陳海軍(綜述)，萬燕杰，徐　靜(審校)

(1.徐州醫(yī)學(xué)院 江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221002； 2.上海市浦東新區(qū)公利醫(yī)院疼痛科，上海 200135)

突觸后致密物蛋白95與疼痛

陳海軍1△(綜述)，萬燕杰1，2※，徐靜2(審校)

(1.徐州醫(yī)學(xué)院 江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221002； 2.上海市浦東新區(qū)公利醫(yī)院疼痛科，上海 200135)

摘要：突觸后致密物(PSD)是位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸后膜的特殊結(jié)構(gòu)，它是由一系列細(xì)胞骨架蛋白與受體、激酶等傳遞突觸信號(hào)相關(guān)分子結(jié)合形成，包括N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體、神經(jīng)型一氧化氮合酶(nNOS)等。近年來研究發(fā)現(xiàn)，作為PSD中一種重要的結(jié)構(gòu)蛋白——PSD蛋白95(PSD-95)通過與NMDA受體、nNOS的相互作用參與了疼痛信息的處理過程。特異性針對(duì)PSD-95的抑制劑可表現(xiàn)出顯著的鎮(zhèn)痛作用。

關(guān)鍵詞：疼痛；突觸后致密物蛋白95；N-甲基-D-天冬氨酸；NR2B；一氧化氮合酶

疼痛是一種與組織損傷或潛在損傷相關(guān)的不愉快的主觀感覺和情感體驗(yàn)。據(jù)報(bào)道，在全球有15%～25%的成年人正遭受疼痛的困擾，其中以老年人居多[1]。隨著我國(guó)老齡化社會(huì)的到來，疼痛患者也將會(huì)越來越多。從目前醫(yī)療水平看，疼痛的治療手段還很有限，或效果不佳或不良反應(yīng)太大。但大量研究已經(jīng)證明，N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體的激活在疼痛信息的處理過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[2-3]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突觸部位，突觸后致密物(postsynaptic density,PSD)蛋白95(PSD-95)作為一個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白，可以將NMDA受體與神經(jīng)元內(nèi)部信號(hào)分子連接在一起[4]。這表明，PSD-95可能通過NMDA受體的功能參與到疼痛信息的處理過程并成為疼痛治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)?，F(xiàn)就PSD-95的分布、結(jié)構(gòu)、功能以及在疼痛方面的研究進(jìn)行綜述。

1分布

PSD-95是興奮性突觸中分離純化出來的一種蛋白質(zhì)，因其聚丙烯酰胺凝膠電泳相對(duì)分子質(zhì)量在95 000附近，而命名為PSD-95。PSD-95是一種胞質(zhì)內(nèi)的蛋白質(zhì)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)分布廣泛，主要存在于神經(jīng)元細(xì)胞中。在脊髓，PSD-95含量豐富，且選擇性地分布于脊髓背角的表面，與 NMDA 受體的分布一致；此外，PSD-95廣泛存在于皮質(zhì)結(jié)構(gòu)中，包括小腦、大腦皮質(zhì)(扣帶回、額葉、頂葉和顳葉)和海馬等[5-6]。

