脊髓5-HT2A受體在疼痛中的作用與機(jī)制

王江博，楊清湖，孫志宏，白占濤*

(延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西省區(qū)域生物資源保育與利用工程技術(shù)研究中心，陜西省紅棗重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西延安716000)

摘要：5-HT2A(5-羥色胺2A)受體參與疼痛下行抑制和下行易化，顯示出矛盾的鎮(zhèn)痛或致痛效應(yīng)，但目前對(duì)其分子細(xì)胞機(jī)制的理解仍較混亂。本文介紹5-HT2A受體的結(jié)構(gòu)、表達(dá)分布及其參與鎮(zhèn)痛或致痛的調(diào)控機(jī)制，以闡明脊髓5-HT2A受體在疼痛調(diào)控過程中的作用。對(duì)新近的研究結(jié)果綜述發(fā)現(xiàn)，在不同的細(xì)胞類型和疼痛刺激狀態(tài)下，5-HT2A受體的鎮(zhèn)痛是源于降低脊髓抑制能神經(jīng)元γ氨基丁酸(GABA)的釋放，產(chǎn)生突觸抑制；致痛效應(yīng)則可能是通過激活蛋白激酶C(PKC)途徑導(dǎo)致持續(xù)性鈣離子內(nèi)流使疼痛神經(jīng)元興奮。

關(guān)鍵詞：脊髓；5-HT2A受體；鎮(zhèn)痛；致痛

中圖分類號(hào)：Q426

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-602X(2015)01-0037-03

收稿日期：2014-12-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81171038、81470051)；陜西省科技廳項(xiàng)目(2010JM404、2011K17-01-04和2012K01-12)；陜西省教育廳項(xiàng)目(12JS121)；陜西省高水平大學(xué)建設(shè)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2012SXTS06)；延安大學(xué)研究生創(chuàng)新教育計(jì)劃項(xiàng)目

通訊作者

作者簡(jiǎn)介：王江博(1989—)，男，陜西延川人，延安大學(xué)在讀碩士研究生。*

Abstract：5-HT2A receptor displays paradox analgesia and/or algogenia in descending pain inhibition and facilitation.However,the molecular and cellular mechanisms of 5-HT2A receptor-involved pain are still unclear so far.For clarifying the modulatory role of spinal 5-HT2A receptor underling pain control,we would review the molecular structure,spatial-temporal expression and functional plasticity of 5-HT2A receptor in spinal cord.It could be summed up that analgesia effect of spinal 5-HT2A receptor may lie in inhibiting the release of GABA from neurons,which results in synaptic inhibition.Algogenic effect of the receptor may induce activation of PKC pathway,which lead to sustained calcium influx and thus excite painful neurons.

疼痛是當(dāng)前困擾人類健康的生物醫(yī)學(xué)難題，已被認(rèn)同為“一種臨床疾病”。疼痛病因復(fù)雜，如神經(jīng)組織外傷、蜇傷、炎癥、癌癥晚期等均可引起持續(xù)的慢性痛。疼痛表癥多樣化，如除在軀體損傷部位表現(xiàn)持續(xù)自發(fā)痛、原發(fā)性痛敏和損傷部位周圍區(qū)域出現(xiàn)繼發(fā)性痛敏外，在損傷部位同體節(jié)的對(duì)側(cè)對(duì)稱部位亦出現(xiàn)所謂“鏡像痛敏”。疼痛是機(jī)體環(huán)境刺激后，致痛物質(zhì)從組織產(chǎn)生及釋放，痛覺信息傳導(dǎo)和感覺中樞的感知，并進(jìn)入意識(shí)階段的復(fù)雜過程。有關(guān)疼痛診療策略和新藥物靶點(diǎn)研究已持續(xù)成為近年來的生物醫(yī)學(xué)熱點(diǎn)。

