阿片受体最新研究进展

彭丹晖,邓玲燕(综述),黎　阳(审校)

(广西医科大学附属肿瘤医院麻醉科,南宁530021)

阿片受体最新研究进展

彭丹晖※,邓玲燕△(综述),黎阳(审校)

(广西医科大学附属肿瘤医院麻醉科,南宁530021)

摘要：作为一类经典镇痛药物，阿片类药物广受医学界关注。除了疼痛调制和成瘾，阿片受体还广泛参与各种生理以及病理活动。阿片受体是体内最错综复杂的神经递质系统。3种不同的阿片受体通过在大脑及其他器官的交叉分布调节着阿片类药物的功能作用。由于目前阿片受体在大脑内的功能尚未清楚，以至于阿片类药物更为广泛的临床应用受限。随着人类对阿片受体亚型及晶体结构的发现及了解，阿片类药物的使用范围将会更广泛，应用效果将会更精准。

关键词：阿片受体；阿片受体亚型；晶体结构；异聚体

自20世纪70年代发现阿片受体以来，阿片类药物的药理学特性已得到充分阐述，在临床镇痛治疗中，阿片类药物主要用来治疗严重急性疼痛和癌痛。由于阿片类药物存在着恶心呕吐、便秘、瘙痒等诸多不良反应，因此限制了其临床的广泛应用，阿片类药物致兴奋性更是导致毒品泛滥的原因,且其生物学特性及实际功能的分子基础尚未能阐明清楚。由于阿片受体结构功能的研究具有重大的意义，现对阿片受体结构功能以及临床应用进行综述。

1阿片受体分型

阿片受体由一系列小分子包括吗啡衍生物和阿片配体组成，还能由各种肽类激活产生，是一类具有7个跨膜区域的G蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptors,GPCRs)，不同受体间大约有60%的氨基酸结构相同(主要在跨膜结构)。经典阿片受体主要包括μ阿片受体(Mu opioid receptor,MOR)、δ阿片受体(Delta opioid receptor，DOR)和κ阿片受体(Kappa opoid receptor,KOR)三类。内源性痛敏肽是阿片受体家族的第4个成员，由于它的发现相对较晚，因此被称为阿片受体样受体(opioid receptor like 1-Nociceptin，ORL1)。根据μ受体双向结合特性，将MOR分为μ1和μ2两个亚型；纳洛酮可拮抗配体与μ1受体结合，可选择性阻断吗啡的抗伤害作用，不能拮抗μ2受体诱发的呼吸抑制和吗啡依赖[1]。根据药理学配体的不同，可将DOR分为两个亚型，即δ1和δ2受体。 根据特异性拮抗剂的不同，可将KOR分成κ1和κ2两种亚型。虽然有研究显示可能还有κ3受体亚型的存在，然而一些学者却将κ3效应归为其他阿片受体非选择性激动的结果。除了经典的阿片受体外，还有σ受体、孤啡肽受体等受体，但目前对这些受体特性了解相对较少[2]。目前为止，已有13种以上不同的阿片受体亚型被发现。

2阿片受体细胞内的信号传递

阿片类药物主要依赖G蛋白参与的信号转导途径进行跨膜信号转导，不同类型的阿片受体接受细胞外的第一信使配基(阿片类药物)后，受体被活化并进一步激活质膜内侧的GPCRs，后者再激活其下游的各种效应器，通过第二信使调节胞膜离子通道和核转录的活性。阿片受体也可以通过非G蛋白介导的途径发放信号，如β-抑制蛋白招募信号到受体的方式就是其中之一，其中β-抑制蛋白参与受体脱敏和内化、回收。

