何 龍 綜述,畢曉姣,劉金同,胡 蕾△ 審校

[1.山東大學齊魯醫(yī)學院,山東 濟南 250014;2.山東省精神衛(wèi)生中心(山東大學附屬精神衛(wèi)生中心)臨床心理二科,山東 濟南 250014;3.中國人民解放軍32126部隊,遼寧 沈陽 110113]

OPRL1基因編碼孤啡肽受體(NOP),該受體又名阿片受體樣受體1(ORL-1),其內源性配體稱為痛敏肽或孤啡肽(N/OFQ)[1],同屬于內啡肽系統(tǒng)。該系統(tǒng)由內源性肽類物質、阿片受體和內啡肽神經元共同組成[2],其中阿片受體有μ-阿片受體、κ-阿片受體和δ-阿片受體及NOP 4個亞型,其對應的4種內源性肽類物質作為配體(內啡肽、強啡肽、腦啡肽和孤啡肽),它們通過和靶細胞膜上的阿片受體結合后產生作用,具有參與疼痛調節(jié)、情緒反應、免疫功能、進食、心血管和呼吸控制等功能[3-4]。其中,由OPRL1基因編碼的NOP受體及其配體N/OFQ近年來已成為疼痛及精神心理疾病領域的研究熱點,在疼痛的調節(jié)、焦慮、抑郁、學習和記憶、藥物依賴和成癮及運動等方面有重要作用。下面就OPRL1基因與疼痛及精神心理疾病之間的相關研究進展進行綜述,以期為后續(xù)更全面、更深入地研究該基因提供思路。

1 OPRL1基因的結構與功能

1.1OPRL1基因的結構 OPRL1基因位于人類染色體20q13.33,包含20 552個堿基對,共有5個外顯子,4個內含子。該基因在人類和大鼠、黑猩猩中堿基序列同源性較高。有研究顯示,人與大鼠的OPRL1基因的同源性可達92%[2],與黑猩猩的OPRL1基因的同源性為98.8%～100.0%。但該基因的表達水平在人類與黑猩猩之間存在顯著差異,人類OPRL1基因的表達是黑猩猩的2～3倍[5]。

1.2OPRL1基因的功能 OPRL1基因可編碼NOP受體,是一種7次跨膜的G蛋白偶聯受體。當NOP受體-配體復合物形成后,其在細胞膜內一方面可以作為腺苷酸環(huán)化酶的抑制因素,間接阻斷鈉離子內流,減弱受刺激后產生的電位;另一方面可使目標細胞的鉀離子外流增加、鈣離子內流減少,從而降低細胞敏感性,最終使目標細胞生物學功能降低[1]。該受體主要表達于大腦、睪丸等14種組織,在神經系統(tǒng)廣泛表達,尤其是多表達于伏隔核、杏仁核、終紋床核、扣帶回皮層、腳間核、海馬、韁核、中縫背核、導水管周圍灰質、中腦腹側被蓋區(qū),以及脊髓的背角和腹角[6]。OPRL1基因在中樞神經系統(tǒng)不同位置的高度表達與疼痛及多種精神心理疾病的關系如下:前扣帶回皮層、中腦導水管周圍灰質、延髓頭端腹內側區(qū)及背根神經節(jié)與疼痛的調控相關;中縫背核及杏仁核參與抑郁障礙的發(fā)生;杏仁核、伏隔核及中腦腹側被蓋區(qū)參與精神活性物質所致障礙;杏仁核與應激相關障礙相關;孤獨譜系障礙、阿爾茨海默病等其他精神心理疾病中NOP受體發(fā)揮作用的腦區(qū)有待進一步研究。

