脊髓多巴胺D2受体对疼痛的调控

脊髓多巴胺D2受体对疼痛的调控

宋雨田，杨清湖，刘霞，白占涛*

(延安大学生命科学学院/陕西省区域生物资源保育利用工程技术

研究中心/陕西省红枣重点实验室，陕西延安716000)

摘要：多巴胺(DA)是中枢神经系统含量最为丰富的儿茶酚胺类神经递质。诸多证据验明，脊髓多巴胺受体，尤其是DRD2(多巴胺D2受体)，在痛觉调制中的重要地位逐渐凸显。本文聚焦脊髓DRD2的结构特点、表达分布、疼痛调制相关细胞信号转导途径，以丰富基于DRD2的疼痛诊治策略和镇痛药物研发靶点的新理解。

关键词：多巴胺；D2受体；脊髓；疼痛

中图分类号：R971.1

基金项目：国家自然科学基金面上项目(81171038、81470051)、陕西省科技厅项目(2010JM404、2011K17-01-04和2012K01-12)、陕西省教育厅项目(12JS121)、陕西省高水平大学建设专项资金资助项目(2012SXTS06)、延安大学研究生创新教育计划项目。

作者简介：宋雨田(1989—)，女，陕西西安人，延安大学硕士生，从事疼痛分子调控机制研究。

通讯作者：*白占涛(1971—)，陕西安塞人，延安大学教授，博士，硕士生导师。

[收稿日期2015-01-15；责任编辑梁毅]

Spinal D2 receptor underlying pain modulation

SONGYu-tian,YANGQing-hu,LIUXia,BAIZhan-tao*

(College of Life Sciences,Yanan University/Engineering & Technological Research Center for Conversation

& Utilization of Regional Biological Resources/Shaanxi Provincial Key Lab of Red Dates,Yanan 716000,China)

Abstract：Dopamine (DA) is the most abundant catecholamine neurotransmitters in the central nervous system.A growing body of evidence demonstrates that Dopamine receptor (DR),especially DRD2,participate pain modulation.This paper focuses on the structure, spatial-temporal expression,signal transduction of spinal DRD2 underlying pathological pain,combining with the original source of descending Dopamine release from brain stem.The results would greatly benefit to find new strategy for pain diagnosis and treatment,development of new analgesic,basing on DRD2 as a new drug target.

Key words：Dopamine; D2 receptor; Spinal cord; Pain

疼痛是当今困扰人类健康的生物医学难题之一。疼痛调控是由机体内多种递质协同作用的复杂过程。多巴胺(Dopamine，DA)作为中枢神经系统中最重要的神经递质之一，主要分布于哺乳动物的中脑黑质、纹状体，少量分布于脊髓，参与调节椎体外系运动神经功能、精神活动以及精神依赖等。多巴胺受体(Dopamine receptor，DR)也参与疼痛调制，如多巴胺受体激动剂吡贝地尔缓释片(泰舒达)、甲磺酸培高利特片(协良行)、盐酸普拉克索片(森福罗)等，多巴胺受体拮抗剂氟哌啶醇、氯丙嗪等已广用于临床神经炎症、慢性痛、帕金森等精神疾病，催生DR成为临床上神经功能性疼痛诊疗的药物新靶点。目前临床使用DR药物大多是广谱药物，且呈现一定的毒副作用。因此，有关DR的时空差异表达分布、激活与失活的分子、各类神经疾病相关受体亚型的功能选择性，已成为近期生物医学转化研究的重要课题。有鉴于DR亚型的多样性，本文重点综述DRD2多巴胺受体的表达分布、结构及调制功能，以丰富DR疼痛调控机制的新理解，为DR相关临床疼痛诊治新策略和新药物研发奠定一定基础。

1多巴胺受体的分型和结构特点

多巴胺受体属七个跨膜通道组成的G蛋白偶联受体家族。根据受体对配体的不同结合力，Sokoloff和Seeman将DR分为五个亚型，即D1、D2、D3、D4、D5。因受体结构、生化、药理学特性的不同，DR又分为D1类和D2类两大家族，D1类家族包括D1和D5亚型；D2类家族包括D2、D3、D4亚型[1]。本文按前一种分类法定义DRD2受体。