2結(jié)構(gòu)與功能

PSD-95由N端3個(gè)重復(fù)的PDZ結(jié)構(gòu)域、中間的SH3結(jié)構(gòu)域以及C端的GK結(jié)構(gòu)域組成。PSD-95的功能發(fā)揮主要與PDZ結(jié)構(gòu)域有關(guān)，PDZ結(jié)構(gòu)域能夠介導(dǎo)蛋白質(zhì)間的相互作用，并特異性地與離子通道和受體等靶蛋白的C端結(jié)合。PSD-95第2個(gè)PDZ結(jié)構(gòu)域不僅可以和NMDA受體中NR2B亞基tSXV結(jié)構(gòu)(S：絲氨酸，X：任何一種氨基酸，V：纈氨酸)的C端第7個(gè)氨基酸緊密相連，還可以和一氧化氮合酶(nerve monoxide synthase，nNOS)的PDZ結(jié)構(gòu)域形成PDZ-PDZ二聚體[7]。SH3結(jié)構(gòu)域可以與Ras相關(guān)效應(yīng)器蛋白及肌動(dòng)蛋白結(jié)合，是介導(dǎo)蛋白質(zhì)之間相互作用的模體，由于尚未發(fā)現(xiàn)能夠和SH3結(jié)構(gòu)域相結(jié)合的伴體，因而其具體功能尚不明確。GK結(jié)構(gòu)域因與酵母的胍氨酸激酶同源而得名，但它并不具備胍氨酸激酶催化單磷酸鳥苷合成雙磷酸鳥苷的活性，目前對(duì)其分子功能尚缺乏深入了解[8]。PSD-95是一種結(jié)構(gòu)蛋白，其本身沒有蛋白酶活性，但可通過不同結(jié)構(gòu)域與NMDA受體、nNOS等信號(hào)分子相互作用形成信號(hào)復(fù)合物，在突觸水平對(duì)興奮性信號(hào)進(jìn)行整合。此外，PSD-95可通過突觸后神經(jīng)元黏附分子neuroligins與突觸前膜外伸蛋白neurexins相互作用，參與突觸結(jié)構(gòu)連接和功能的維持。PSD-95 N端兩個(gè)半胱氨酸殘基的棕櫚酰化對(duì)于PSD-95的突觸定位功能十分重要。PSD-95棕櫚?；街饕芡挥|活性調(diào)節(jié)，棕櫚?；囊种苿t與突觸中PSD-95缺失有關(guān)；另外，位于PDZ2和PDZ3之間的殘基絲氨酸-295可以雙向調(diào)節(jié)神經(jīng)元間的突觸可塑性變化，絲氨酸-295的磷酸化促進(jìn)PSD-95的聚集并增強(qiáng)突觸的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)，而絲氨酸-295的去磷酸化則促進(jìn)突觸的長(zhǎng)時(shí)程抑制[9]。有研究證實(shí)，PSD-95 使相互作用的膜蛋白在突觸水平更加穩(wěn)定的同時(shí)，對(duì)這些膜蛋白的功能特性起到調(diào)節(jié)作用，表現(xiàn)在NMDA受體門控通道呈現(xiàn)出PSD-95劑量依賴式改變和PSD-95對(duì)鉀通道的內(nèi)向整合作用[10]。總之，PSD-95在突觸部位發(fā)揮了多種功能,如NMDA受體錨定作用；串集信號(hào)分子，參與受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；維持突觸結(jié)構(gòu)連接狀態(tài)；調(diào)節(jié)突觸可塑性等。

3PSD-95在疼痛中的作用研究

3.1PSD-95與NMDA受體相互作用參與疼痛信息處理NMDA受體是介導(dǎo)PSD-95參與疼痛的重要物質(zhì)，NMDA受體在多種生理病理過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其中包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)中疼痛信息的處理過程。NMDA受體是一種由NR1、NR2(A-D)和NR3(A、B)三種不同亞基組成的異聚體復(fù)合物。大多數(shù)NMDA受體是由2個(gè)功能亞基NR1和2個(gè)不同亞型的NR2調(diào)節(jié)亞基構(gòu)成。突觸中，NR2B亞單位通過C端PDZ結(jié)構(gòu)域與PSD-95直接結(jié)合，當(dāng)PSD-95的PDZ結(jié)構(gòu)域缺失時(shí)，不僅影響NR2B與PSD-95之間的結(jié)合作用，還會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜上NR2B聚集量大量減少[11]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，NR2B與PSD-95相互作用在NMDA受體介導(dǎo)的疼痛信息處理過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，鞘內(nèi)注射PSD-95反義寡脫氧核苷酸將脊髓部位的PSD-95沉默，可以延緩大鼠神經(jīng)損傷性疼痛的形成并減輕疼痛維持過程中的機(jī)械痛敏、熱痛敏反應(yīng)[12-13]。有關(guān)蛋白質(zhì)間相互作用的研究從另外一個(gè)角度支持了上述觀點(diǎn)。慢性坐骨神經(jīng)縮窄性損傷模型大鼠手術(shù)側(cè)脊髓NR2B與PSD-95的免疫共沉淀比對(duì)側(cè)脊髓明顯增加，即與非手術(shù)側(cè)比較，手術(shù)側(cè)的PSD-95更多地與NR2B結(jié)合[14]。Tao等[15]為了進(jìn)一步研究介導(dǎo)NMDA受體/PSD-95相互作用的PDZ結(jié)構(gòu)域在炎性痛中的作用，將PSD-95的PDZ結(jié)構(gòu)域和人類免疫缺陷病毒1型Tat蛋白的蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)域融合在一起，形成有細(xì)胞穿透功能的Tat-PSD-95 PDZ2；腹腔注射Tat-PSD-95 PDZ2 后，Tat-PSD-95 PDZ2可以進(jìn)入小鼠脊髓背角并呈劑量依賴性地阻斷NMDA受體NR2亞基和PSD-95第2個(gè)PDZ結(jié)構(gòu)域之間的連接作用；在足底注射完全弗氏佐劑引起的炎性痛小鼠，無論是完全弗氏佐劑注射前2 h或注射后1.5 h給予腹腔注射TatPSD-95 PDZ2，均明顯增加小鼠的機(jī)械痛閾值。這說明脊髓背角中NMDA受體NR2亞基和PSD-95之間的相互作用在炎性疼痛的形成和維持過程中發(fā)揮了重要作用。

