關(guān)于神經(jīng)元煙堿受體與吸入麻醉藥鎮痛作用的關(guān)系

【關(guān)鍵詞】 神經(jīng)元煙堿受體; 吸入麻醉藥; 鎮痛 吸入麻醉藥（inhaled anesthetic）應用于臨床麻醉160年來(lái)，由于其具有麻醉作用強、可控性好的特點(diǎn)，因而在全身麻醉中特別是在麻醉維持過(guò)程中依然占據主導地位。有關(guān)吸入麻醉藥的研究廣泛而深入，但是其鎮痛作用的確切機制目前仍處于探索階段，近年來(lái)的許多研究表明吸入麻醉藥鎮痛作用與神經(jīng)元煙堿受體(neuronal nicotinic acetylcholine receptors，nnAChRs)有密切的關(guān)系。本文就nnAChRs以及吸入麻醉藥鎮痛作用與該受體的關(guān)系作一綜述。 能選擇性地與乙酰膽堿（ACh）結合的受體稱(chēng)為膽堿受體（cholinergic receptor， cholinoceptor）。位于副交感神經(jīng)節后纖維所支配的效應器細胞膜的膽堿受體，對以毒蕈堿（muscarine）為代表的擬膽堿藥較敏感，稱(chēng)為毒蕈堿型受體（M膽堿受體）；位于神經(jīng)節細胞膜和骨骼肌細胞膜的膽堿受體對煙堿（nicotine）較敏感，稱(chēng)為煙堿型受體（N膽堿受體），將位于神經(jīng)節細胞膜的受體稱(chēng)為N1受體，位于肌細胞膜的稱(chēng)為N2受體。近年來(lái)，又把N2受體稱(chēng)為NM(nicotinic muscle) 受體，把神經(jīng)節和中樞神經(jīng)系統的N受體稱(chēng)為NN（nicotinic neuronal）受體。 1 nnAChRs 1.1 結構 nnAChRs和γ-氨基丁酸A(GABAA)受體、甘氨酸受體、5-羥色胺(5-HT)受體等同屬于配體-門(mén)控離子通道超家族成員。腦內各型nnAChRs亞型的基本形狀是由嵌在細胞膜上的5個(gè)亞單位組成，中間為陽(yáng)離子通道，此外，還有一個(gè)調節蛋白lynxl參與組成［1］。目前已經(jīng)從哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統克隆分離出12個(gè)基因編碼不同的亞單位：9個(gè)含有配基結合部位的α亞單位(α2～α10)和3個(gè)不含有配基結合部位的β亞單位(β2～β4)。并非所有的α和β亞單位的組合以及單獨的α亞單位都能構成有功能的nnAChRs，如α2、α3、α4和α6亞基需要與β2或β4相結合，而β亞基只有與α亞基相結合才能構成功能性受體。α亞單位的特征是其近N端處有一對半胱氨酸殘基存在，這是與ACh及其他激動(dòng)劑的結合位點(diǎn); β亞單位被認為是nnAChRs中的結構亞單位，在維持nnAChRs結構穩定性中起重要作用。每個(gè)亞單位均由4個(gè)跨膜疏水結構域(M1、M2、M3、M4)和細胞外含親水結構域的N端及C端組成，N端區域結合神經(jīng)遞質(zhì)，C端親水區域有多個(gè)磷酸化位點(diǎn)。陽(yáng)離子通道由5個(gè)亞單位的M2跨膜段和細胞膜外的N端組成［2］。 nnAChRs包括多種異源性和同源性受體亞型。