GPCRs由α、β、γ三种独特多肽亚基组成三聚体，每个亚单位均由多基因编码，从而构成多种多样的可能组合方式。α亚基是GPCRs最大的亚单位，至少由17 种不同的基因编码。α亚单位有Gs、Gi/o、Gq/11、G12/13四大家族，Gs家族可激活腺苷酸环化酶，Gi/o家族抑制腺苷酸环化酶，Gq/11家族则对磷脂酶C有作用[3]。通常情况下，β、γ亚基位作为一个非共价紧密结合的复合体被纯化，βγ亚基的一个主要作用就是提高和膜结合的α亚基浓度，从而促进α亚基和受体偶联。研究显示βγ亚基本身能直接和效应器结合，从而介导信号转导[4]。一旦配体与阿片受体结合，相关的细胞内GPCRs即被激活，α亚基将结合的二磷酸鸟苷交换为三磷酸鸟苷，βγ亚基位分离，并与细胞内第二信使系统和离子通道相互作用。阿片受体被结合后，先是电压控制型钙通道关闭，接着钙依赖性内控型钾通道开放，腺苷酸环化酶被抑制使得环磷酸腺苷生成减少，导致细胞膜的超极化，神经递质释放减少而降低神经元的兴奋性。以上推断虽然至今尚未被证实，却能够对阿片类药物的临床效应做出合理的解释。近年来，有学者提出了配体介导的GPCRs信号转导的推断(图1)。GPCRs活化可通过G蛋白和β-抑制蛋白介导的细胞内信号通路信号传递，由于镇痛和不良反应的信号分别在不同通路传递，使得保证阿片镇痛效能情况下完全消除不良反应成为可能[5]。在β-抑制蛋白2基因敲除的小鼠，吗啡的镇痛作用不但增强且时效延长，而呼吸抑制、便秘等不良反应减少[6]。

3阿片类药物的药理学差异

目前已经发现了13种以上不同的阿片受体亚型，多种受体亚型已被成功克隆，但受体功能与药理学差异的分子基础尚不清楚，迄今为止只有1个MOR基因被分离。已有证据表明[7]，阿片受体能够同时偶联G蛋白中具有兴奋功能的Gs蛋白家族和抑制作用的Gi/o蛋白家族。同一阿片受体不同亚型具有不同的药理学特性，这可能由偶联效应系统的差异导致。功能性选择和选择性激动假说亦能解释受体亚型的存在，β-肾上腺素激动不同部位平滑肌可产生舒张和收缩两种截然相反的效应可佐证这类假说[8]。Whistler等[9]研究报道：二氢埃托啡能致使MOR脱敏而吗啡却没有此效应。Chu等[10]研究发现，二氢埃托啡主要是通过MOR高度磷酸化和抑制蛋白偶联来产生脱敏效应；吗啡通过偶联到蛋白激酶C-1基因(protein kinase C-1 gene,PKC1)来增强细胞外信号调节激酶的磷酸化水平，进而达到MOR脱敏的效果。Zheng等[11]研究表明，当MOR的磷酸化被抑制后，二氢埃托啡与吗啡均无法产生MOR脱敏效应。DOR选择性激动效应也有受体脱敏的相关报道[12]，例如SNC80和ARM390是具有相同镇痛效应的DOR配体，但前者能够产生脱敏反应而后者则无。

虽然阿片类药物作为配体具有稳定的结构，但是其受体GPCRs却具有多构性，同一配体作用不同结构状态GPCRs可获得不同的信号传递。阿片受体这种复杂的信号发放过程被认为是一种功能性选择，被称为“配体的特定信号优先激活”[13]。具有相同配体结构的吗啡和纳洛酮，对于MOR和DOR可产生受体激动和竞争性拮抗剂两个相反的药理作用；阿片受体激动-拮抗剂布托啡诺，对于MOR具有低浓度激动、高浓度拮抗两种截然不同的药理特性；6′-Guanidinonaltrindole(6′-GNTI)既是KOR的部分激动剂，也可作为拮抗剂阻断其他阿片配体对KOR的激动作用[14]。许多致瘾阿片类药物与Gs蛋白的作用强于Gi/o蛋白，而阿片类药物的不良反应主要由Gi/o蛋白介导。确定配体的G蛋白有效优先性为阿片类药物有效镇痛、减少不良反应指明了研究方向[15]。