2 OPRL1基因與疼痛相關疾病的研究

2.1NOP受體在疼痛調節(jié)中的功能 OPRL1基因編碼NOP受體,其在導水管周圍灰質、丘腦核、軀體感應皮質、延髓頭端腹內側區(qū)及臂側旁核等疼痛相關區(qū)域均高度表達,在脊髓及背根神經節(jié)也高度表達[7]。目前研究結果顯示,NOP受體在不同部位的表達對疼痛的調節(jié)作用不同:在動物行為學試驗中證實,在導水管周圍灰質局部注射N/OFQ可以顯著誘發(fā)大鼠對觸摸痛的痛敏反應[8];在導水管周圍灰質和延髓頭端腹內側區(qū)內局部注射還能直接阻斷由嗎啡誘導的大鼠鎮(zhèn)痛效應[9]。此外,有研究結果顯示,給大鼠外周血注射N/OFQ可以減少由炎癥或壓力引發(fā)的內臟超敏反應,而不會影響其基礎的敏感性,提示N/OFQ的內臟抗痛覺過敏作用與外周NOP受體有關[10]。在椎間盤退行性疾病導致腰背痛的患者中發(fā)現,解除高滲環(huán)境后,髓核細胞OPRL1基因的表達顯著增高,其表達增高可能與髓核細胞滲透壓變化引起的椎間盤退變性疾病所致腰痛有關[11]。以上研究提示,NOP受體在脊髓以上神經系統(tǒng)調節(jié)痛覺敏感度,而在外周和脊髓水平有鎮(zhèn)痛作用。

2.2OPRL1基因的表達與疼痛的關系 多數研究顯示,OPRL1基因在中樞神經表達與疼痛及痛敏度呈正相關。在坐骨神經慢性壓迫性損傷誘導的神經性疼痛模型中,NOP受體在中縫背核、中縫大核及中腦導水管周圍灰質的表達量均顯著上升,并且局部的N/OFQ水平也上升[7]。在電針治療耐受(EAT)的研究中發(fā)現,60 Hz電針連續(xù)6 h誘發(fā)EAT,在電針刺激2～18 h內大多數中樞神經核團的N/OFQ水平升高,并與痛閾呈負相關,EAT誘發(fā)后繼續(xù)持續(xù)電針治療會引起NOP受體mRNA表達上下波動,研究者推測EAT的發(fā)生與恢復可能與N/OFQ及其受體在鎮(zhèn)痛相關細胞核或區(qū)域的特異性表達模式有關[12]。SEO等[13]發(fā)現姜黃素和印度乳香可作為孤啡肽的受體拮抗劑,選擇性下調神經膠質細胞OPRL1基因的表達,這與疼痛緩解有關。也有少數研究并不支持OPRL1基因在中樞神經表達與疼痛及痛敏度呈正相關。PALMISANO等[14]測定了神經性疼痛小鼠模型中選定大腦區(qū)域的NOP受體及N/OFQ表達水平,結果顯示,在坐骨神經結扎14 d后不同腦區(qū)其表達水平不同:丘腦內NOP受體及N/OFQ的mRNA水平顯著下降,提示下丘腦-垂體-腎上腺軸并未活化;在前扣帶回其mRNA水平增加,提示NOP受體及N/OFQ在疼痛調節(jié)回路中有特殊的參與;在杏仁核其mRNA水平增加,提示其在參與情緒調節(jié)。此外,DISTRUTTI等[15]在新生兒-母體分離大鼠模型中發(fā)現,OPRL1基因的表達與疼痛呈負相關,大鼠疼痛導致OPRL1基因mRNA表達顯著下降,而益生菌VSL#3可使其表達上升,并緩解其疼痛。從上述研究結果看,OPRL1基因表達與疼痛的關系是有爭議的,在不同的試驗模型中顯示調節(jié)疼痛作用并不相同,其機制有待進一步研究。

3 OPRL1基因與精神心理疾病的相關研究

3.1OPRL1基因與抑郁障礙的相關研究 抑郁障礙發(fā)病機制復雜,尚未完全闡明,但目前多認為抑郁障礙是遺傳和環(huán)境交互作用所導致的。近年來研究顯示,NOP受體及N/OFQ在抑郁障礙發(fā)病中具有重要作用。NOP受體在顱腦內杏仁核、中縫背核及藍斑等部位高度表達,而這些區(qū)域正是焦慮、恐懼、壓力等情感反應的集成區(qū)域[5]。已有多項研究顯示,N/OFQ可抑制多種抑郁障礙相關神經遞質,包括5-羥色胺(5-HT)、去甲腎上腺素(NE)和多巴胺(DA)等。有研究發(fā)現,N/OFQ可抑制5-HT、NE和DA的釋放,從而減少單胺能神經傳遞,這是可能導致抑郁障礙的重要機制[8]。也有研究提示,可能是N/OFQ作用于γ-氨基丁酸(GABA)能神經元,從而抑制5-HT能神經元使其無法有效增加5-HT水平,從而導致抑郁障礙的發(fā)生[16]。有研究顯示,產后抑郁障礙患者血液中N/OFQ含量顯著升高,其愛丁堡產后抑郁量表評分與N/OFQ含量呈正相關,表明血漿N/OFQ與產后抑郁癥的發(fā)生發(fā)展可能有一定關系[8,17]。而對于NOP受體與抑郁障礙的研究中,關于NOP受體相關藥物的開發(fā)可能也利用了N/OFQ對抑郁障礙相關神經遞質的作用。例如,有研究發(fā)現,NOP受體拮抗劑的抗抑郁作用機制:抑郁障礙患者的N/OFQ升高,從而抑制突觸間的兒茶酚胺(特別是5-HT)的釋放,導致突觸間隙兒茶酚胺水平降低;而NOP受體拮抗劑可逆轉的抑制作用可達到抗抑郁作用[18]。同時,NOP受體拮抗劑可以增強單胺能神經信息傳遞,而這個在抑郁障礙動物模型中顯示有抗抑郁作用[19-20]。這些研究表明,N/OFQ作為抑制性遞質,在中樞神經系統(tǒng)可激活NOP受體,促使單胺能神經遞質的釋放及傳遞減少,從而誘發(fā)抑郁癥狀的發(fā)生。