DR由约400个氨基酸构成，分子量约为50KD。细胞外N端和细胞内C端含有磷酸化及棕榈酰化位点，是激动剂依赖性受体脱敏的重要作用位点。DR家族的氨基酸序列相对保守，同源性较高。D1类受体亚型的氨基酸序列相似率为80%，D2类受体亚型的相似率为50%。D1类受体的第三胞内环链较短，胞内C端较长，D2类受体则反之。尽管多巴胺受体亚型间的同源性较高，但不同受体亚型的表达分布和功能调控却差异较大。

2脊髓多巴胺D2受体的表达分布

在哺乳动物脊髓，多巴胺能轴突从背侧下丘脑下行，并贯穿整个脊柱神经轴。脊髓内DA的来源可总结为4条途径：(1)下丘脑A11区的多巴胺能神经元的投射纤维下行到脊髓，此方式是多巴胺的主要来源；(2)中脑黑质多巴胺能神经元纤维的直接下行投射；(3)背根神经节多巴胺能神经元的直接传入；(4)脊髓颈段和骶髓的多巴胺能神经元的释放[2]。因此表明，脊髓多巴胺系统显具复杂的功能调节。

不同亚型的DR在脊髓分布不同，主要调节感觉、运动和部分自主功能。通过qRT-PCR技术已探明，DRD2在整个脊髓中都有稳定的表达。与其他亚型相比，DRD2是脊髓细胞中主要表达的DR受体亚型，主要在前角运动神经元和感官编码的脊髓背角浅层(SDH)表达[3]。DRD2的这一表达分布特征，也在本实验室近期研究中得到进一步验证，而免疫荧光技术显示多巴胺及其受体主要表达在脊髓灰质部分。研究发现，背角多巴胺末梢最为丰富的是I层外侧和邻近的网状核，在胸腰段中间外侧细胞柱及中央管周围灰质多巴胺末梢也较密集。背角浅层和中央管周围已被公认为和伤害性信息的调控有关，由此提示，DRD2参与并发挥至关重要的脊髓疼痛调制功能。

DR除了在中枢神经系统有分布外，五种亚型都以不同的比例表达于外周组织，参与嗅觉、视觉、躯体感觉和激素作用等生理病理活动的调节。如，垂体DRD2介导催乳素的分泌、肾上腺DRD2介导醛固酮的分泌和交感神经调节等[4]。因此，不同来源、表达分布的多巴胺及其受体，可在外周、中枢等不同层次体现出多样化的功能整合。

3脊髓多巴胺D2受体与疼痛调制

DRD2敲除鼠相对于野生小鼠，对热板刺激潜伏期的温度敏感性降低，对辐射热刺激潜伏期缩短；在辣椒素引起的小鼠后爪过敏中，DRD2敲除组对后爪机械痛反应比野生组更为敏感[5]。DRD2激动剂在持续性的神经结扎疼痛、福尔马林诱导疼痛、炎性痛觉过敏中等多种模型上，均显示良好的镇痛效果[6]。本实验室近期研究亦表明，DRD2也参与钠通道相关实验性蝎蛰诱致的动物自发痛、热痛敏和镜像机械痛敏的发生、发展和维持(待发表)。因此，毫无疑问可以肯定，DRD2有望成为疼痛诊疗新靶点，其镇痛的分子调制机制亟待深入研究。

