袁子棋,繆路榮,李光,張廣欽

(1.中國藥科大學(xué)臨床藥學(xué)教研室,江蘇 南京 211198;2.西南醫(yī)科大學(xué)心血管研究所醫(yī)學(xué)電生理學(xué)教育部重點實驗室,四川 瀘州 646000)

酸敏感離子通道(acid sensing ion channels,ASICs)是一種質(zhì)子門控陽離子通道[1]。ASICs的激活會引起神經(jīng)元的去極化和興奮,是學(xué)習(xí)和記憶、突觸可塑性、機(jī)械感覺以及疼痛感知等病理條件的一個重要過程[2-3]。ASICs作為一種位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)的質(zhì)子感受器,在信號傳遞過程中發(fā)揮重要的作用[4]。組織酸化是導(dǎo)致ASICs激活的一個重要條件,同時也是炎癥性疼痛、缺血性腦損傷、癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的常見特征。近年來發(fā)現(xiàn),ASICs與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的病理過程有著密切的關(guān)系,它被認(rèn)為是一個治療神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病藥物作用的新靶點。本文主要綜述ASICs在神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病中的調(diào)節(jié)作用,以及ASICs相關(guān)藥物的最新研究進(jìn)展。

1 ASICs的結(jié)構(gòu)與分布特點

ASICs由細(xì)胞膜外H+激活,屬于上皮細(xì)胞鈉離子通道/退化蛋白家族成員,具有6個ASIC亞基,包括ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3和ASIC4,并由4個基因編碼。ASICs普遍具有Na+滲透性,其中ASIC1a不僅對Na+有滲透性,還對Ca2+有滲透性[5-6]。ASICs在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)廣泛表達(dá)[3]。天然ASICs一般以同源或異源多聚體的形式存在,ASIC2b和ASIC4本身不能形成功能性通道,但可能與其他ASIC亞基共同表達(dá)形成異質(zhì)多聚體,而其他4個ASIC亞基可以形成功能性多聚體[7]。這些多聚體在離子選擇性、pH敏感性、阻斷劑敏感性、動力學(xué)等方面存在差異。

2 ASICs與炎癥性疼痛

疼痛是一種不愉快的感覺和情感體驗,當(dāng)機(jī)體遭遇傷害性刺激時,刺激會被轉(zhuǎn)化為動作電位,當(dāng)刺激的強(qiáng)度達(dá)到動作電位的閾值時會產(chǎn)生神經(jīng)沖動,之后神經(jīng)沖動沿著初級傳入纖維傳播到中樞神經(jīng)系統(tǒng),最終導(dǎo)致疼痛的產(chǎn)生[8]。許多離子通道位于初級感覺神經(jīng)元中,它們與痛覺的轉(zhuǎn)換、傳遞和調(diào)節(jié)有關(guān),其中位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周感覺神經(jīng)元的ASICs發(fā)揮了重要的作用,它們參與感覺神經(jīng)纖維和脊髓神經(jīng)元對有害刺激的處理和傳遞過程,介導(dǎo)了傷害性感受[9],如在福爾馬林誘導(dǎo)的口面部炎癥性疼痛中,ASIC3和ASIC1共同參與傷害性感受的信號傳遞過程,導(dǎo)致了口面部炎癥性疼痛的產(chǎn)生[10]。此外,ASICs的激活還會通過影響炎癥因子的表達(dá),誘導(dǎo)疼痛的產(chǎn)生,如ASIC1a的激活可以上調(diào)神經(jīng)源性炎癥相關(guān)因子p-p38的表達(dá),間接影響p38/MAPK信號通路,導(dǎo)致前列腺炎性疼痛的產(chǎn)生[11]。