近年關于抑郁障礙患者OPRL1基因表達情況的相關研究只有少量報道。2020年JOLLANT等[21]通過RNA定量方式測定抑郁障礙可能相關基因的表達情況,對抑郁障礙患者皮質醇、免疫、阿片類、5-HT能和犬尿氨酸系統(tǒng)的99個基因進行篩選,得出抑郁障礙患者的全血中OPRL1的表達與左側大腦默認網絡的扣帶回前部的活性、額下回及顳中回的活性呈負相關[相關系數(r)=-0.31、-0.33,P=0.05、0.04]。2022年GAO等[22]利用基因數據庫中的mRNA及microRNA的表達譜數據,通過生物信息學方法分析抑郁障礙的相關基因,OPRL1基因被認定是抑郁障礙的差異表達基因。以上研究提示抑郁障礙患者OPRL1基因表達減少。目前調控OPRL1基因表達變化的方式并不明確,關于抑郁障礙患者的OPRL1基因表觀遺傳學研究也鮮見報道,值得進一步探究。

3.2OPRL1基因與精神活性物質所致障礙的關系 目前已證實,NOP受體及N/OFQ參與酒精依賴及藥物成癮。在人類研究中顯示,酒精成癮組的海馬中PONC基因(編輯N/OFQ的基因)的mRNA水平低于對照組,杏仁核中OPRL1基因的mRNA水平低于對照組[23]。在動物研究中顯示,NOP受體增效劑可減弱海洛因誘導的位置偏愛模型大鼠的獎賞效應,這種減弱效應可被NOP拮抗劑所抵消;NOP受體敲除大鼠對嗎啡的獎賞效應比正常對照組大鼠更加敏感[24]。BELLIA等[25]在2020年關于青年期高、低乙醇飲用組二代大鼠前額葉皮質中OPRL1基因及PONC基因mRNA水平的研究發(fā)現,二代高乙醇飲用大鼠組較二代低乙醇飲用組選擇性下調?？傮w來說,酒精依賴及藥物成癮大鼠的NOP受體及N/OFQ總體水平都是降低的。

OPRL1基因的甲基化水平變化與酒精成癮相關。DNA甲基化是調控基因表達的一種穩(wěn)定的抑制性修飾方式。一般來說,基因啟動子調控區(qū)的CpG島呈高甲基化狀態(tài)時,基因的表達降低;而呈低甲基化時,基因的表達則升高[26]。2013年ZHANG等[27]的一項研究顯示,遭受童年逆境會影響OPRL1啟動子甲基化水平,歐洲裔遭受童年逆境可誘導OPRL1等基因啟動子區(qū)的甲基化水平升高,從而導致基因轉錄的改變,增加酒精依賴和其他疾病的風險。RUGGERI等[28]研究顯示,社會心理壓力和終身酗酒頻率與OPRL1基因內含子1甲基化水平呈負相關,這是由OPRL1基因甲基化介導的;在OPRL1基因內含子1低甲基化的個體中,在獎勵預期期間,狂飲的頻率與腹側紋狀體中更強的血氧水平依賴效應相關;OPRL1的甲基化與其單核苷酸多態(tài)性無顯著關系。此2項研究中酒精依賴患者甲基化水平傾向結果相反,可能與兩者選取的甲基化檢測位點不相同有關,值得進一步探究。

