劑可增強NMDA受體2亞基與SA1R之間的相互作用，抑制NMDA受體2B亞基與PSD-95之間的偶聯，并增加NMDA受體向細胞膜的轉運[62]。另有研究發現，阻斷SA1R影響大鼠皮質神經末梢（突觸體）γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）和谷氨酸的再攝取，SA1R拮抗劑減少谷氨酸再攝取，但對GABA再攝取呈現劑量依賴性的倒U形曲線——低劑量SA1R拮抗劑NE-100促進GABA再攝取，但隨劑量增加再攝取率不但不會增加還會降低[63]。進一步研究發現，阻斷SA1R減少KCl和羰基氰化物4-（三氟甲氧基）苯腙誘發轉運體介導的谷氨酸釋放，減少KCl誘發的GABA和谷氨酸的胞吐[63]。

SA1R對乙酰膽堿神經傳遞的調節作用分為直接作用和間接作用。直接作用是指SA1R的激活能直接提高突觸間隙內乙酰膽堿濃度，間接作用是指SA1R通過影響NMDA受體的功能而進一步影響乙酰膽堿神經傳遞[64]。此直接作用具有腦區特異性，激活分布于海馬和前額葉皮質的SA1R，能升高細胞外乙酰膽堿的濃度，但卻降低紋狀體內細胞外乙酰膽堿濃度。SA1R通過影響IP3受體和電壓門控型鉀通道及鈣通道功能而實現對乙酰膽堿釋放的直接調節作用。

2.3.2 對神經突起生長的影響

SA1R對軸突生長具有調控作用。5-羥色胺重攝取抑制劑和SA1R反向激動劑舍曲林（sertraline）抑制神經生長因子誘導的PC12細胞突起生長，此作用可被SA1R激動劑或拮抗劑所取消，提示SA1R反向激動劑可能具有抗抑郁作用[65]。另一方面，5-羥色胺重攝取抑制劑和SA1R激動劑氟伏沙明能夠加強神經生長因子誘導的神經突起生長，此加強作用可被地塞米松取消。地塞米松的作用可能與改變SA1R功能和恢復已破壞的絲/蘇氨酸蛋白激酶Akt磷酸化功能平衡相關[66]。與上述發現類似，SA1R激動劑二苯胺鹽（dipentylammonium）也能促進神經突起的生長，抑制谷氨酸興奮性毒性、海馬HT22細胞NF-κB激活及多巴胺引起的過表達淀粉樣前體蛋白瑞典突變株的N2a細胞死亡，此作用可能與SA1R增加ATP生成有關[67]。

2.3.3 神經保護作用

SA1R具有神經元保護作用。SA1R的神經元保護作用與其定位于內質網、穩定IP3受體、抑制內質網應激和調控鈣信號等作用相關。在上述作用的基礎上，最終通過維持內質網-線粒體鈣信號正常、防止線粒體泄露和異常線粒體代謝過程而實現神經保護。此外，SA1R激動劑通過激活神經元中的SA1R而抑制谷氨酸、魚藤酮毒素、寡霉素和NMDA等引起的神經毒性而發揮神經保護作用[68]。

SA1R激動劑N，N-二甲色胺（N，N-dimethyltryptamine）能夠預防缺血損傷引起的細胞凋亡，提示該化合物對氧化應激所引起的細胞死亡具有抑制作用。在缺血后3～48 h給予SA1R激動劑去氫表雄酮（dehydroepiandrosterone，DHEA）具有顯著的認知保護作用。然而，在缺血過程中或再灌注早期使用該藥物則表現出神經毒性，推測在此時間窗內該化合物能通過上調NMDA受體功能和導致鈣超載而誘導神經毒性。DHEA的神經保護機制可能依賴于SA1R抑制NMDA受體激活引起的一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）活性異常升高、NO生成減少、磷脂酰肌醇3和抗細胞凋亡Bcl-2蛋白水平增加、谷氨酸轉運體功能和細胞外信號調節 激 酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）功能上調。另外，利用SA1R激動劑（+）-噴他佐辛的神經保護作用來治療視網膜病變時給藥時間的選擇至關重要。對于視神經炎模型鼠——Pde6βrd10/J（rd10）小鼠，只有在出生后第14天給予（+）-噴他佐辛有效，而在第18，21和24天給藥均無神經保護作用[69]。此SA1R介導的神經保護作用的神經生物學機制可能與其抑制能誘發氧化應激反應的miR-214-3p在視網膜表達相關。

在決定細胞存活相關信號轉導通路中SA1R是一個重要節點。內質網應激發生時，SA1R能增加IRE1在抗線粒體抗體上的穩定性[70]。過表達SA1R能保護神經元免受內質網應激引起的細胞損傷；反之，下調SA1R表達可引起細胞凋亡。在肝細胞缺血和心肌細胞肥大2種情況下均可觀察到SA1R激動劑的細胞保護作用。在肝細胞缺血實驗中，SA1R的細胞保護作用與其抑制肝細胞內相關酶分子外溢、增強肝細胞代謝能力和上調ATP產量相關。在心肌細胞肥大實驗中，SA1R的心肌細胞保護作用則可能與恢復線粒體鈣動員和上調ATP合成量相關。