5-HT最早是Rapport等從血清素中分離出來的，命名為serotonin。Erspamer和Boretti又從腸粘膜的嗜鉻細(xì)胞發(fā)現(xiàn)腸胺。后證實(shí)兩者系同一化合物，新命名為5-HT(5-羥色胺)。5-HT在中樞和外周均有分布。根據(jù)對(duì)特異性激動(dòng)劑和拮抗劑選擇性的不同，可將5-HT受體分為7類，分別為5-HT1受體、5-HT2受體、5-HT3受體、5-HT4受體、5-HT5受體、5-HT6受體、5-HT7受體。目前認(rèn)為，與疼痛關(guān)系密切的受體主要有5-HT1A受體、5-HT2A受體、5-HT3受體、5-HT4受體、5-HT7受體。其中，5-HT2受體又包括5-HT2A、5HT2B、5-HT2C受體三種亞型[1]。研究表明，5-HT2A受體參與了疼痛調(diào)控[2，3]。本文從5-HT2A受體的結(jié)構(gòu)、表達(dá)分布及其介導(dǎo)的致痛與鎮(zhèn)痛效應(yīng)，以圖豐富脊髓5-HT2A受體在疼痛調(diào)控過程中致痛或致痛的矛盾作用與機(jī)制。

15-HT2A受體的分子結(jié)構(gòu)與表達(dá)分布

5-HT2A受體具有7個(gè)跨越細(xì)胞膜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)各有3個(gè)跨膜連接環(huán)結(jié)構(gòu)與跨膜區(qū)相連，與其他5-HT2受體具有結(jié)構(gòu)同源性。5-HT2A受體由1413個(gè)核苷酸編碼的471個(gè)氨基酸構(gòu)成，其本質(zhì)是糖蛋白。5-HT2A受體基因包括3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，該基因的跨度范圍為20堿基。5-HT2A受體的編碼基因是HTR2A基因，在人類基因組中位于13號(hào)染色體長(zhǎng)臂14-21區(qū)，與大鼠5-HT2A受體有87%的同源性。5-HT2A受體是G蛋白偶聯(lián)受體[4]，以三磷酸肌醇(IP3)為第二信使，與G蛋白偶聯(lián)激活磷脂酶C，水解4，5-二磷酸肌醇為IP3和二酰基甘油(DAG)，它的激活還可以增加Cl-電導(dǎo)，降低K+電導(dǎo)，使膜去極化，增加神經(jīng)元興奮性。

5-HT在非神經(jīng)組織和神經(jīng)系統(tǒng)均廣有分表達(dá)。機(jī)體中99%的5-HT分布在外周，僅有1%的5-HT存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在外周非神經(jīng)組織中，90%的5-HT存在于消化道粘膜，8%-9%在血小板，還有少量存在于肥大細(xì)胞。與之對(duì)應(yīng)，5-HT2A受體亦多見于血小板、血管平滑肌、子宮平滑肌和其他組織。5-HT2A受體大量呈現(xiàn)于大腦皮層，亦多見于在基底節(jié)、海馬區(qū)和腦干。5-HT2A受體在背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglia，DRG)的初級(jí)傳入神經(jīng)元和脊髓背角也有表達(dá)。通過免疫定位，證明5-HT2A受體表達(dá)于DRG細(xì)胞的質(zhì)膜，且沿著質(zhì)膜分布在感覺神經(jīng)細(xì)胞和衛(wèi)星細(xì)胞的交接處[5]。我們發(fā)現(xiàn)的近期工作發(fā)現(xiàn)，5-HT2A受體在脊髓膠質(zhì)細(xì)胞也有少量存在。提示，在神經(jīng)系統(tǒng)，5-HT2A在神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞呈現(xiàn)為多樣性的表達(dá)分布。因此提示，5-HT及其5-HT2A受體的功能調(diào)控具有組織和細(xì)胞特異性。

2脊髓5-HT2A受體與下行通路

中樞5-HT是腦干下行抑制疼痛通路中參與鎮(zhèn)痛作用的主要的神經(jīng)活性物質(zhì)。下行5-HT主要源于延髓頭端內(nèi)側(cè)部(RVM)的中縫大核(NRM)和中腦背縫核(DRM)，其終末端主要投射在脊髓背角。RVM是下行痛覺調(diào)控系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，是整合脊髓中樞痛覺調(diào)控信息并下行傳遞至脊髓的中繼站。越來越多的證據(jù)顯示，脊髓5-HT具有“抑制”和“易化”的雙向調(diào)制作用，不僅抑制傷害性信息的傳遞，而且通過下行易化系統(tǒng)參與慢性疼痛發(fā)生、發(fā)展和維持。且在病理性疼痛中，下行抑制與易化的失衡，會(huì)導(dǎo)致易化系統(tǒng)的增強(qiáng)[6]。