3.2PSD-95與nNOS相互作用參與疼痛信息的處理nNOS是介導(dǎo)PSD-95參與疼痛的另一重要物質(zhì)。一氧化氮是神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，在神經(jīng)系統(tǒng)中nNOS是一氧化氮合成的關(guān)鍵酶。nNOS作為NMDA受體下游一個(gè)重要的信號(hào)分子在疼痛形成中發(fā)揮了重要作用。脊神經(jīng)結(jié)扎后大鼠脊髓水平nNOS 表達(dá)明顯增加；鞘內(nèi)注射nNOS抑制劑會(huì)減輕慢性坐骨神經(jīng)縮窄性損傷模型大鼠的熱痛敏反應(yīng)；而nNOS基因剔除的小鼠其神經(jīng)損傷所致的機(jī)械痛敏反應(yīng)明顯降低[16-18]。另外，Kolesnikov等[19]發(fā)現(xiàn)，在足底注射甲醛的炎性痛大鼠脊髓背角中NMDA受體的亞單位NR2B和nNOS均出現(xiàn)表達(dá)上調(diào)，同時(shí)證明了NR2B和nNOS在功能上可以相互活化。PSD-95作為PSD中的重要結(jié)構(gòu)蛋白，一方面與NR2B亞基的C端緊密相連，同時(shí)也與nNOS蛋白連接，通過PSD-95形成的復(fù)合物是NR2B和nNOS功能上互相活化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；神經(jīng)元中PSD-95的表達(dá)被特異性抑制后，并沒有影響NMDA受體激活所致的胞質(zhì)內(nèi)鈣離子的升高，但nNOS合成一氧化氮的能力顯著下降[20-21]?？傊琍SD-95對(duì)與其相連的蛋白功能及這些蛋白之間的相互作用可能起到某些調(diào)節(jié)作用，并成為將位于細(xì)胞膜上的NMDA受體和位于細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)聯(lián)系起來的重要結(jié)構(gòu)，參與疼痛信息的處理過程[22]。

3.3PSD-95相關(guān)抑制劑的應(yīng)用進(jìn)展機(jī)體受到致痛刺激后，神經(jīng)沖動(dòng)從外周傳入脊髓、大腦皮質(zhì)等高位中樞，導(dǎo)致神經(jīng)元突觸前膜釋放大量興奮性氨基酸——谷氨酸，谷氨酸與突觸后膜的NMDA受體結(jié)合引起鈣離子通道開放，致鈣離子內(nèi)流，此時(shí)PSD-95作為PSD中的重要結(jié)構(gòu)蛋白，不僅與NMDA 受體NR2B亞基緊密相連，同時(shí)也與nNOS連接，形成NMDA受體/PSD-95/nNOS信號(hào)復(fù)合物，這有利于鈣調(diào)蛋白與鈣離子結(jié)合活化nNOS，促進(jìn)一氧化氮的生成。生成的一氧化氮一方面通過自由擴(kuò)散方式作用于突觸前膜促進(jìn)谷氨酸的釋放，另一方面激活下游信號(hào)通路參與疼痛的中樞敏化形成。隨著疼痛分子機(jī)制研究的不斷深入，治療疼痛的藥物也隨之發(fā)展。NMDA受體拮抗劑(如氯胺酮、右美沙芬和MK-801等)雖然臨床或基礎(chǔ)研究中仍然在用，但應(yīng)考慮其在自主運(yùn)動(dòng)功能和學(xué)習(xí)記憶、認(rèn)知等方面產(chǎn)生的不良反應(yīng)。隨著分子生物學(xué)和基因?qū)W的發(fā)展，反義寡核苷酸技術(shù)得到應(yīng)用，Tao等[11,15]應(yīng)用此技術(shù)特異性抑制脊髓中PSD-95的表達(dá)，明顯改善了神經(jīng)損傷性疼痛或炎性疼痛動(dòng)物模型的痛覺過敏反應(yīng)。Tat-NR2B9c可特異性地抑制NMDA受體的NR2B亞基與PSD-95第2個(gè)PDZ結(jié)構(gòu)域連接作用，在神經(jīng)損傷性疼痛模型大鼠鞘內(nèi)注射Tat-NR2B9c可減弱大鼠的機(jī)械痛敏和熱痛敏反應(yīng)，其自主活動(dòng)能力沒有受到影響[14]。Andreasen等[23]比較了PSD-95二聚體拮抗劑UCCB01-125(特性阻斷PSD-95的PDZ1和PDZ2兩個(gè)結(jié)構(gòu)域)和NMDA受體拮抗劑MK-801在炎性痛小鼠中的鎮(zhèn)痛作用以及對(duì)小鼠認(rèn)知功能和自主活動(dòng)能力的影響；結(jié)果顯示，UCCB01-125和MK-801均可以抑制完全弗氏佐劑所致的機(jī)械超敏反應(yīng)，即均具有鎮(zhèn)痛作用；在使用鎮(zhèn)痛劑量的MK-801時(shí)，炎性痛模型小鼠出現(xiàn)了認(rèn)知能力的減退和自主活動(dòng)障礙，而UCCB01-125即使用到鎮(zhèn)痛劑量的30倍時(shí)，小鼠的認(rèn)知功能和自主活動(dòng)能力仍沒有受到明顯影響。