SA1R被激活后能上調抗凋亡基因Bcl-2的表達，因此SA1R在線粒體源性細胞凋亡中也扮演重要角色[71]。在大鼠原代培養的皮質神經元上發現，SA1R激動劑具有對抗β淀粉樣蛋白片段25-35（β-Amyloid 25-35，Aβ25-35）神經毒性的作用，使死亡細胞數減少[72]。此外，SA1R拮抗劑能消除美金剛的神經元保護作用[73]。抗焦慮藥afobazole通過激活SA1R，抑制缺血和酸中毒引起的鈣超載而發揮神經元保護作用[74]；該抗焦慮藥還能在離體急性缺血過程中或之后抑制小膠質細胞激活，降低其對ATP反應性[75]。提示激活SA1R能通過抑制小膠質細胞活化而發揮神經元保護作用。

2.3.4 對氧化應激的影響

在整體動物實驗中研究發現，SA1R基因敲除小鼠氧化應激水平升高；在過表達SA1R的離體細胞實驗中研究發現，SA1R激動劑降低而拮抗劑升高氧化應激水平。同時還發現，SA1R能激活抗氧化應激反應元件、上調NAD（P）H醌脫氫酶1和超氧化物歧化酶mRNA表達水平[76]。另有研究發現，激活視網膜Müller細胞的SA1R能通過提高核因子E2相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）信號通路功能而減少活性氧（reactive oxygen species，ROS）產生，缺失SA1R的視網膜Müller細胞ROS水平則上調[77]。此外，SA1R激動劑（+）-噴他佐辛能抑制LPS引起的ROS水平上調。具有乙酰膽堿酯酶抑制活性的SA1R功能調節劑能抑制SH-SY5Y人神經母細胞瘤細胞中ROS產生[78]。SA1R激活能破壞PSD-95和神經元型NOS復合物的形成，引起NO減少。在脊髓和腦神經元線粒體中的研究發現，SA1R激活能引起ROS含量升高。在正常生理條件下，SA1R激動劑通過影響線粒體內ROS產量而調節氧化應激反應。在諸如Aβ引起的應激反應等病理條件下，SA1R激活能恢復線粒體復合物Ⅰ和Ⅳ的生理功能，從而減少ROS產生[79]。

2.3.5 對神經炎癥的影響

有研究發現，表達在小膠質細胞上的SA1R負性調控小膠質細胞的激活，抑制炎癥反應[80]。在小膠質細胞離體實驗中研究發現，LPS預處理能通過激活Toll樣受體4/轉化生長因子β激活激酶1/p38絲裂原活化蛋白激酶通路和激活組蛋白去乙酰化酶而顯著下調SA1R在小膠質細胞中的表達，提示LPS誘發神經炎癥反應可能與下調SA1R功能相關，而SA1R可能具有抗神經炎癥反應的作用。另一項研究發現，SA1R激動劑（+）-噴他佐辛能抑制腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素10、單核細胞趨化因子1的表達和NO的釋放，抑制LPS引起的ERK和c-Jun N端激酶信號通路激活。此外，用鼠源BV2小膠質細胞系的研究發現，SA1R激動劑SKF83959通過激活SA1R抑制LPS誘導的M1表型小膠質細胞激活，抑制促炎性細胞因子（TNF-α和白細胞介素1β）和誘導型NOS釋放。另外，在小鼠運動神經元退行性病變模型中研究發現，SA1R激活可引起具有抑炎活性的M2表型小膠質細胞數量增加[81]。SA1R激活引起的抗炎、抗氧化作用與其促進Nrf2/HO-1信號通路功能和抑制NF-κB活性相關。在體外培養的LPS誘發星形膠質細胞炎癥反應模型中研究發現，SA1R激動劑SA4503能下調誘導型NOS和TNF-α表達，上調谷胱甘肽表達。此外，SA1R激活通過抑制基質金屬蛋白酶9過表達和星形膠質細胞過度反應對缺血性腦卒中小鼠產生有益的作用。SA1R激動劑右美托咪定（dexmedetomidine）能抑制組織缺氧/再供氧通過上調TNF-α、白細胞介素6和單核細胞趨化因子1表達而引起的神經炎癥。值得一提的是，由afobazole激活的SA1R能通過調控小膠質細胞的激活而預防淀粉樣蛋白的神經毒性。

2.3.6 對異常內質網應激的影響

有研究報道了SA1R能通過對抗異常內質網應激而發揮心臟保護作用。導致心臟病變的一系列病理性應激刺激能夠引起以非折疊或錯誤折疊蛋白蓄積為特征的異常內質網應激反應。在多種細胞內，異常內質網應激刺激能上調具有應激蛋白轉錄誘導因子作用的C/EBP同源蛋白（C/EBP-homologous protein，CHOP）的表達。用 siRNA干擾技術敲減新生大鼠心室肌細胞SA1R表達能顯著增加CHOP表達，CHOP通過在心肌細胞內誘發持續性內質網應激而引起心臟毒性反應。與此相反，CHO細胞中過表達SA1R能顯著降低CHOP表達，減輕內質網應激導致的心肌細胞毒性。過表達SA1R能提高IRE1α磷酸化水平，進而上調XBP1表達和核定位、抑制CHOP表達，從而抑制內質網應激引起的心肌細胞毒性。因此，大多數學者認為SA1R在調節內質網應激反應、保護心肌細胞方面發揮重要作用[53]。

2.4 SA1R配體

盡管SA1R高水平表達于哺乳動物細胞中，但目前為止尚不清楚其內源性配體是什么。已有研究發現，二甲色胺和神經類固醇等內源性生物活性物質能激活SA1R，因此人們把這2個化合物認為是SA1R的候選內源性配體[82]。此外，SA1R能與多種不同化學結構的外源性化學物質（藥物）結合，此類藥物往往具有不同治療學和藥理學特征[83]。