4阿片受体晶体结构

2012年阿片受体家族4个亚型的晶体结构正式发表，给了阿片类药物和受体特异性结合一种前所未有的解释，而且可用来指导寻找更安全、高效的镇痛药物。阿片受体亚型晶体结构对应于蛋白数据库的识别码分别为：4DKL对应于MOR[16]，4EJ4对应于DOR[17]，4DJH对应于KOR[18]，4EA3对应于NOR[19]。在阿片受体晶体结构中，阿片受体由7个跨膜螺旋折叠和1个螺旋8结构组成，这些α螺旋通过3个胞内环1～3和3个胞外环1～3连接，配体蛋白被部分包埋在多个跨膜片段和胞外环2的表面残基中[20]。配体蛋白和包埋结构组成了阿片受体的配体结合口袋，它是阿片样物质选择性化学基团和受体结合的部位。由于不同配体和受体的结合和离解动力学不同，配体的药效和药代半衰期往往不一致[21]。β-富纳曲胺盐酸盐是具有14个氨基酸残基的阿片受体拮抗剂，其中有9个残基可以直接与受体配体蛋白结合(图2)。文献报道[22]，β-富纳曲胺盐酸盐主要是通过共价键和MOR结合，而DOR、KOR和NOR则以非共价键结合。正是配体和受体离解动力学具有差异性，使得临床上利用纳洛酮抢救阿片类药物过量成为可能[23]。

μ阿片受体的跨膜结构(左)、胞外段(右上)、胞内段(右下)；Extracellular:胞外；Intracellular:胞内；TM：跨膜；ECL：胞外环；ICL：胞内环；Helix-8:螺旋8

图2μ阿片受体的晶体结构

阿片受体晶体结构提供了与阿片配体特异性结合的详尽分子细节，使研究者对拮抗剂竞争性结合阿片受体跨膜螺旋有了新的认识和理解。相对于阿片受体晶体来说，特异性配体如何诱导或稳定构象，需要更多实验性或计算性方法去理解，脂质双层的组成可能对其理解发挥着重要的作用。对GPCRs的动态特征和被内源性肽或小分子配体激活方式的阐述，很有可能会促进开发更有效的药物。

5阿片受体分布及其功能差异

MOR、DOR、KOR广泛分布于中枢神经系统中脑和脑干的下行传导通路和脊髓背角，同时在输精管、消化道、心脏和免疫系统也存在着外周位点[24]。孤啡肽受体受体激动剂Ro64-6198的模拟效应证实了在大鼠导水管周灰质中很可能有多种异质孤啡肽受体的表达[25]， 阿片受体不同的分布表明在镇痛中有不同的机制。激活MOR出现镇痛，欣快感，呼吸抑制，恶心，胃肠蠕动减慢的反应。MOR主要分布在脑干，被吗啡激活后可产生镇痛的作用；由于脑干为呼吸、心血管系统调节中枢，激动MOR引起呼吸减弱和血压下降。激动KOR可产生温和镇痛，烦躁不安，定向障碍，瞳孔缩小，由于KOR主要分布在大脑皮质，因此对呼吸系统和心血管系统的影响较小。Martin等[26]曾经提出：MOR、DOR、KOR调节着阿片药物的不同效应，因为它们介导内啡肽、亮啡肽及脑啡肽3种内源性阿片肽的作用。阿片类药物的镇痛作用主要是激动μ1受体，μ2受体激动主要与不良反应相关。现有的阿片类药物对μ1受体的选择性无明显差别。传统认为DOR激动也主要产生镇痛作用，但与MOR激动后产生镇痛作用的同时患者感觉舒畅和愉悦不同，DOR激动后可以产生躁动或者不舒适的感觉。