脊髓5-HT受體的激活對(duì)疼痛的調(diào)制則更為復(fù)雜。5-HT2受體與磷脂酶C(PLC)的興奮性偶聯(lián)使神經(jīng)元的興奮性增強(qiáng)。5-HT2A與5-HT2C受體在脊髓投射神經(jīng)元和初級(jí)傳入纖維均有分布，它們的激活可引起促傷害效應(yīng)。相反，位于脊髓抑制性中間神經(jīng)元的5-HT2A和5-HT2C受體介導(dǎo)的則是抗傷害效應(yīng)。位于藍(lán)斑的5-HT2A和5-HT2C受體通過控制下行去甲腎上腺素和多巴胺在脊髓背角的釋放參與傷害性信息的調(diào)制過程[7]。因此表明，5-HT及其5-HT2A受體通過下行易化或下行抑制而產(chǎn)生互相矛盾的致痛或鎮(zhèn)痛效應(yīng)。

3脊髓5-HT2A受體與疼痛調(diào)制

5-HT因?yàn)樽饔玫奈稽c(diǎn)不同或與組織中不同的受體亞型作用而表現(xiàn)出鎮(zhèn)痛或致痛效應(yīng)。越來越多的證據(jù)清楚表明，在諸如福爾馬林模型、角叉菜膠模型、完全氟式佐劑模型、坐骨神經(jīng)慢性結(jié)扎模型、糖尿病神經(jīng)痛模型等疼痛模型上，5-HT2A受體參與疼痛調(diào)控。但迄今，有關(guān)其機(jī)制尚待明晰。

3.1脊髓5-HT2A與鎮(zhèn)痛

5-HT是下行抑制系統(tǒng)參與鎮(zhèn)痛作用的主要神經(jīng)遞質(zhì)。脊髓中的5-HT主要來源于腦干5-HT能神經(jīng)末梢的下行投射，這些5-HT終止于脊髓背角，發(fā)揮其鎮(zhèn)痛作用。研究發(fā)現(xiàn)，鞘內(nèi)注射5-HT可以起到鎮(zhèn)痛的作用。多種5-HT受體亞型表達(dá)分布于脊髓背角，主要有5-HT1受體、5-HT2受體、5-HT3受體、5-HT7受體，它們?cè)诩顾鑲Ω惺苄哉{(diào)節(jié)中起著重要的作用，其中5-HT2A受體研究與疼痛的關(guān)系倍受關(guān)注。

實(shí)驗(yàn)研究證明，在福爾馬林模型和坐骨神經(jīng)結(jié)扎模型中，5-HT2A受體在中樞參與了鎮(zhèn)痛作用。在福爾馬林模型，通過鞘內(nèi)注射5-HT2A受體的激動(dòng)劑α甲基5-HT，劑量依懶性的抑制足底皮下福爾馬林誘發(fā)的痛敏[8]。同樣，坐骨神經(jīng)結(jié)扎模型中，鞘內(nèi)注射α甲基5-HT可以劑量依懶性的抑制熱敏痛，這種作用在被預(yù)前鞘內(nèi)注射5-HT2A受體的拮抗劑酮色林逆轉(zhuǎn)[8]。此外，大麻素鎮(zhèn)痛通過激活抑制CB1(大麻素1)受體起到鎮(zhèn)痛，這一過程中激活了脊髓5-HT2A受體[9，10]。單關(guān)節(jié)炎模型中，注射曲馬多可劑量依賴性的抑制痛敏，5-HT2A受體可以拮抗這種鎮(zhèn)痛作用[11]。因此表明，5-HT2A受體具有鎮(zhèn)痛功效。

在脊髓背角存在大量的GABA能神經(jīng)元，其可以與傳入的神經(jīng)纖維形成突觸連接。缺少或者減少鉀-氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)(KCC2)表達(dá)可導(dǎo)致GABA去極化作用從而減少突觸后抑制。最近研究表明，特異性激活5-HT2A受體，可上調(diào)KCC2，恢復(fù)內(nèi)源性抑制[12]。因此，5-HT2A受體產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用的機(jī)制可能是通過抑制脊髓神經(jīng)遞質(zhì)GABA的釋放，產(chǎn)生突觸抑制作用。