4小結(jié)

PSD-95作為PSD中一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)蛋白，雖然自身不具備生物活性，但可以與NMDA受體、nNOS等疼痛信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白在結(jié)構(gòu)上緊密相連，通過對(duì)這些信號(hào)蛋白功能以及它們之間相互作用的調(diào)節(jié)發(fā)揮關(guān)鍵性作用。與NMDA受體拮抗劑相比，針對(duì)PSD-95的抑制劑不僅具有顯著的鎮(zhèn)痛作用，而且在自主運(yùn)動(dòng)功能、認(rèn)知等方面產(chǎn)生的不良反應(yīng)較小。因此，PSD-95有可能成為疼痛治療的一個(gè)潛在治療靶點(diǎn)，針對(duì)PSD-95 的特異性拮抗劑的研發(fā)有著十分廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]Dickerson DM.Acute pain management[J].Anesthesiol Clin,2014,32(2):495-504.

[2]Collins S,Sigtermans MJ,Dahan A，etal.NMDA receptor antagonists for the treatment of neuropathic pain[J].Pain Med,2010,11(11):1726-1742.

[3]Xu L,Pan Y,Zhu Q，etal.Arcuate Src activation-induced phosphorylation of NR2B NMDA subunit contributes to inflammatory pain in rats[J].J Neurophysiol,2012,108(11):3024-3033.

[4]Gottschalk M,Bach A,Hansen JL，etal.Detecting protein-protein interactions in living cells:development of a bioluminescence resonance energy transfer assay to evaluate the PSD-95/NMDA receptor interaction[J].Neurochem Res,2009,34(10):1729-1737.

[5]Tao YX,Huang YZ,Mei L，etal.Expression of PSD-95/SAP90 is critical for N-methyl-D-aspartate receptor-mediated thermal hyperalgesia in the spinal cord[J].Neuroscience,2000,98(2):201-206.

[6]林賢浩,鄭金熾.慢性強(qiáng)迫游泳對(duì)大鼠行為及其腦內(nèi)突觸后致密蛋白95含量的影響[J].首都醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2011,32(6):820-824.

[7]Doucet MV,Harkin A,Dev KK.The PSD-95/nNOS complex:new drugs for depression?[J].Pharmacol Ther,2012,133(2):218-229.

[8]劉輝,張萬琴.PSD-95對(duì)NMDA受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的整合作用[J].生理科學(xué)進(jìn)展,2001,32(4):343-346.

[9]Kim MJ,Futai K,Jo J，etal.Synaptic accumulation of PSD-95 and synaptic function regulated by phosphorylation of serine-295 of PSD-95[J].Neuron,2007,56(3):488-502.

[10]Cheng D,Hoogenraad CC,Rush J，etal.Relative and absolute quantification of postsynaptic density proteome isolated from rat forebrain and cerebellum[J].Mol Cell Proteomics,2006,5(6):1158-1170.