在有關SA1R外源性配體研究領域最大的難題是如何建立一個理想的篩選體系，以便能準確、快速、高效的確定一個化合物是否能與SA1R發生特異相互作用、相互作用的強度和相互作用的性質（激動或拮抗）。要達成此目的，前提是找到能準確和特異反映SA1R生物學特征的指標。雖然人們在離體和整體水平做了大量研究工作，但結果仍不令人滿意，主要表現在2個方面：一是所觀察的生物學指標對SA1R特異性不夠強，二是以SA1R下游分子變化為指標難以滿足高通量篩選的要求[84]。鑒于以上情況，多年來學術界習慣上認為SA1R激動劑應具備在動物行為學研究中能引起典型的SA1R樣作用或能引起與過表達SA1R出現的生物學效應類似的生物學效應，如促進SA1R細胞膜轉運、能與多種蛋白發生相互作用、具有神經保護作用和促進癌細胞增殖等。與此相反，SA1R拮抗劑則應表現為本身無生物學活性，卻能阻斷SA1R激活或能引起類似SA1R敲除效應[85]。

另外，由于SA1R能調控鈣信號，有人提出通過檢測鈣信號強弱變化來確定SA1R配體及其性質[86]。然而，這些方法缺乏足夠的定量精度和動態范圍來獲取準確的劑量依賴曲線。定量細胞檢測技術假設SA1R激動劑促進神經元突起生長的作用也依賴于特定的下游信號，但僅有少數SA1R激動劑具有此作用[87]。與此類似，雖然在豚鼠紋狀體研究發現激活SA1R可抑制紋狀體腦區多巴胺釋放，但激活或阻斷其他受體也可得到類似的結果，提示此技術也缺乏特異性[88]。另一個被建議采用的實驗技術是基于生物傳感器的受體熒光共振能量轉移技術（fluorescence resonance energy transfer，FRET）。研究發現，SA1R激動劑對FRET信號具有抑制作用，而拮抗劑則具有增強作用[89]。此現象的出現源于SA1R能影響寡聚化過程，SA1R拮抗劑促進寡聚化，而激動劑則抑制寡聚化[21]。然而，結構生物學研究發現激動劑和拮抗劑對SA1R結構確有影響，但影響不大[90]，所以尚不能斷定SA1R激動劑僅能穩定單體，而拮抗劑僅能穩定寡聚體。因此，現有的研究結果尚不足以鑒別SA1R的內在活性。

最通用和有較高參考價值的方法是利用ELISA檢測SA1R配體對SA1R/免疫球蛋白結合蛋白（binding immunoglobulin protein，BiP）復合物的影響，因為SA1R的激活一定會伴隨BiP的解離。此外，當將一個化合物與一個確定的SA1R激動劑聯合使用時，如果激動劑的作用被增強，那么聯合使用的化合物就可能是SA1R正性變構調節劑[91]。

值得一提的是，SA1R激動劑和拮抗劑均可影響SA1R多聚體的穩定性，減少或增加組成SA1R多聚體的SA1R數量。生物發光共振能量轉移（bioluminescence resonance energy transfer，BRET）技術可被用來分析配體引起的SA1R同源多聚化及其與BiP相互作用。SA1R拮抗劑能上調SA1R的BRET信號，而激動劑則不能。此外，基于激動劑和拮抗劑對SA1R與BiP復合物作用性質的不同，BRET技術可被用來區分SA1R激動劑和拮抗劑。

總之，上述實驗技術均不夠理想，不能非常準確地區分SA1R配體的作用性質。就多靶標化合物而言，確定其對SA1R親和力至關重要。因此，確定一個化合物是否對SA1R有親和力本身就有重要藥理學意義。如果要發現選擇性SA1R配體并確定其對SA1R的作用性質，最好使用SA1R/BiP解離檢測技術。此技術既簡便又能提供明確的結果，常用于SA1R配體篩選。

3 SA1R與神經精神系統疾病的關系

3.1 抑郁癥

研究發現，SA1R在情感障礙精神疾病，如抑郁癥的病理生理機制中扮演重要角色，其配體可能成為具有臨床前景的抗抑郁藥物[92]。此外，已知許多目前臨床使用的一線抗抑郁藥（5-羥色胺重攝取抑制劑和5-羥色胺、去甲腎上腺素重攝取抑制劑）均對SA1R有親和力，其藥理學作用的發揮可能與影響SA1R功能相關。