外周组织中的MOR、DOR、KOR被称为外周阿片受体。外周感觉神经的阿片受体受炎症的精密调控；炎性组织中的免疫细胞可表达分泌内源性的阿片肽，局部刺激亦可促使阿片肽释放而达到局部镇痛作用，免疫系统抑制可阻断这种局部作用[27]。受伤组织局部给予小剂量阿片受体激动剂，并不能激动中枢神经系统的阿片受体，但可通过外周阿片受体介导而产生镇痛作用。阿片类药物的不良反应主要由外周阿片受体引起，使用外周阿片受体拮抗剂，可特异性地减弱阿片类药物不良反应[28]。外周阿片受体拮抗剂甲基纳曲酮，可以减轻阿片相关的瘙痒及烦躁，迅速逆转吗啡引起的胃排空延迟[29]。

6阿片受体的其他功能

内源性阿片肽信号转导及调节系统涉及机体各种功能的调节，包括循环、呼吸、消化系统功能，以及疼痛、运动、情绪、利尿、温度等生理功能的调节。阿片配体和受体是维持细胞膜内外离子平衡的一个重要因素，离子稳态是维持细胞功能正常的保证。阿片肽可抑制细胞膜上Ca2+离子通道而减少Ca2+内流；降低Na+内流的峰电压和提高Na+离子通道的阈值。DOR的表达增加能够抑制电压门控Na+通道，通过减少Na+内流而间接抑制K+外流[30]。研究表明[31]，在神经系统缺血/低氧损伤时，DOR的神经保护机制为调节细胞外信号调节激酶和细胞色素C释放；对神经系统缺血再灌注损伤的保护机制涉及凋亡蛋白酶活化的抑制、氧化损伤衰减及DOR表达上调。文献报道，山姜素活化DOR后，可通过激活蛋白激酶C和丝裂原活化蛋白激酶，阻断p38磷酸化而阻止心肌细胞的凋亡[32]。不同类型的痛觉具有独自的神经传导通路，MOR主要调节的为热痛觉通路，而机械痛的感受主要由DOR介导[33]。亦有证据表明，MOR和DOR可以形成具有独特性能的异聚体，双方能相互调节彼此的功能[34]。研究显示，MOR-DOR异聚体通过调节配体结合、影响胞内骨架蛋白相互作用、改变信号级联反应和信号转导等途径实现相互作用。单一的阿片受体和异聚体在受体结合、信号发放和转导过程具有差异性[34-35]。MOR-DOR异聚体代表了一种新的信号复合体，具有独特的药理特性和机制，更深入地了解MOR-DOR异聚体的局部效应有助于更好地掌握疼痛耐受和调节的机制。

7结语

尽管对于阿片类受体的研究不断广泛和深入，其许多未知的结构和功能仍待发掘。例如，阿片受体在神经保护和心肌保护、离子稳态及细胞增殖方面均发挥一定的作用，但其具体所起的作用、发挥作用的机制以及各受体所起作用的差别与联系，诸如此类疑惑都有待开发及解答。总之，随着对阿片受体结构和药理学的进一步认识，对阿片类药物临床应用的重新解读以及阿片受体晶体结构的阐明，在未来的工作中，研究者们将进一步研发具有高镇痛活性和低不良反应的镇痛药物，使得阿片类药物在临床甚至非临床领域得到更为广泛和正确的应用。

参考文献

[1]Pasternak G,Pan YX.Mu opioid receptors in pain management[J].Acta Anaesthesiol Taiwan,2011,49(1):21-25.

[2]Donica CL,Awwad HO,Thakker DR,etal.Cellular mechanisms of nociceptin/orphanin FQ (N/OFQ) peptide (NOP) receptor regulation and heterologous regulation by N/OFQ[J].Mol Pharmacol,2013,83(5):907-918.

[3]Harrison LM.Rhes:a GTP-binding protein integral to striatal physiology and pathology[J].Cell Mol Neurobiol,2012,32(6):907-918.

[4]Yu L,Al-Khalili O,Duke B J,etal.The inhibitory effect of Gbetagamma and Gbeta isoform specificity on ENaC activity[J].Am J Physiol Renal Physiol,2013,305(9):F1365-1373.