炎癥狀態(tài)下組織損傷部位會導(dǎo)致質(zhì)子、P物質(zhì)、組胺以及降鈣素等物質(zhì)的釋放,這些炎癥介質(zhì)也與炎癥性疼痛的產(chǎn)生有關(guān)。如在肌肉骨骼炎癥性疼痛中[12],ASIC3的激活可以促使免疫細(xì)胞大量釋放炎癥介質(zhì),這些炎癥介質(zhì)會導(dǎo)致傷害性感受器的激活,誘導(dǎo)疼痛的產(chǎn)生。此外,ASICs還與炎癥引起的痛覺過敏有關(guān),如肌肉炎癥所誘發(fā)的痛覺過敏中,ASIC1在原發(fā)性痛覺過敏發(fā)揮關(guān)鍵作用,而ASIC3主要介導(dǎo)的是繼發(fā)性痛覺過敏[13]。綜上,炎癥性的疼痛與ASIC1和ASIC3有著密切的聯(lián)系,它們可以作為鎮(zhèn)痛藥物作用的新靶點。

3 ASICs與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病

已知正常生理條件下,細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的pH值保持在7.0～7.3之間。雖然正常神經(jīng)元活動會導(dǎo)致局部pH值的改變[14],但會將胞質(zhì)pH值維持在其生理范圍內(nèi),pH值的改變一旦超出這個范圍,可能會導(dǎo)致疾病的發(fā)生[15]。在神經(jīng)退行性疾病,缺血性腦損傷,癲癇發(fā)作等中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的病理過程中,神經(jīng)元過度興奮會導(dǎo)致局部組織出現(xiàn)持續(xù)性的酸化,這往往會導(dǎo)致神經(jīng)炎癥的出現(xiàn)[15]。ASICs作為大腦中廣泛表達(dá)的一種pH感受器,具有感知和響應(yīng)微小pH值的變化的能力,這種能力在神經(jīng)炎癥中起關(guān)鍵作用[3]。

3.1 神經(jīng)退行性疾病阿爾茨海默病、帕金森病、多發(fā)性硬化癥等神經(jīng)退行性疾病是一種影響人類正常生活的常見疾病。神經(jīng)退行性疾病的病理特征普遍包括酸中毒以及神經(jīng)元的大量丟失。酸中毒的條件下,一方面可以導(dǎo)致慢性神經(jīng)炎癥的產(chǎn)生,另一方面會導(dǎo)致ASICs的異常激活[16]。研究表明ASIC1a與神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病存在密切關(guān)系。ASIC1a可以通過影響線粒體功能,參與細(xì)胞的凋亡、分化和自噬過程,誘導(dǎo)神經(jīng)元損傷,促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞死亡,推動神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展[17-19]。這主要與ASIC1a位于細(xì)胞線粒體內(nèi)有關(guān)。線粒體是發(fā)生氧化磷酸化的重要部位。若線粒體功能障礙,則會導(dǎo)致氧化磷酸化過程受阻以及ATP生成減少,引起神經(jīng)元細(xì)胞受損,促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞死亡[19]。位于細(xì)胞線粒體內(nèi)的ASIC1a是線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的重要調(diào)節(jié)因子[18],它可以通過影響線粒體功能,間接影響氧化磷酸化過程和ATP的生成,最終導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的死亡。

神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生往往涉及多條途徑。研究表明帕金森病除了與ASICs誘導(dǎo)多巴胺能神經(jīng)元的退化有關(guān)[20],還與Parkin底物單泛素化缺陷有關(guān),單泛素化缺陷可以增強(qiáng)非神經(jīng)元細(xì)胞中的ASIC2a,導(dǎo)致興奮性毒性的增強(qiáng),進(jìn)一步導(dǎo)致了帕金森病的發(fā)生[21]。阿爾茨海默病中,ASIC1a通過影響CA1椎體神經(jīng)元中AMPA受體的數(shù)目和功能,參與AMPA受體介導(dǎo)的代謝性谷氨酸受體觸發(fā)的長時程抑制[22]。此外,β-淀粉樣蛋白(Aβ)與阿爾茨海默病的發(fā)生機(jī)制有關(guān)。研究表明Aβ可以調(diào)節(jié)海馬CA1錐體神經(jīng)元的內(nèi)在興奮性。而ASIC1a通過影響Aβ,參與Aβ介導(dǎo)的去極化反應(yīng),進(jìn)而影響椎體神經(jīng)元的興奮性,推動阿爾茨海默病的發(fā)生[23]。