[11]Tao F,Tao YX,Mao P，etal.Role of postsynaptic density protein-95 in the maintenance of peripheral nerve injury-induced neuropathic pain in rats[J].Neuroscience,2003,117(3):731-739.

[12]Peng HY,Chen GD,Lai CY，etal.Spinal serum-inducible and glucocorticoid-inducible kinase 1 mediates neuropathic pain via kalirin and downstream PSD-95-dependent NR2B phosphorylation in rats[J].J Neurosci,2013,33(12):5227-5240.

[13]Peng HY,Chen GD,Lai CY，etal.Spinal SIRPa 1-SHP2 interaction regulates spinal nerve ligation-induced neuropathic pain via PSD-95-dependent NR2B activation in rats[J].Pain,2012,153(5):1042-1053.

[14]D′Mello R,Marchand F,Pezet S，etal.Perturbing PSD-95 interactions with NR2B-subtype receptors attenuates spinal nociceptive plasticity and neuropathic pain[J].Mol Ther,2011,19(10):1780-1792.

[15]Tao F,Su Q,Johns RA.Cell-permeable peptide Tat-PSD-95 PDZ2 inhibits chronic inflammatory pain behaviors in mice[J].Mol Ther,2008,16(11):1776-1782.

[16]楊勇,郭曲練,鄒望遠(yuǎn)，等.鞘內(nèi)注射氯胺酮對(duì)甲醛炎性疼痛大鼠脊髓背角nNOS表達(dá)的影響[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào),2006,31(5):747-751.

[17]Payne JE,Bonnefous C,Symons KT，etal.Discovery of dual inducible/neuronal nitric oxide synthase (iNOS/nNOS) inhibitor development candidate 4-(2-cyclobutyl-1H-imidazo[4,5-b]pyrazin-1-yl)methyl)-7,8-difluoroquinolin-2(1H)-one (KD7332) part 2:identification of a novel,potent,and selective series of benzimidazole-quinolinone iNOS/nNOS dimerization inhibitors that are orally active in pain models[J].J Med Chem,2010,53(21):7739-7755.

[18]Guan Y,Yaster M,Raja SN，etal.Genetic knockout and pharmacologic inhibition of neuronal nitric oxide synthase attenuate nerve injury-induced mechanical hypersensitivity in mice[J].Mol Pain,2007,3:29.

[19]Kolesnikov YA,Chereshnev I,Criesta M，etal.Opposing actions of neuronal nitric oxide synthase isoforms in formalin-induced pain in mice[J].Brain Res,2009,1289:14-21.

[20]Woolf CJ,Salter MW.Neuronal plasticity:increasing the gain in pain[J].Science，2000,288(5472):1765-1769.

[21]Fan J,Vasuta OC,Zhang LY，etal.N-methyl-D-aspartate receptor subunit-and neuronal-type dependence of excitotoxic signaling through post-synaptic density 95[J].J Neurochem,2010,115(4):1045-1056.

[22]Beique JC,Lin DT,Kang MG，etal.Synapse-specific regulation of AMPA receptor function by PSD-95[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2006,103(51):19535-19540.

[23]Andreasen JT,Bach A,Gynther M，etal.UCCB01-125,a dimeric inhibitor of PSD-95,reduces inflammatory pain without disrupting cognitive or motor performance:comparison with the NMDA receptor antagonist MK-801[J].Neuropharmacology,2013,67:193-200.

Postsynaptic Density Protein 95 and PainCHENHai-jun1,WANYan-jie1,2,XUJing2.(1.JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAnesthesiaandAnalgesiaApplicationTechnology,XuzhouMedicalCollege,Xuzhou221002，China；2.DepartmentofPainClinic,PudongNewAreaGongliHospital,Shanghai200135，China)

Abstract：Postsynaptic density (PSD) is a special structure of the postsynaptic membrane in the central nervous system,which is composed of a series of cytoskeletal proteins and synaptic transmission-related signaling molecules:N-methyl-D-aspartate(NMDA) receptor,nerve monoxide synthase(nNOS) etc.Recent studies have found that,as an important structural protein of the PSD,PSD-95 is involved in the information processing of pain by the interaction with the NMDA receptor and nNOS.Inhibitors which is specific for PSD-95 show significant analgesic effect.

Key words:Pain; Postsynaptic density-95; N-methyl-D-aspartate; NR2B; Nitric oxide synthase

收稿日期：2014-12-16修回日期：2015-03-09編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.011

中圖分類號(hào)：R441.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)17-3100-03