除酒精依賴外,OPRL1基因在阿片類藥物、煙草等其他物質成癮的作用也有很多單核苷酸多態(tài)性的研究報道。BRIANT等[29]研究顯示,白種人OPRL1基因的rs609004和rs6090043位點變異與阿片類藥物成癮易感性相關。日本學者KASAI等[30]研究了吸煙易感者OPRL1基因的8個單核苷酸多態(tài)性位點,結果顯示,OPRL1基因rs2229205位點的基因多態(tài)性可能是導致個體吸煙易感性差異的一個因素。綜上,童年逆境、社會心理壓力等都會對OPRL1的甲基化水平產生影響。OPRL1基因的表達水平及單基因多態(tài)性都可能影響腦內“犒賞系統(tǒng)”。大多數研究顯示,顱內特別是杏仁核N/OFQ-NOP的低水平表達,可能與精神活性物質所致障礙相關。

3.3OPRL1基因與應激相關障礙疾病的關系 目前有多項研究顯示,OPRL1基因與應激相關障礙的恐懼記憶有關。ANDERO等[31]研究顯示,OPRL1基因與杏仁核功能、恐懼處理和創(chuàng)傷后應激障礙(PTSD)有關,激活NOP受體可能會干擾恐懼記憶固化,從而影響PTSD:研究者利用木板固定模型模擬小鼠PTSD,一段聲音(30 s,6 kHz)作為條件刺激,一個溫和的電擊(0.5 s,1 mA)作為非條件刺激,最終發(fā)現在木板固定模型組小鼠在條件刺激和非條件刺激同時存在的情況下,杏仁核中OPRL1基因的mRNA表達較對照組下調,在紋狀體中則無明顯差別;給小鼠注射SR-8993(一種高選擇性NOP激動劑)會損害小鼠恐懼記憶的固化;該研究還對1 847名居民的OPRL1基因的5個單核苷酸多態(tài)性位點進行了分析,發(fā)現rs6010719位點的G等位基因攜帶者同時經歷較大的兒童創(chuàng)傷,發(fā)生PTSD的風險較高。NARENDRAN等[32]利用正電子掃描技術評估標記的NOP-1A受體的總分布體積與PTSD相關量表的關系,結果顯示,中腦和小腦的NOP-1A的總分布體積與1個月前PTSD的癥狀嚴重程度呈正相關,提示中腦和小腦的NOP減少與較輕的PTSD癥狀有關。2020年TAYLOR等[33]評估了NOP拮抗劑對創(chuàng)傷應激暴露的意義,結果顯示,NOP拮抗劑對正常大鼠的一般行為表現無顯著影響,對暴露于應激條件時大鼠的即時反應沒有顯著改變,但有助于抑制建立了恐懼條件反射大鼠的恐懼反應,提示其可作為PTSD患者抑制誘發(fā)恐懼反應的藥物。綜上所述,OPRL1基因的單核苷酸多態(tài)性及兒童創(chuàng)傷與PTSD發(fā)生有關,而其表達的下調導致可能與PTSD的發(fā)生有關;NOP受體激動劑可減少恐懼記憶固化,而NOP拮抗劑有助于抑制恐懼反應的誘發(fā)。

3.4OPRL1與其他精神障礙 OPRL1與孤獨癥譜系障礙及阿爾茨海默病也有個別研究。SENER等[34]研究顯示孤獨癥譜系障礙患者OPRL1基因的mRNA表達高于正常對照組。XU等[35]在2018年的一項研究顯示,阿爾茨海默病患者的OPRL1基因啟動子甲基化水平相較于正常對照組顯著升高。但這些研究數量有限,研究中的樣本量也比較小,具體結果仍需進一步探索。

4 小結與展望

本文綜述了現有的OPRL1基因與疼痛及抑郁障礙、精神活性物質所致障礙、應激相關障礙等精神心理疾病的相關研究,梳理了OPRL1在疼痛及精神心理疾病中的表達情況,以及其在疼痛及精神心理疾病中的作用,但機制并不明確,導致缺乏系統(tǒng)的、針對性強及效果好的治療策略。近年來,隨著蛋白標簽技術、新的低成本單核苷酸多態(tài)性測序方法、新的DNA甲基化水平測定方法、功能磁共振等新技術的不斷涌現和進步,將有望進一步拓展OPRL1基因可能涉及的疼痛及各種精神疾病相關分子生物學通路研究、遺傳-環(huán)境交互作用等的研究空間,為OPRL1基因相關疾病提供更加精準的藥物及治療策略。