3.1.1 SA1R敲除對抑郁樣行為的影響

多個研究小組先后在小鼠懸尾和強迫游泳實驗上觀察了SA1R敲除對小鼠不動時間的影響，發現SA1R敲除小鼠表現出抑郁樣行為，懸尾不動時間和強迫游泳不動時間較野生型顯著延長[93]，提示下調SA1R功能可能會增加抑郁樣行為發生的易感性，SA1R可能參與抑郁癥的病理生理過程。進一步研究發現，在上述2個抑郁樣實驗模型中，SA1R敲除只引起雄性小鼠出現不動時間延長和海馬齒狀回神經元再生障礙，而雌性小鼠則不受影響；只有將SA1R敲除的雌性小鼠性腺切除后才能在上述2個實驗模型上觀察到不動時間延長和神經元再生障礙。此外，對SA1R敲除雄性小鼠給予17β-雌二醇，可在上述2個實驗模型上觀察到小鼠的抑郁樣行為被顯著逆轉[94]。這些研究提示，雌激素能預防和逆轉SA1R敲除引起的抑郁樣行為和神經元再生障礙。SA1R敲除小鼠通過影響蛋白激酶C磷酸化引起糖皮質激素受體表達減少，從而導致由糖皮質激素受體調控的負反饋機制被破壞，下丘腦-垂體-腎上腺軸長期功能亢進而引起抑郁樣行為。另有研究發現，SA1R敲除小鼠出現抑郁樣行為與神經元型NOS功能下調和NO合成減少有關，使得BLA腦區谷氨酸和GABA釋放減少，LTD不能形成，導致抑郁表型的出現[95]。SA1R敲除引起的抑郁樣行為的出現與多種機制相關。

3.1.2 SA1R配體對抑郁樣行為的影響

多個實驗室在經典的嚙齒類抑郁樣動物模型上研究發現，多種不同化學結構的SA1R激動劑均具有顯著的抗抑郁樣作用[95]。早在1996年就有研究表明，胺鹽類化合物多為SA1R配體，具有抗抑郁活性[96]。進一步研究發現，在胺鹽類化合物中以二苯胺鹽最有前景。該化合物不僅能與SA1R結合，還能與SA2R結合，在強迫游泳和懸尾實驗中均顯現出良好的抗抑郁活性。二苯胺鹽的上述抗抑郁作用能被SA1R拮抗劑BD1047所逆轉，提示SA1R激活具有抗抑郁作用[97]。最早人們認為SA1R激動劑抗抑郁作用的分子機制可能與其促進細胞外鈣內流相關，因為研究發現SA1R激動劑伊格美新（igmesine）的抗抑郁樣作用能被鈣螯合劑所取消。后續的研究進一步發現，SA1R激動劑抗抑郁樣作用不僅與促進細胞外鈣內流相關，還與強化細胞內鈣動員相關[98]。

不僅SA1R激動劑具有抗抑郁樣作用，SA1R正性變構調節劑也有抗抑郁活性。一個典型的研究是SA1R正性變構調節劑SOMCL-668能顯著降低小鼠懸尾和強迫游泳不動時間，且此作用能被SA1R拮抗劑BD1047所阻斷[99]。此外，其他研究報道了類似的結果，如SA1R正性變構調節劑OZP002也具有抗抑郁樣活性，并可增強SA1R激動劑伊格美新在亞有效劑量下的抗抑郁活性[100]。由于SA1R正性變構調節劑能引起與SA1R激動劑類似的抗抑郁作用，且此抗抑郁作用又能被SA1R拮抗劑或SA1R敲除所取消，因此人們認為OZP002等SA1R正性變構調節劑的抗抑郁活性可能是通過促進內源性SA1R配體激活SA1R發揮的。

在強迫游泳、懸尾、蔗糖偏好等抑郁模型上研究發現，實驗動物在出現抑郁樣行為同時常伴有心功能不全的表現。上述抑郁狀態可被腦室或全身給予SA1R激動劑PRE084或SA4503所逆轉[101]。進一步研究發現，上述觀察到的抑郁樣行為的改變似乎與上調糖皮質激素水平而引起海馬SA1R表達下調相關[102]。此外，慢性給予地塞米松能在引起實驗動物出現行為學、細胞生物學和分子生物學等方面產生抑郁樣改變的同時，還觀察到地塞米松預處理的小鼠出現SA1R和BDNF表達下調[103]。慢性給予SA1R激動劑氟伏沙明能很好地逆轉上述地塞米松慢性處理引起的抑郁樣改變及SA1R和BDNF表達下調。考慮到被激活的SA1R能通過進一步激活cAMP反應元件結合蛋白（cAMP responsive element binding protein，CREB）而上調BDNF表達[104]，因此認為SA1R激動劑氟伏沙明上調SA1R表達可能與其增加BDNF水平相關。

令人感興趣的是，研究發現多種不同化學結構的抗抑郁藥和具有抗抑郁作用的抗精神分裂癥藥物均能與SA1R發生相互作用并能激活SA1R[105]。進一步研究表明，上述藥物的抗抑郁作用至少部分與其激活SA1R相關。在小鼠強迫游泳實驗中發現，抗精神分裂癥藥物喹硫平（quetiapine）能顯著縮短實驗動物的不動時間，表現出抗抑郁作用；該作用能被SA1R激動劑強化、被SA1R拮抗劑抑制[106]。文拉法辛（venlafaxine）、安非他酮（bupropion）和氟伏沙明等藥物發揮的抗抑郁作用均與其激活SA1R相關。DHEA和孕烯醇酮（pregnenolone）等神經類固醇表現出的抗抑郁作用也與激活SA1R相關。將閾下劑量（無效劑量）的SA1R激動劑分別與NMDA受體阻斷劑、5-羥色胺1A受體激動劑和選擇性5-羥色胺重攝取抑制劑等聯合應用可表現出顯著的抗抑郁作用[107]。