3.2 精神疾病杏仁核主要表達(dá)ASIC1a,它是焦慮、恐懼、抑郁等情緒行為的核心[24]。ASIC1a可以通過抑制基底外側(cè)杏仁核興奮發(fā)揮抗焦慮作用[25]。條件性恐懼的消除需要海馬、內(nèi)側(cè)前額葉皮層(mPFC)和基底外側(cè)杏仁核(BLA)相關(guān)回路的動態(tài)參與。ASIC1a在調(diào)節(jié)這些回路方面中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,促進(jìn)了恐懼記憶的消除[26]。此外在抑郁癥中,ASIC1a可以影響抑郁癥的生化標(biāo)志物腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)的表達(dá),如ASIC1a抑制劑可以阻止壓力情緒引起的BDNF水平的降低[27]。因此, ASIC1a的抑制劑具有阻止精神疾病的發(fā)展的潛力。

3.3 缺血性疾病缺血性腦損傷的研究主要關(guān)注的是Ca2+超載引起的神經(jīng)元損傷以及組織酸中毒誘發(fā)的腦神經(jīng)元損傷。酸中毒或組織pH值降低與血流量減少而導(dǎo)致的缺氧有關(guān),缺氧會導(dǎo)致乳酸堆積并伴隨ATP水解釋放質(zhì)子,從而導(dǎo)致pH的下降[3]。ASIC1a作為唯一已知對Ca2+有滲透性的ASIC亞基,在酸中毒的情況下會被激活。ASIC1a的激活會促進(jìn)Ca2+內(nèi)流,導(dǎo)致胞內(nèi)Ca2+大量積聚引起神經(jīng)元毒性,進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)元死亡[28],如在酸性條件下,ASIC1a會導(dǎo)致谷氨酸受體依賴性神經(jīng)元的損傷,促進(jìn)缺血性腦損傷的發(fā)展[29-30]。

此外,糖尿病也會加重缺血性腦損傷[31]。主要是因為使用胰島素治療糖尿病會產(chǎn)生低血糖的副作用[32]。低血糖會使缺血后灌注不足和缺血性腦損傷程度加重,ASIC1a抑制劑可以抑制這種情況的發(fā)生,表明ASIC1a與低血糖引起的灌注不足和缺血性腦損傷程度加重有關(guān)[33]。同時ASIC3也與缺血性腦損傷有關(guān),ASIC3可以引起血管平滑肌細(xì)胞中鈣庫操縱的Ca2+內(nèi)流增加,Ca2+增加會影響血管張力,引起對腦血管的收縮作用,促進(jìn)缺血性腦損傷的發(fā)展[33]。

3.4 癲癇病Ca2+超載以及組織酸中毒誘發(fā)的神經(jīng)元損傷與癲癇病也存在密切聯(lián)系。Ca2+超載促進(jìn)興奮性遞質(zhì)谷氨酸和ATP的釋放,誘導(dǎo)癲癇的發(fā)展[34]。癲癇病也會導(dǎo)致組織pH值的改變引起ASICs的激活。不同ASIC亞基所參與的癲癇類型有所不同。ASIC1a、ASIC2b和ASIC3主要與大鼠癲癇的持續(xù)性發(fā)作有關(guān)[35-36]。ASIC2a則會增強(qiáng)梨狀皮層對癲癇發(fā)生的易感性[37],而ASIC3與ASIC1a的激活既可以抑制癲癇發(fā)作,降低癲癇發(fā)作時的嚴(yán)重程度[38-39],也可以導(dǎo)致癲癇的發(fā)生,如局灶性皮質(zhì)發(fā)育不良導(dǎo)致的癲癇[40]以及毛果蕓香堿誘導(dǎo)[35]的大鼠持續(xù)性癲癇都與ASICs的激活有關(guān)。因此,我們推測不同部位ASICs的激活在癲癇病中發(fā)揮的作用不同。位于抑制性中樞神經(jīng)元中的ASIC1a和ASIC3可能與終止癲癇的作用機(jī)制有關(guān),位于興奮性抑制中樞神經(jīng)元中的ASIC1a和ASIC3可能與癲癇的產(chǎn)生有關(guān)。