異源性受體亞型由α和β亞單位組成， 現已證明α4β2亞型(由2個(gè)α4、3個(gè)β2亞單位組成)是腦內含量最豐富的異源性nnAChRs亞型之一，另有α4β4亞型（2個(gè)α4、3個(gè)β4亞單位組成）、α3β2亞型（2個(gè)α3、3個(gè)β2亞單位組成）、α3β4亞型（2個(gè)α3、3個(gè)β4亞單位組成）等，以及3種（α3、α5、β4）或4種（α3、α5、β2、β4）亞單位構成的更為復雜的亞型。同源性nnAChRs亞型主要由α7、α8、α9亞單位組成。 1.2 分布 原位雜交方法證實(shí)中樞nnAChRs主要分布在皮質(zhì)區域、大腦導水管周?chē)屹|(zhì)、基底核、丘腦、海馬、小腦及視網(wǎng)膜等部位。不同的受體亞型在腦內有不同的分布區域。例如，大鼠α2亞型只在腳間核表達，α3、α4、β2亞型則表達的范圍較廣；β4亞型在內側韁核高度表達。人腦中nnAChRs的分布也表現出廣泛性的特點(diǎn)，如α3亞型在皮質(zhì)和丘腦各核團廣泛分布，而α7亞型在皮質(zhì)、海馬中分布較廣。目前對nnAChRs亞型分布的研究還不夠完善，其精確定位尚需進(jìn)一步用較為精確的免疫定位法來(lái)勾畫(huà)出大致的神經(jīng)通路［3］。 2 nnAChRs的鎮痛作用 脊髓背角的nnAChRs參與痛覺(jué)的調制，nnAChRs α4β2亞型激動(dòng)劑epibatidine、ABT-594、A-85380［4］具有廣譜的鎮痛作用，而且不會(huì )產(chǎn)生類(lèi)似嗎啡的依賴(lài)作用和戒斷癥狀［2，4］。 1992年Daly［5］發(fā)現蛙皮生物堿epibatidine，它是一種很強的煙堿受體激動(dòng)劑，在小鼠熱板實(shí)驗中發(fā)現具有非常強的鎮痛作用，其鎮痛作用強度與嗎啡相當，而鎮痛效價(jià)比嗎啡強200多倍，它對含有α2、α3、α4、α7的亞型受體均起作用，但選擇性差，所以在其產(chǎn)生鎮痛作用的劑量下出現了明顯的毒副作用。 有關(guān)nnAChRs介導鎮痛作用的確切機制仍未完全明確，但有研究發(fā)現，煙堿促進(jìn)脊髓背角抑制性突觸傳遞的作用與此密切相關(guān)。Genzen等［6］利用新生小鼠脊髓切片的全細胞膜片鉗技術(shù)記錄到，煙堿使γ-氨基丁酸能的突觸傳遞增強了86%，此種促進(jìn)作用可被非選擇性nnAChRs拮抗劑美加明（mecamylamine）和選擇性α4β2亞型煙堿受體拮抗劑二氫-β-刺桐定（dihydro-beta-erythroidine，DHβE）抑制，表明非-α7nnAChRs在其中起重要作用。煙堿并不改變γ-氨基丁酸誘發(fā)的抑制性突觸后電流（inhibitory postsynaptic current，IPSC）幅度，而是減少由抑制性輸入的強刺激誘導的長(cháng)時(shí)程抑制（long-term depression，LTD）。這些結果支持煙堿鎮痛作用依賴(lài)于脊髓背角γ-氨基丁酸能的突觸傳遞的短時(shí)程和長(cháng)時(shí)程調節。Lloyd等［7］發(fā)現腦干直接注入煙堿也有鎮痛作用，推測煙堿的鎮痛作用部分可能與起于大縫核的下行抑制通路的激活有關(guān)。 