SA1R激動劑抗抑郁作用的分子機制很可能與多條信號通路相關。大量研究顯示，激活SA1R能引起一系列分子、細胞和生物化學改變，這些改變常包括NMDA受體2A、CREB、神經生長因子和BDNF 表達上調[66，104，108-109]。SA1R 激動劑 PB190和拮抗劑PB212均能降低皮質酮（corticosterone）誘發的過氧化氫酶（與氧化應激反應相關）過度激活[110]。此結果令人不解的是為什么SA1R激動劑和拮抗劑具有如上所述的相同作用。進一步研究發現，SA1R激動劑PB190和SA1R拮抗劑PB212有一個共同作用，即對SA2R均具有較高親和力且均可激動SA2R。因此，有人認為PB190和PB212共同具有的對皮質酮上調過氧化氫酶的抑制作用有可能是通過激活SA2R實現的。在離體培養的PC12細胞實驗中研究發現氟伏沙明和DHEA通過激活SA1R能導致Akt-1磷酸化，這可能是其發揮抗抑郁作用的分子機制之一[111]。此外，氟伏沙明還可通過激活SA1R而促進應激小鼠谷氨酸能神經末梢釋放谷氨酸，有人認為此作用可能與其改善抑郁狀態下的認知功能障礙相關[112]。

與上述在懸尾和強迫游泳等行為絕望模型觀察到的實驗結果類似，在慢性不可預知溫和應激大鼠抑郁樣模型中發現SA1R激動劑也具有抗抑郁作用。慢性不可預知溫和應激大鼠通常表現出絕望（不動時間延長）和快感缺失（蔗糖飲水量減少）；SA1R激動劑SA4503或氟伏沙明慢性處理顯著降低模型動物的絕望和快感缺失行為[113]。另外，用SA1R正性變構調節劑SOMCL-668僅對動物進行1周的處理即可對慢性不可預知溫和應激模型小鼠出現的抑郁樣行為產生顯著抑制作用，機制可能與其下調糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）活性、上調BDNF表達水平相關[99]。另有研究發現，氟伏沙明通過激活SA1R和上調BDNF信號通路功能而顯著抑制鏈脲菌素所致糖尿病大鼠的抑郁樣行為[114]；在慢性不可預知溫和應激抑郁樣模型上也得到了類似的實驗結果，即長期激活SA1R能上調模型大鼠海馬BDNF的表達[115]。此外，多種經典抗抑郁藥通過與SA1R相互作用可促進PC12細胞神經突起的生長[116]。SA1R激動劑通過上調神經元型NOS/NO/CREB通路功能發揮緩解小鼠產后抑郁的作用[117]；在嗅球切除小鼠實驗中研究發現，DHEA慢性激活SA1R能顯著縮短懸尾和強迫游泳不動時間，其作用機制可能與SA1R激活Akt/GSK-3β/β連環蛋白信號通路從而促進海馬神經元再生相關[102]。綜上所述，SA1R抗抑郁作用至少與BDNF信號、GSK-3β通路、神經元型 NOS/NO/CREB、Akt/GSK-3β/β 連環蛋白和ERK信號通路等相關。

值得一提的是，抑郁癥的發病和治療不但與中樞神經系統中的神經元相關，還與多種膠質細胞，特別是星形膠質細胞相關。已有大量研究結果表明，星形膠質細胞功能紊亂參與抑郁癥的病理生理學過程：抑制小鼠韁核星形膠質細胞激活引起抑郁樣行為[118]，抗抑郁藥可以恢復抑郁所致小鼠海馬星形膠質細胞功能紊亂[119]。研究發現，激活星形膠質細胞SA1R能夠上調ERK和GSK-3β磷酸化，從而激活星形膠質細胞，這可能是SA1R抗抑郁的另一條重要途徑[120]。

總之，上調SA1R功能具有顯著抗抑郁活性，敲除SA1R能增加雄性嚙齒類動物的抑郁樣行為敏感性，提示SA1R可能是抗抑郁治療的新的潛在靶點，其抗抑郁的分子機制可能與上調神經營養因子表達等相關。目前，以抗抑郁為適應證的SA1R激動劑SA4503在進行Ⅲ期臨床試驗。

3.2 神經退行性疾病

自從SA1R被發現后，其功能變化與神經退行性疾病，如阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）、亨廷頓病（Huntington disease，HD）和帕金森病（Parkinson disease，PD）等的關系一直是人們感興趣的問題。SA1R被激動劑激活后具有保護神經、促進神經元存活和恢復突觸可塑性的作用；反之，下調或去除SA1R功能則可增加神經退行性疾病的易感性且癥狀加重。

3.2.1 阿爾茨海默病

AD是一種與年齡密切相關，以Aβ淀粉樣蛋白和磷酸化tau蛋白異常聚積，記憶功能持續進行性受損，讀、寫和學習能力逐漸喪失，晚期出現全面認知功障礙、行為和精神異常、運動協調性障礙及疲勞為特征的神經退行性疾病[121]。