4 以ASICs為靶點的抑制劑及藥物

4.1 常見的ASICs的阻斷劑阿米洛利本身是一種保鉀利尿劑和排鈉劑,同時還是ASICs的非特異性阻斷劑,被廣泛用于與ASICs相關(guān)的研究。阿米洛利在炎癥疼痛方面表現(xiàn)出了良好的鎮(zhèn)痛作用,主要體現(xiàn)在鞘內(nèi)注射阿米洛利和苯甲酰胺,可以阻止大鼠脊髓神經(jīng)結(jié)扎模型中傷害感受的產(chǎn)生[41];局部外周同側(cè)注射阿米洛利,可以用于減少5-羥色胺、辣椒素或福爾馬林在酸性條件下誘導(dǎo)的傷害性行為[42]。阿米洛利在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中不僅可以達(dá)到鎮(zhèn)痛的目的,還可以抑制酸化誘導(dǎo)的大鼠關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡,保護(hù)線粒體功能[43]。同時,阿米洛利在治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病方面也表現(xiàn)出了一定的潛力。在腦缺血和帕金森模型中,阿米洛利可以通過阻斷中樞神經(jīng)元中的ASICs發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用,從而阻止疾病的發(fā)展[43-44]。阿米洛利通過抑制ASICs可以減少動物模型中的焦慮反應(yīng),研究人員對此還設(shè)計了經(jīng)鼻輸送阿米洛利的方式,使其可以更快地發(fā)揮抗焦慮作用[45]。此外,阿米洛利通過抑制ASIC1a和ASIC3阻止毛果蕓香堿誘導(dǎo)的大鼠癲癇持續(xù)狀態(tài)[35]。

動物毒素肽如Psalmotoxin 1(PcTx1)、Hila和APETx2作為ASICs的特異性阻斷劑,通過阻斷ASICs發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用,在鎮(zhèn)痛方面普遍顯現(xiàn)出了作為候選鎮(zhèn)痛藥物的潛力。此外在中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病中PcTx1作為ASIC1a的特異性阻斷劑,可以減少梗死面積,保護(hù)神經(jīng)元,同時還可以防止細(xì)胞凋亡。Hila與PcTx1功能類似,它除了可以減少梗死面積,保護(hù)神經(jīng)元還可以改善神經(jīng)和運(yùn)動功能[46],如往嚙齒動物腦室內(nèi)注射ASIC1a阻滯劑阿米洛利和PcTx1,可以減少短暫的大腦中動脈閉塞誘導(dǎo)的缺血后的梗死體積[3]。此外,APETx2是ASIC3的特異性阻斷劑,能夠減弱酸中毒誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞毒性,抑制細(xì)胞凋亡[46]。這些毒素肽還可以通過阻斷ASIC1a和ASIC3,防止低血糖誘導(dǎo)的缺血性灌注不足和降低缺血性腦損傷程度,阻止因ASICs激活導(dǎo)致的缺血后灌注不足[33]。