de Freitas等［8］在癲疒間導致的痛覺(jué)缺失實(shí)驗模型中研究煙堿型膽堿受體的作用，利用甩尾法觀(guān)察大鼠的痛覺(jué)反應，發(fā)現美加明可以明顯劑量依賴(lài)性地降低甩尾潛伏期，結果表明ACh可能在癲疒間發(fā)作后痛覺(jué)缺失中作為一種神經(jīng)遞質(zhì)而起作用。 Rashid等［9］報道，在小鼠脊髓傷害感受傳遞中，nnAChRs的α4β2亞型具有增強抑制作用。在行為學(xué)實(shí)驗中發(fā)現，小鼠鞘內注射美加明和DHβE能夠劑量依賴(lài)性地誘導熱機械痛覺(jué)增敏，而選擇性α7亞型煙堿受體拮抗劑甲基牛扁亭（methyllycaconitine，MLA）則無(wú)此效應。在成年小鼠脊髓切片準備的全細胞膜片鉗實(shí)驗中觀(guān)察到，美加明和DHβE降低脊髓灰質(zhì)膠狀質(zhì)（substantia gelatinosa，SG）神經(jīng)元微型抑制性突觸后電流（mIPSC）的頻率，但MLA沒(méi)有此作用，而且，mIPSC的振幅不受影響。煙堿拮抗劑能夠降低γ-氨基丁酸能的和甘氨酸能的IPSC頻率，而對興奮性突觸后電流（excitatory postsynaptic current，EPSC）沒(méi)有影響。在SG神經(jīng)元，膽堿酯酶抑制劑新斯的明(neostigmine)誘導的提高IPSC頻率效應可被美加明和DHβE抑制?？偠灾?，以上結果表明在脊髓背側角，煙堿膽堿能系統通過(guò)nnAChRs的α4β2亞型增強了抑制傷害感受傳遞的效應。 根據已有資料， nnAChRs已經(jīng)作為發(fā)展新型鎮痛藥的靶點(diǎn)［10］：周?chē)窠?jīng)損傷導致nnAChRs藥理學(xué)的改變，從而產(chǎn)生止痛效應；在神經(jīng)性疼痛中，nnAChRs是神經(jīng)損傷誘導的行為學(xué)超敏反應在外周和中樞神經(jīng)免疫系統相互作用的基礎；在脊髓損傷的神經(jīng)保護作用中，nnAChRs能夠減弱慢性痛。發(fā)展以煙堿受體作為靶點(diǎn)的鎮痛藥物是鎮痛領(lǐng)域的一個(gè)新的方向。已有一些實(shí)驗資料證明，在人體煙堿具有輕度的鎮痛作用，這些結果與臨床前實(shí)驗發(fā)現的煙堿具有輕度鎮痛作用的結果相一致。 ABT-594是選擇性相對較高的煙堿受體激動(dòng)劑，在嚙齒類(lèi)動(dòng)物的急性、持續性或神經(jīng)病理性等多種疼痛模型上都表現出強鎮痛作用［4，11］，代表了一種新型廣譜鎮痛藥。ABT-594的鎮痛作用可被鞘內注射毒蕈堿、5-HT或α-腎上腺素受體的拮抗藥而使動(dòng)物的去甲腎上腺素（NA）及5-HT耗竭后下降或消失，說(shuō)明ABT-594的鎮痛作用與煙堿受體興奮后的多種神經(jīng)遞質(zhì)釋放參與有關(guān)。Lynch等［12］運用小鼠化療誘導的神經(jīng)性疼痛模型研究發(fā)現，ABT-594在ED50=40 nmol/kg (i.p.)時(shí)可以削弱機械異常性疼痛，這種抗異常性疼痛效應不能被納絡(luò )酮所對抗，但可以完全被美加明所阻斷。用四氯吲哚胺(chlorisondamine)預處理(0.2～5 micromol/kg， i.p.)只部分阻滯ABT-594的效應，但用更高劑量的四氯吲哚胺腦室內注射即可完全阻斷此效應。