[5]Molinari P,Vezzi V,Sbraccia M,etal.Morphine-like opiates selectively antagonize receptor-arrestin interactions[J].J Biol Chem,2010,285(17):12522-12535.

[6]Raehal K M,Walker J K,Bohn L M.Morphine side effects in beta-arrestin 2 knockout mice[J].J Pharmacol Exp Ther,2005,314(3):1195-1201.

[7]Chakrabarti S,Liu NJ,Gintzler AR.Formation of mu-/kappa-opioid receptor heterodimer is sex-dependent and mediates female-specific opioid analgesia[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(46):20115-20119.

[8]Evans BA,Sato M,Sarwar M,etal.Ligand-directed signalling at beta-adrenoceptors[J].Br J Pharmacol,2010,159(5):1022-1038.

[9]Whistler JL,von ZM.Morphine-activated opioid receptors elude desensitization by beta-arrestin[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1998,95(17):9914-9919.

[10]Chu J,Zheng H,Zhang Y,etal.Agonist-dependent mu-opioid receptor signaling can lead to heterologous desensitization[J].Cell Signal,2010,22(4):684-696.

[11]Zheng H,Chu J,Zhang Y,etal.Modulating micro-opioid receptor phosphorylation switches agonist-dependent signaling as reflected in PKCepsilon activation and dendritic spine stability[J].J Biol Chem,2011,286(14):12724-12733.

[12]Pradhan AA,Walwyn W,Nozaki C,etal.Ligand-directed trafficking of the delta-opioid receptor in vivo:two paths toward analgesic tolerance[J].J Neurosci,2010,30(49):16459-16468.

[13]Kenakin TP.Biased signalling and allosteric machines:new vistas and challenges for drug discovery[J].Br J Pharmacol,2012,165(6):1659-1669.

[14]Rives ML,Rossillo M,Liu-Chen LY,etal.6′-Guanidinonaltrindole (6′-GNTI) is a G protein-biased kappa-opioid receptor agonist that inhibits arrestin recruitment[J].J Biol Chem,2012,287(32):27050-27054.

[15]Chavkin C.The therapeutic potential of kappa-opioids for treatment of pain and addiction[J].Neuropsychopharmacology,2011,36(1):369-370.

[16]Manglik A,Kruse AC,Kobilka TS,etal.Crystal structure of the micro-opioid receptor bound to a morphinan antagonist[J].Nature,2012,485(7398):321-326.

[17]Granier S,Manglik A,Kruse AC,etal.Structure of the delta-opioid receptor bound to naltrindole[J].Nature,2012,485(7398):400-404.

[18]Wu H,Wacker D,Mileni M,etal.Structure of the human kappa-opioid receptor in complex with JDTic[J].Nature,2012,485(7398):327-332.

[19]Thompson AA,Liu W,Chun E,etal.Structure of the nociceptin/orphanin FQ receptor in complex with a peptide mimetic[J].Nature,2012,485(7398):395-399.

[20]Filizola M,Devi LA.Grand opening of structure-guided design for novel opioids[J].Trends Pharmacol Sci,2013,34(1):6-12.

[21]Villetti G,Pastore F,Bergamaschi M,etal.Bronchodilator activity of (3R)-3-[[[(3-fluorophenyl)[(3,4,5-trifluorophenyl)methyl]amino] carbonyl]oxy]-1-[2-oxo-2-(2-thienyl)ethyl]-1-azoniabicyclo[2.2.2]octane bromide (CHF5407),a potent,long-acting,and selective muscarinic M3 receptor antagonist[J].J Pharmacol Exp Ther,2010,335(3):622-635.

[22]Chen C,Yin J,Riel JK,etal.Determination of the amino acid residue involved in [3H]beta-funaltrexamine covalent binding in the cloned rat mu-opioid receptor[J].J Biol Chem,1996,271(35):21422-21429.