4.2 天然產(chǎn)物目前一些天然產(chǎn)物用于與ASICs相關(guān)的研究。這些天然產(chǎn)物也普遍與鎮(zhèn)痛有關(guān)。白藜蘆醇是一種存在于葡萄和紅葡萄酒中的天然化合物,可以用于緩解各種條件下的疼痛。白藜蘆醇的鎮(zhèn)痛機(jī)制與ASICs有關(guān),通過抑制ASIC3介導(dǎo)的電生理活動和局部的傷害性感受,達(dá)到減少傷害性行為以及減輕局部炎性疼痛的目的[48]。龍血竭總黃酮是從龍血竭提取出來的主要鎮(zhèn)痛活性成分,它可以通過抑制ASIC3起到鎮(zhèn)痛作用[49]。同樣的姜黃素也可以通過抑制ASIC3,達(dá)到治療福爾馬林誘導(dǎo)的口面部炎癥性疼痛的目的[50]。此外,從中草藥芍藥根部提取的芍藥苷,可以抑制三叉神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元細(xì)胞中的ASICs,在治療口面部外周炎性疼痛中也表現(xiàn)出了鎮(zhèn)痛的作用[50]。除了鎮(zhèn)痛,芍藥苷還表現(xiàn)出了治療帕金森病的潛力,研究表明它與ASIC1a阻斷劑有類似的作用,在帕金森病中具有神經(jīng)保護(hù)的作用,具體體現(xiàn)在芍藥苷可以延緩多巴胺能神經(jīng)元丟失,減少多巴胺及其代謝物,保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元。同時,芍藥苷可以通過調(diào)節(jié)ASIC1a的表達(dá)和活性,降低α-突觸核蛋白的水平,改善自噬功能障礙,通過增強(qiáng)α-突觸核蛋白的自噬降解,保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元免受6-羥基多巴胺引起的神經(jīng)毒性作用[20]。

4.3 臨床藥物在早期的研究中,非甾體抗炎藥(NSAIDs)主要通過抑制環(huán)氧化酶來發(fā)揮抗炎,解熱和鎮(zhèn)痛作用。近些年研究發(fā)現(xiàn)NSAIDs還可以通過抑制ASICs發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用,如氟比洛芬可以特異性的阻斷對PcTx1敏感的ASIC1a;水楊酸及雙氯芬酸可特異性的阻斷ASIC3通道[51]。此外,NSAIDs通過抑制ASICs還可以發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用,如吡羅昔康可以通過抑制ASIC1a,用于預(yù)防腦缺血導(dǎo)致的神經(jīng)元變性[52]。阿司匹林及其代謝物水楊酸通過抑制ASICs,用于治療缺血性中風(fēng)[53]。雙氯芬酸通過阻斷ASICs,用于治療與酸中毒有關(guān)的疾病[54]。

同時中藥方劑也可以用于抑制炎性疼痛的產(chǎn)生。骨青顆粒是在補(bǔ)腎方劑青蛾丸的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整的中藥方劑,它由補(bǔ)骨脂、骨碎補(bǔ)、杜仲、烏梢蛇4味中藥組成。骨青顆?？梢酝ㄟ^抑制ASIC3的表達(dá)發(fā)揮抗炎鎮(zhèn)痛和保護(hù)軟骨的作用。在臨床上骨青顆粒已經(jīng)被用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎并取得了良好的療效[55]。

此外,研究表明一些抗癲癇藥物主要通過激活/阻斷ASICs發(fā)揮抗癲癇的作用。其中拉莫三嗪可以通過抑制ASIC1a發(fā)揮抗癲癇作用[56]。托吡酯通過增強(qiáng)抑制性中樞神經(jīng)元上的ASIC1a同聚體的表達(dá)抑制癲癇的發(fā)作[38]。綜上,不同部位ASICs的激活在癲癇病中發(fā)揮的作用不同。

5 結(jié)語與展望

綜上所述,不同ASIC亞基在神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的病理過程中所發(fā)揮的作用以及作用的位點不同。近年來針對神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的藥物大多以ASIC1a和或ASIC3為靶點。表明ASIC1a和ASIC3是對神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病最重要的兩種ASIC亞基。此外在其他研究中還發(fā)現(xiàn)了有關(guān)ASIC2a和ASIC2b參與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的報道。表明其他ASIC亞基也可能參與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的病理過程,這提示可以基于不同ASIC亞基作用的差異性以及結(jié)構(gòu)特性,開發(fā)選擇性高,療效好,副作用低的藥物用于神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的治療。雖然開發(fā)這種藥物還有很長的一段路要走,但是對于神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病來說ASICs是一個極具潛力的藥物靶點。