3.2.1.1 非臨床研究

用不同AD樣記憶損傷動物模型，如Aβ25-35肽誘發的神經元退行性損傷模型、膽堿能神經功能損傷模型、老齡化模型、組織缺氧神經損傷模型、神經毒素神經損傷模型、藥物引起的谷氨酸能和5-羥色胺能或鈣通道功能受損模型等，采用多種記憶行為學檢測技術如空間參考記憶、情緒記憶、操作性條件記憶和主動辨別記憶等研究發現，SA1R激動劑具有顯著的抗遺忘作用。第1篇關于SA1R與AD關系的研究論文是由Maurice等[122]完成的。他們利用自發交替和被動回避實驗研究發現，選擇性SA1R激動劑（+）-噴他佐辛、PRE-084和SA4503對Aβ25-35引起的學習記憶障礙具有顯著的抑制作用。此后，人們在此領域開展了大量研究工作，取得了與他們研究類似的結果。用Aβ25-35致AD樣認知功能障礙小鼠模型研究發現，不同的SA1R激動劑〔PRE-084、多奈哌齊（donepezil）或（-）-MR22〕均能顯著改善模型小鼠空間工作記憶和被動逃避任務的執行能力。上述SA1R激動劑抗AD記憶遺忘可能是通過上調膽堿能神經傳遞實現的，因為多奈哌齊同時是膽堿酯酶抑制劑、α7煙堿受體激動劑和SA1R激動劑，且具有增加海馬和皮質等腦區乙酰膽堿釋放的作用[123]。此外，孕烯醇酮產生的神經保護作用及其對Aβ25-35預處理引起的小鼠空間記憶障礙的改善作用不僅與其激活SA1R相關，還與其激活α7煙堿受體相關[124]。與上述發現類似，在Aβ25-35致認知功能障礙動物模型上，SA1R激動劑ANAVEX2-73在發揮記憶改善作用的同時，通過下調脂質過氧化物生成和tau蛋白過度磷酸化而表現出神經保護作用。然而如前所述，SA1R激動劑的上述對抗遺忘的作用不僅與其激活SA1R相關，還與上調膽堿M受體功能相關。在另1個氨基四氫呋喃衍生物ANAVEX1-41（SA1R激動劑）的研究中發現了相似的實驗結果[125]。此外，具有與上述化合物類似藥理學特征的化合物AF710B可通過改善老齡化McGill-R-Thy1-APP大鼠中樞不同腦區淀粉樣沉積、消除小膠質細胞向海馬CA1區淀粉樣沉積神經元的募集和恢復突觸囊泡蛋白水平而發揮改善空間識別記憶的作用[126]。利用主動逃避任務范式的研究發現，SA1R激動劑氟西汀（fluoxetine）亦可改善基底神經節損傷（AD樣動物模型）引起的學習記憶障礙[127]。用另一個5-羥色胺重攝取抑制劑氟伏沙明（也是SA1R激動劑）處理J20淀粉樣蛋白沉積小鼠能顯著改善實驗動物的主動辨別記憶能力，但不影響短期記憶和空間參考記憶[128]。此外，用膽堿（可激活SA1R、上調IP3觸發的鈣釋放）慢性處理APP/PS1小鼠，能顯著改善APP/PS1小鼠的空間參考記憶能力[129]，此作用可能與膽堿激活SA1R、抑制小膠質細胞過度活化相關[130]。另外，SA1R激活介導的抗遺忘作用可能也與其抑制γ分泌酶活性和減少Aβ合成相關[128]。有研究報道，在2個AD樣動物模型上，SA1R正性變構調節劑OZP002通過抑制淀粉樣蛋白沉積產生的神經性毒性及其對記憶的致損傷作用而表現出抗AD活性[100]。

綜上所述，SA1R激動劑和SA1R正性變構調節劑通過激活或增強SA1R功能而發揮抗AD樣作用，其機制與神經保護作用、抑制Aβ生成和tau蛋白過度磷酸化、降低異常蛋白沉積引起的神經毒性、上調中樞膽堿能系統功能及抑制膠質細胞介導的炎癥反應等相關。

3.2.1.2 臨床研究

大量臨床研究發現，SA1R的基因多態性與AD發病的易感性相關[131]。SA1R基因多態性與載脂蛋白E表達水平相關且無種族差別，而載脂蛋白E與AD嚴重程度正相關[132]。AD患者尸檢研究發現，其SA1R中樞表達水平較健康人顯著降低。用[11C]-SA4503AD對AD患者開展全腦影像研究發現，與健康志愿者相比，發病早期的AD患者就可在前額葉、顳葉、枕葉、小腦和丘腦等多個腦區出現SA1R表達水平下調。多重SA1R激動劑和毒蕈堿受體調節劑ANAVEX2-73是目前唯一正處于臨床Ⅱb/Ⅲ期試驗階段、用于早期AD治療的SA1R激動劑[133-134]。

3.2.2 亨廷頓病

HD是一種單基因突變的遺傳性神經退行性疾病，以運動障礙、認知功能障礙、精神行為異常以及在中樞神經系統內出現由亨廷頓基因突變引起的異常蛋白〔突變亨廷頓蛋白（Huntingtin，HTT）〕表達和聚積為特征。正常的HTT對多種細胞功能具有重要調節作用，包括細胞分裂、囊泡循環和轉運、細胞自噬及細胞存活等。發生突變的HTT不再具有上述功能，反而能引起神經元凋亡、神經元退行性改變、自噬清除功能障礙和囊泡轉運功能障礙等。還有研究發現，突變的HTT能與線粒體發生相互作用，下調NF-κB-P65表達水平和降低鈣蛋白酶抑制蛋白激活，導致ROS水平顯著升高，通過氧化應激反應引起神經元死亡和丟失，導致HD 發病[135-136]。