[23]Enteen L,Bauer J,McLean R,etal.Overdose prevention and naloxone prescription for opioid users in San Francisco[J].J Urban Health,2010,87(6):931-941.

[24]Peng J,Sarkar S,Chang SL.Opioid receptor expression in human brain and peripheral tissues using absolute quantitative real-time RT-PCR[J].Drug Alcohol Depend,2012,124(3):223-228.

[25]Liao YY,Teng SF,Lin LC,etal.Functional heterogeneity of nociceptin/orphanin FQ receptors revealed by (+)-5a Compound and Ro 64-6198 in rat periaqueductal grey slices[J].Int J Neuropsychopharmacol,2011,14(7):977-989.

[26]Martin WR,Eades CG,Thompson JA,etal.The effects of morphine- and nalorphine- like drugs in the nondependent and morphine-dependent chronic spinal dog[J].J Pharmacol Exp Ther,1976,197(3):517-532.

[27]Stein C,Machelska H.Modulation of peripheral sensory neurons by the immune system:implications for pain therapy[J].Pharmacol Rev,2011,63(4):860-881.

[28]Meng X,Zhang Y,Li A,etal.The effects of opioid receptor antagonists on electroacupuncture-produced anti-allodynia/hyperalgesia in rats with paclitaxel-evoked peripheral neuropathy[J].Brain Res,2011,1414：58-65.

[29]Leppert W.The impact of opioid analgesics on the gastrointestinal tract function and the current management possibilities[J].Contemp Oncol (Pozn),2012,16(2):125-131.

[30]Chao D,Xia Y.Ionic storm in hypoxic/ischemic stress:can opioid receptors subside it?[J].Prog Neurobiol,2010,90(4):439-470.

[31]Yang Y,Xia X,Zhang Y,etal.delta-Opioid receptor activation attenuates oxidative injury in the ischemic rat brain[J].BMC Biol,2009,7：55.

[32]Suo C,Sun L,Yang S.Alpinetin activates the delta receptor instead of the kappa and mu receptor pathways to protect against rat myocardial cell apoptosis[J].Exp Ther Med,2014,7(1):109-116.

[33]Scherrer G,Imamachi N,Cao YQ,etal.Dissociation of the opioid receptor mechanisms that control mechanical and heat pain[J].Cell,2009,137(6):1148-1159.

[34]Smith N J,Milligan G.Allostery at G protein-coupled receptor homo- and heteromers:uncharted pharmacological landscapes[J].Pharmacol Rev,2010,62(4):701-725.

[35]Gupta A,Mulder J,Gomes I,etal.Increased abundance of opioid receptor heteromers after chronic morphine administration[J].Sci Signal,2010,3(131):ra54.

Recent Progress in Study of Opioid ReceptorsPENGDan-hui，DENGLing-yan,LIYang. (DepartmentofAnesthesia，AffiliatedTumorHospitalofGuangxiMedicalUniversity，Nanning530021，China)

Abstract:As a kind of classic analgesic drugs,opioids have received lots of attention in the medical field.In addition to pain modulation and addiction,opioid receptors are also extensively involved in various physiological and pathophysiological activities.The opioid system is considered as one of the most complex neurotransmitter systems in the body.The functional effects of opioids are mediated by three distinct opioid receptors with over-lapping distribution and functions in the brain and other major organs.Nevertheless,to this day the function of opioid receptors in the brain is not very clear,that opioids for a broader clinical application is still limited.With the discovery and understanding of opioid receptor subtypes and crystal structure,the application of opioids will be more extensive and accurate.

Key words:Opioid receptors; Opioid receptor subtype; Crystal structure; Heteromers

收稿日期：2015-05-19修回日期：2015-07-10编辑：相丹峰

基金项目：广西医疗卫生适宜技术研究与开发课题(S201301-04);广西卫生厅自筹经费科研项目(Z2009248)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.24.010

中图分类号：R338

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)24-4444-04