綜上所述，結果說(shuō)明ABT-594是通過(guò)煙堿受體而發(fā)揮鎮痛作用的。 3 吸入麻醉藥對nnAChRs的作用 近幾年的研究證實(shí)吸入麻醉藥可以抑制nnAChRs的功能，部分藥物在低于臨床麻醉劑量時(shí)就表現出明顯的抑制作用。在表達不同nnAChRs亞型的爪蟾卵母細胞上，進(jìn)一步應用膜片鉗等電生理學(xué)方法觀(guān)察全麻藥物對其的作用。研究發(fā)現，不同nnAChRs亞型對吸入麻醉藥的敏感性并不一致。 3.1 揮發(fā)性吸入麻醉藥 通過(guò)轉基因技術(shù)在非洲爪蟾卵母細胞中表達大鼠nnAChRs（α2β4、α4β2、α4β4亞型)和小鼠肌型煙堿受體(αβγδ )，研究發(fā)現:氟烷、異氟烷對前者的抑制作用比后者強20～30倍，氟烷、異氟烷、七氟烷抑制α4β2受體的半抑制濃度IC50(達到最大抑制效應一半時(shí)的藥物濃度)明顯低于臨床麻醉劑量。在nnAChRs各種亞型中，含β2的亞型比含β4的亞型對這3類(lèi)麻醉藥更加敏感［13］。Yamashita等［14］使用全細胞和單通道膜片鉗技術(shù)發(fā)現氟烷、異氟烷、七氟烷均以濃度依賴(lài)性方式抑制乙酰膽堿感應電流，而且氟烷、異氟烷、七氟烷能夠有效地抑制α4β2亞型，nnAChRs對吸入麻醉藥高度敏感性在麻醉許多階段起到重要作用。Udesky等［15］研究發(fā)現，揮發(fā)性吸入麻醉藥和氯胺酮在臨床麻醉劑量時(shí)能夠明顯抑制nnAChRs，氯胺酮的抑制nnAChRs作用與鎮靜和肌松作用無(wú)關(guān)，但與鎮痛作用相關(guān)。 異氟烷在IC50為85 μmol/L時(shí)抑制α4β2亞型在非洲爪蟾卵母細胞中表達，而對α7亞型沒(méi)有影響［16］。Mori等［17］研究證實(shí)氟烷在臨床麻醉劑量時(shí)抑制α4β2亞型和α7亞型，但是α4β2亞型比α7亞型對其作用更敏感。 臨床研究及動(dòng)物實(shí)驗均發(fā)現揮發(fā)性吸入麻醉藥在疼痛傳遞中具有雙向作用，低濃度時(shí)能夠使機體表現出一定程度的痛覺(jué)過(guò)敏效應，隨著(zhù)濃度提高，才逐漸產(chǎn)生對傷害性刺激的抑制作用。Zhang等［18］研究發(fā)現，低濃度的乙醚、異氟烷、氟烷都能明顯縮短小鼠后足的熱刺激潛伏期(hind paw withdrawl latency，HPWL)，其最大效應發(fā)生于0.1 MAC（minimum alveolar concentration，肺泡氣最低有效濃度），而在0.4～0.8 MAC間則明顯延長(cháng)HPWL。 異氟烷產(chǎn)生的痛覺(jué)過(guò)敏作用與吸入濃度密切相關(guān)。Flood等［19］研究發(fā)現，6～8周齡雌性小鼠在吸入0.28%異氟烷后其后足的HPWL明顯縮短，改吸0.56%異氟烷后HPWL恢復到基線(xiàn)值，吸入0.56%以上的異氟烷則出現濃度依賴(lài)性的鎮痛效應；而且，給小鼠腹腔注射1㎎/㎏煙堿可以特異性阻止低濃度異氟烷誘發(fā)的痛敏反應，但單用相同劑量的煙堿卻不能產(chǎn)生鎮痛效應，提示異氟烷對nnAChRs的抑制作用是其產(chǎn)生痛敏反應的機制之一，美加明也可模擬類(lèi)似異氟烷的與濃度相關(guān)的雙向反應。