最早發現SA1R與HD病理生理學過程相關的證據來自一個離體實驗。PC6.3細胞中過表達在第120位氨基酸殘基附近帶有多個谷氨酰胺重復序列的突變HTT的N端片段或過表達在第75位氨基酸殘基附近帶有多個谷氨酰胺重復序列的突變HTT均能顯著降低SA1R的表達，并產生神經毒性。此結果提示突變的HTT產生的神經毒性可能與其下調SA1R表達相關[137]。用SA1R激動劑PRE-084預處理PC6.3細胞能增加細胞存活，抑制HTT的致神經元損傷作用。已有文獻報道，HD患者腦內神經元細胞核內涵體中常有SA1R聚積，提示SA1R降解過程增強，可能是HD患者中樞神經系統SA1R表達減少的原因。進一步研究發現，在HD樣細胞模型中下調SA1R表達能顯著增加細胞核內涵體數量，導致以大團塊樣式存在的大量突變HTT聚積[138]。在SA1R基因敲除的HD樣小鼠模型中研究發現，敲除SA1R能減緩突變HTT的降解，提示SA1R可能具有促進突變HTT清除的作用，可能與其激活內質網相關降解機制有關。最近還有研究發現，HD治療藥物pridopidine可直接與SA1R高親和力結合，在nmol水平激活SA1R而發揮治療效應。對HD患者進行正電子發射掃描腦影像研究發現，在臨床常用劑量下，pridopidine可占領全部SA1R；另有實驗發現，pridopidine的神經元保護作用具有SA1R依賴性，pridopidine通過激活SA1R恢復由氧化應激導致的YAC128轉基因小鼠腦內神經元損傷。此外，在YAC128 HD轉基因小鼠研究中發現，早期應用pridopidine對模型小鼠進行干預，對預防遲發性運動障礙有效[139]。綜上，激活SA1R對HD具有很好的治療效果。

3.2.3 帕金森病

PD是一種漸進性的以震顫、僵直、運動不能、平衡障礙和協同運動不能等運動功能異常及黑質多巴胺能神經元出現路易小體、α突觸核蛋白、泛素和神經纖絲沉積為特征的神經退行性疾病。正電子發射掃描腦影像研究發現，與同齡健康志愿者相比，PD患者前側殼核SA1R表達水平降低[140]。在紋狀體微注射6-羥基多巴胺建立的PD樣小鼠模型中研究發現，SA1R激動劑（PRE-084或pridopidine）慢性處理能緩慢改善模型動物出現的PD樣行為[141]。與上述實驗結果類似，SA1R激動劑PRE-084能抑制PD樣實驗動物出現的神經炎癥，增加去神經支配的紋狀體內多巴胺能神經末梢密度，上調黑質、紋狀體腦區的BDNF和膠質細胞源性神經生長因子等神經營養因子表達，提高細胞外單胺類神經遞質濃度。令人困惑的是，有研究發現SA1R拮抗劑NE-100或SA1R敲除均能通過抑制NMDA受體功能和多巴胺轉運體表達，下調由神經毒素1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶引起的多巴胺能神經元死亡[142]。此外，SA1R拮抗劑NE-100易化瞬時受體Ⅰ型電位通道調控的鈣內流，抑制神經毒素引起的神經退行性改變[143]。這些實驗結果似乎提示激動或阻斷SA1R均可能對PD產生有益的作用，但上述有關SA1R拮抗劑對抗PD的實驗結果應使用臨床表觀效度（現象相似性）更好的動物模型（如轉基因過表達α突觸核蛋白小鼠PD樣模型）加以驗證。目前，SA1R激動劑/毒蕈堿受體調節劑ANAVEX2-73作為治療PD的藥物剛剛完成臨床Ⅱ期試驗，結果尚未公布[144]。

3.3 藥物成癮

已有大量研究結果顯示，SA1R很可能與藥物成癮病理生理學過程密切相關。此相關性可能主要體現在2個方面：一是SA1R對中樞單胺類神經遞質系統，特別是多巴胺和5-羥色胺系統具有重要調節作用，而上述遞質系統，尤其是多巴胺系統與藥物成癮病理生理學過程密不可分；二是亞甲二氧甲基苯丙胺（methylenedioxymethamphetamine，MDMA）、可卡因和甲基苯丙胺等成癮性藥物對SA1R具有較高親和力，能直接與之發生相互作用而影響其生物學功能，在成癮性藥物作用下SA1R發生功能改變后反過來又影響這些成癮性藥物的諸如與其成癮潛能相關的精神興奮性和與其嚴重不良反應相關的神經性毒性等功能[145]。

3.3.1 甲基苯丙胺

針對SA1R可能具備的抗甲基苯丙胺成癮和抗甲基苯丙胺神經性毒性的潛在治療靶標作用開展了大量研究工作。已獲得的研究結果表明，常用劑量的甲基苯丙胺在機體內形成的內暴露濃度足以使其與SA1R發生有生物學意義的相互作用〔甲基苯丙胺對SA1R的Ki值為（2.16±0.25）μmol·L-1）〕。雖然甲基苯丙胺直接作用于SA1R的分子機制尚不完全清楚，但已有研究提示其可能對SA1R具有拮抗活性和（或）反向激動活性。激動劑激活SA1R能抑制甲基苯丙胺引起的高熱、高活動性和神經毒性等。研究發現，SA1R激動劑PRE-084能抑制甲基苯丙胺引起的精神興奮性、覓藥行為和獎賞作用[146]；但也有研究發現，SA1R拮抗劑BD1047具有抑制MDMA或甲基苯丙胺引起的精神興奮作用[145]。盡管幾乎已獲得的所有研究結果均提示，SA1R對甲基苯丙胺引起的細胞功能障礙均有抑制作用，但對SA1R是如何對抗甲基苯丙胺所致神經損傷的分子機制仍不清楚。總之，激動SA1R對甲基苯丙胺介導的生物學作用具有抑制效應；而甲基苯丙胺對SA1R具有阻斷或反向激動活性，可能會在某種程度上對抗SA1R的激動效應。