3.1DRD2参与疼痛调控的cAMP-PKA通路

通常，DR激活或抑制腺苷酸环化酶(AC)，并调节钙电流和钾电流，以实现下游细胞转导效应。D1类家族和D2类家族的生化机制不同。D1类受体Gs蛋白偶联，激活AC，正调控提高胞内环化腺苷酸(cAMP)的水平，后者进一步激活蛋白激酶A(PKA)。PKA继而磷酸化细胞质和细胞核因子，调控细胞的多种代谢与功能活动，如离子通道通透性改变、G蛋白偶联受体磷酸化脱敏、神经递质释放等。而D2类受体，包括DRD2，则通过与Gi蛋白耦合，抑制AC活性，降低细胞内cAMP水平，并与细胞内其他第二信使系统相关联，激活钾通道、抑制钙通道及转换磷脂酰肌醇，对神经元活动产生抑制性影响[5-7]。该通路已在多种不同脑区得到印证，如黑质纹状体中的GABA能多棘神经元、脊髓背角神经元和胶质细胞。

进一步的研究表明，通过激活DRD2-cAMP-PKA通路，有助于缓解慢性疼痛。如，在前扣皮质，cAMP途径被认为是疼痛突触可塑性和行为致敏的关键，缺少钙调素刺激的AC1、AC8在不同慢性痛模型上可减少痛敏行为[7]。由此可见，DRD2-cAMP-PKA通路是一条重要的内源性疼痛调控方式，但目前已知cAMP-PKA的下游作用靶点仍有待丰富，尚无法满足DRD2在不同细胞上作用效果差异的理解。

3.2DRD2参与疼痛调控的缝隙连接机制

现已公认，多巴胺与五羟色胺、去甲肾上腺素类似，也参与脑干下行的脊髓疼痛调控。如，在帕金森综合征中多巴胺水平的下降，可导致疼痛发生[6]。鞘内注射缝隙连接解偶联剂CBX(甘珀酸)可剂量依赖性缓减神经损伤、福尔马林诱发的自发痛、热痛敏、机械痛敏和神经元活动[8]。与之对应的研究报道表明，CBX作用分子细胞机制在于DRD2-cAMP-PKA磷酸化缝隙连接蛋白。如，白光刺激下，激活视杆和视锥细胞上的DRD2，活化cAMP-PKA，导致视杆细胞和视锥细胞能通过缝隙连接进行信号的快速偶联转导[9]。DRD2激活，PKA失活，增强NMDA/AMPA受体依赖性的脊髓反射和GABA能神经元的长时程抑制(LTD)[10]。进而，激活PKA增加连接蛋白Cx36的磷酸化水平，减少胞间信号转导，进而缓减疼痛。本实验室近期的研究，亦探明脊髓胶质细胞多巴胺D2受体与缝隙连接Cx43协同抑制疼痛的发生和发展(待发表)。因此，缝隙连接介导的细胞间通讯是DRD2内源性疼痛调控的主要途径之一。但有关DRD2调节疼痛相关缝隙连接蛋白的亚型种类、细胞分布、胞内蛋白激酶途径、磷酸化位点等重要问题，因磷酸化位点抗体普遍缺乏而显得进展迟缓。

3.3DRD2参与疼痛调控的下行抑制机制

在纹状体显微注射DRD2激动剂喹吡罗可减弱神经病相关的热痛敏和机械痛敏，而纹状体给药的镇痛效果可被鞘内给予DRD2阻断剂依替比利减弱[11]。鞘内给予DRD2激动剂可增加机械痛阈，脊髓背角多巴胺释放可激活神经胶质激活钾离子通道，使膜电位的超极化，从而抑制相邻神经元动作电位的发放[6]。因此表明，脊髓DRD2对疼痛的调节主要通过纹状体多巴胺能下行通路传导，脊髓DRD2是多巴胺缓减疼痛的主要靶点。

4结语

继五羟色胺和去甲肾上腺素之后，多巴胺已被验明对疼痛具有重要的内源性调控作用。在各种多巴胺受体亚型中，DRD2的作用尤其明显。脊髓鞘内给予DRD2激动剂产生镇痛效应的新证据，必将引发临床疼痛诊疗方法、策略和镇痛新药研发的新一轮冲击，助推多巴胺及其受体，成为疼痛生物医学研究的新课题。有关脊髓多巴胺释放来源、效应细胞、蛋白激酶、靶蛋白相关的信号通路，仍将是该领域持续的研究难点和热点。

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