3.2脊髓5-HT2A與致痛

研究證據(jù)表明，5-HT下行易化途徑參與了疼痛。在這一途徑中，5-HT2A受體在脊髓致敏中起到了非常重要的作用。在誘發(fā)放電的背角神經(jīng)元中，注射5-HT2A受體的拮抗劑酮色林(ketserin)可以劑量依賴性的抑制機(jī)械痛敏和熱痛敏，而注射5-HT2A受體的激動(dòng)劑DOI卻起到了興奮神經(jīng)元的作用。在福爾馬林模型中，鞘內(nèi)注射5-HT2A受體的激動(dòng)劑DOI同樣增加了疼痛程度，這種現(xiàn)象可以被5-HT2A受體拮抗劑酮色林阻斷[13]。在2′3′二脫氧胞苷誘導(dǎo)的神經(jīng)痛模型下，脊髓腰段L4第二層、第三層5-HT2A受體明顯增多，大鼠熱敏痛和機(jī)械痛異常增強(qiáng)。這種痛敏增強(qiáng)現(xiàn)象可被鞘內(nèi)注射5-HT2A受體拮抗劑MDL11，939逆轉(zhuǎn)[14]。Vincristine(長(zhǎng)春新堿)處理的大鼠，持續(xù)5天鞘內(nèi)注射5-HT2A受體拮抗劑可以劑量依賴性的抑制熱敏痛和機(jī)械痛，免疫組化顯示脊髓背角淺層(Ⅰ-Ⅱ)深層(Ⅴ-Ⅵ)Fos陽性神經(jīng)元顯著增多[15]。我們的近期研究也發(fā)現(xiàn)，鞘內(nèi)注射5-HT2A受體拮抗劑ketserin劑量依賴性的抑制熱敏痛和機(jī)械痛。上述結(jié)果表明，5-HT2A受體介導(dǎo)致痛效應(yīng)的發(fā)生、發(fā)展和維持。

研究表明，5-HT可通過神經(jīng)元的(PKC)途徑來介導(dǎo)痛覺過敏。5-HT2A受體激動(dòng)劑引起疼痛的可能機(jī)制是：激活5-HT2A受體之后，鈣離子會(huì)大量流入到細(xì)胞內(nèi)，激活PKC，PKC導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性改變，引起鈣離子持續(xù)性內(nèi)流，導(dǎo)致神經(jīng)元持續(xù)或異常興奮，誘發(fā)痛敏[14，15]。PKC通路的發(fā)現(xiàn)，為5-HT2A受體介導(dǎo)致痛效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制提供了一條合理的解釋。但有關(guān)5-HT2A-PKC通路與細(xì)胞表達(dá)分布、疼痛的刺激類型、刺激強(qiáng)度選擇性的闡明，仍有待大量的深入探究。

4結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的和生物技術(shù)的不斷發(fā)展，催生有關(guān)疼痛生物醫(yī)學(xué)診療理念、策略和方法不斷地更新。但仍將在短時(shí)間，無法克服目前臨床鎮(zhèn)痛藥品多具副作用的缺憾。鑒于5-HT及其受體亞型的多樣性，進(jìn)一步闡明其致痛與致痛效應(yīng)矛盾性的分子細(xì)胞機(jī)制，將有助于以5-HT2A受體作為鎮(zhèn)痛靶點(diǎn)的轉(zhuǎn)化生物醫(yī)學(xué)新理解。有關(guān)5-HT2A受體表達(dá)、激活的時(shí)空可塑性變化，該受體與疼痛刺激的類型、強(qiáng)度的相關(guān)性，受體特異性亞型藥物篩選，仍將是未來疼痛生物醫(yī)學(xué)的一大研究熱點(diǎn)。

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[責(zé)任編輯李曉霞]

The Role of Spinal 5-HT2AReceptor in Pathological Pain

WANG Jiang-bo,YANG Qing-hu,SUN Zhi-hong,BAI Zhan-tao*

(College of Life Sciences,Yan'an University,Engineering and Technological Research Center for Conversation

and Utilization of Regional Biological Resources,Shaanxi Provincial Key Lab of Red Dates,Yan'an 716000,China)

Key words：spinal cord; 5-HT2Areceptor; analgesia; algogenia