［2］ Tassonyi E，Charpantier E，Muller D，et al. The role of nicotinic acetylcholine receptors in the mechanisms of anesthesia［J］. Brain Res Bull，2002，57(2):133-150.

［3］ Clementi F，Fornasari D，Gotti C.Neuronal nicotinic receptors， important new players in brain function［J］. Eur J Pharmacol，2000，393（1-3）:3-10.

［4］ Bannon AW，Decker MW，Holladay MW，et al.Broad-spectrum，non-opioid analgesic activity by selective modulation of neuronal nicotinic acetylcholine receptors［J］. Science，1998，279(5347):77-81.

［5］ Daly JW，Garraffo HM，Spande TF，et al.Alkaloids from frog skin:the discovery of epibatidine and the potential for developing novel non-opioid analgesics［J］.Nat Prod Rep，2000，17(2):131-135.

［6］ Genzen JR，McGehee DS.Nicotinic modulation of GABAergic synaptic transmission in the spinal cord dorsal horn［J］.Brain Res，2005，1031(2):229-237.

［7］ Lloyd GK，Williams M.Neuronal nicotinic acetylcholine receptors as noval drug targets［J］. J Pharmacol Exp Ther，2000，292(2):461-467.

［8］ de Freitas RL， de Oliveira RC， de Carvalho AD，et al.Role of muscarinic and nicotinic cholinergic receptors in an experimental model of epilepsy-induced analgesia［J］.Pharmacol Biochem Behav，2004，79(2):367-376.

［9］ Rashid MH， Furue H， Yoshimura M， et al. Tonic inhibitory role of alpha4beta2 subtype of nicotinic acetylcholine receptors on nociceptive transmission in the spinal cord in mice［J］.Pain，2006，125(1-2):125-135.

［10］ Vincler M. Neuronal nicotinic receptors as targets for novel analgesics［J］. Expert Opin Investig Drugs，2005，14(10):1191-1198.

［11］ Kesingland AC，Gentry CT，Panesar MS，et al.Analgesic profile of the nicotinic acetylcholine receptor agonists，(+)-epibatidine and ABT-594 in models of persistent inflammatory and neuropathic pain［J］.Pain，2000，86(1-2):113-118.

［12］ Lynch JJ 3rd， Wade CL， Mikusa JP，et al. ABT-594 (a nicotinic acetylcholine agonist):anti-allodynia in a rat chemotherapy-induced pain model［J］.Eur J Pharmacol， 2005，509(1):43-48.

［13］ Violet JM，Downie DL，Nakisa RC，et al.Differential sensitivities of mammalian neuronal and muscle nicotinic acetylcholine receptors to general anesthetics ［J］.Anesthesiology，1997，86(4):866-874.

［14］ Yamashita M， Mori T， Nagata K， et al. Isoflurane modulation of neuronal nicotinic acetylcholine receptors expressed in human embryonic kidney cells ［J］. Anesthesiology，2005，102(1):76-84.

［15］ Udesky JO， Spence NZ， Achiel R， et al. The role of nicotinic inhibition in ketamine-induced behavior［J］.Anesth Analg，2005，101(2):407-411.

［16］ Flood P， Ramirez-Latorre J， Role L. Alpha4beta2 neuronal nicotinic acet- ylcholine receptors in the central nervous system are inhibited by isoflurane and propofol， but alpha7-type nicotinic acetylcholine receptors are unaffected［J］. Anesthesiology，1997，86(4):859-865.

［17］ Mori T，Zuo Y，et al. Modulation of neuronal nicotinic acetylcholine receptors by halothane in rat cortical neurons［J］.Mol Pharmacol，2001，59(4):732-743.

［18］ Zhang Y， Eger EI 2nd， Dutton RC， et al. Inhaled anesthetics have hyperalgesic effects at 0.1 minimum alveolar anesthetic concentration ［J］.Anesth Analg， 2000， 91(2):462-466.

［19］ Flood P， Sonner JM， Gong D， et al. Isoflurane hyperalgesia is modulated by nicotinic inhibition［J］.Anesthesiology，2002，97(1):192-198.

［20］ Franks NP， Dickinson R， de Sousa SL， et al. How does xenon produce anaesthesia? ［J］.Nature，1998，396(6709):324.

［21］ Suzuki T， Ueta K， Sugimoto M， et al. Nitrous oxide and xenon inhibit the human (alpha7)5 nicotinic acetylcholine receptor expressed in Xenopus oocyte［J］.Anesth Analg，2003，96(2):443-448.