3.3.2 可卡因

人們早就發現SA1R與可卡因引起的成癮過程相關。首先，與甲基苯丙胺類似，可卡因發揮獎賞效應的血藥濃度（2～7 μmol·L-1）足以使其與SA1R發生相互作用；但與甲基苯丙胺不同的是，可卡因不但不能阻斷SA1R，反而激活SA1R。其次，與甲基苯丙胺成癮和神經毒性作用不同，選擇性SA1R拮抗劑而不是激動劑，能分別在細胞和整體行為水平上抑制可卡因引起的神經毒性，包括震顫和死亡。有關作用機制的研究發現，可卡因的成癮性及神經毒性與其激活SA1R、上調IP3誘導的鈣信號相關，因此SA1R拮抗劑能抑制可卡因成癮和神經毒性。此外，可卡因還能通過影響SA1R依賴性的組蛋白去乙酰化酶招募而在轉錄水平抑制單胺氧化酶B的表達[56]。在SA1R敲除小鼠實驗中進一步表明可卡因的致成癮潛能表現出SA1R依賴性，其機制可能與在沒有SA1R存在情況下可卡因喪失了對單胺氧化酶B表達的抑制作用相關。更多的研究進一步發現SA1R拮抗劑BD1063，BD1047和NE-100能抑制可卡因的致成癮潛能（高活動性）和神經毒性。然而，SA1R拮抗劑BD1047對可卡因自身給藥無阻斷作用，但卻能抑制戒斷后自身給藥行為重建（復吸）。

3.3.3 乙醇

大量研究提示，SA1R對乙醇獎賞效應和強化效應具有重要調控作用。SA1R拮抗劑BD1063和NE-100通過阻斷SA1R能減少大鼠乙醇攝入量，降低乙醇的精神興奮作用（乙醇誘導的高活動性），此作用能被SA1R激動劑所逆轉。然而，SA1R基因敲除能增加乙醇主動攝入量和增強小鼠對味道厭惡反應，而對自發活動無影響[147]。令人困惑的是，不同研究小組獲得的關于SA1R對乙醇消耗量與乙醇誘導的高活動性相互矛盾，究其原因可能與其所用的動物模型和實驗方案不同有關。此外，SA1R對乙醇的慢性作用和戒斷反應具有調控作用。有研究發現，選擇性SA1R激動劑通過激活SA1R可抑制乙醇成癮小鼠出現的對乙醇高反應性和認知功能損害[148]。盡管SA1R對乙醇消耗及其獎賞作用的影響存在矛盾，但所有研究結果提示SA1R與乙醇消耗（急性和慢性）引起的神經性毒性作用相關。SA1R選擇性配體是否對乙醇成癮具有治療價值還需進一步研究。

4 展望

SA1R是一類既不同于經典的受體、也不同于經典的分子伴侶蛋白的特殊生物活性分子，通過受體和分子伴侶雙重機制，對諸如線粒體能量代謝、蛋白質和脂質代謝、細胞內物質轉運和細胞興奮性等細胞生理功能以及諸如氧化應激、氮化應激、內質網應激、神經炎癥、細胞自噬和細胞凋亡等病理生理過程發揮重要調控作用。在臨床治療學方面對諸如神經精神系統疾病、腫瘤和心血管系統疾病等多種疾病具有重要的潛在靶標價值。此外，從潛在治療靶點角度考慮，SA1R具有如下重要特點：①SA1R的氨基酸殘基構成與哺乳動物中的其他蛋白幾乎無同源性，提示其功能可能具有特殊性和不可替代性的潛質；②SA1R分布廣泛，能與多種蛋白發生相互作用，提示該靶標可能具有廣泛的潛在應用價值；③SA1R配體的化學結構變異大，提示具有不同化學結構的化合物都有可能成為SA1R配體，為研發多靶點藥物提供了寬松的研究空間；④SA1R能從內質網轉移到不同的細胞器上，可能成為細胞內細胞器間功能平衡的調節器；⑤SA1R對機體組織細胞病理生理過程的調節能力遠大于對生理功能的調節能力，提示靶向SA1R的藥物可能具有較少的不良反應。

如上所述，盡管很多藥物能夠與SA1R相互作用并發揮激動作用，但至今尚無用于臨床的選擇性SA1R激動劑。目前已有報道的SA1R配體不僅結合SA1R，也作用于其他受體或通道，有時甚至具有完全不同的化學結構。至今已有至少49種序列和結構完全不同的蛋白被報道能夠作用于SA1R，其調控的下游信號通路非常復雜，涉及腦內谷氨酸、GABA、5-羥色胺、去甲腎上腺素和多巴胺等系統[149]。因此，設計和研發高選擇性的SA1R配體具有很大挑戰性。事實上，考慮到神經精神疾病的復雜性，能夠作用于SA1R的多靶點藥物可能較SA1R選擇性配體具有更大優勢。

綜上，盡管現階段神經精神系統疾病的發病機制研究嚴重滯后，缺乏令人滿意的臨床治療藥物，但有理由相信，通過不斷的努力，可能會在以SA1R為靶標的藥物（激動劑和拮抗劑）研發領域獲得突破。