大麻素受体1/食欲素受体1-G蛋白偶联受体异聚体及其交叉激活作用研究进展

朱 飞，王湘庆，陈亚楠，郎森阳，张家堂

解放军总医院 神经内科，北京 100853

大麻素受体1/食欲素受体1-G蛋白偶联受体异聚体及其交叉激活作用研究进展

朱 飞，王湘庆，陈亚楠，郎森阳，张家堂

解放军总医院 神经内科，北京 100853

大麻素受体1(cannabinoid receptor 1，CB1)和食欲素受体1(orexin receptor 1，OX1)同属G蛋白偶联受体(G-proteincoupled receptors，GPCRs)，两者在体内分布广泛，均参与调节摄食、能量平衡、睡眠和觉醒、食物和药物的成瘾性等。两者作用位点接近，足以形成异聚体共同参与各项功能调节，多项研究表明，CB1/OX1存在交叉激活作用。本文对CB1和OX1的作用以及CB1/OX1异聚体的交叉激活作用进行综述，以期对其有更深入的认识，从而对CB1/OX1-GPCR新药研发起到一定指导作用。

大麻素受体1；食欲素受体1；G蛋白偶联受体；交叉激活

大麻素的应用已经有5 000年历史，然而其成瘾性限制了其临床应用[1-2]。近年来，随着大麻素受体的发现和对内源性大麻素系统的认识，各种大麻素受体激动剂/拮抗剂/相关复合物逐渐出现，使得大麻素在保留其药效的前提下去除其成瘾性成为可能。食欲素在1998年被分离出来，参与摄食、能量平衡等各项功能调节。大麻素受体1(cannabinoid receptor 1，CB1)和食欲素受体1(orexin receptor 1，OX1)同属G蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptors，GPCRs)，多项研究显示两者作用位点接近，足以形成异聚体，两者共同参与多种功能调节，存在交叉激活作用[3-8]。对CB1/OX1-GPCR异聚体的研究有望合理利用大麻素和食欲素，克服大麻素的药物成瘾性，实现新药的研发。

1 大麻素和大麻素受体CB1

植物大麻在几世纪前就已用于治疗各种疾病，但是因为其成瘾性和药物滥用的风险限制了其临床应用。1964年，大麻的主要精神调节活性成分Δ9-THC(Δ9-tetrohydrocannabina)被提取并纯化[9]。之后发现Δ9-THC主要作用于特殊的G蛋白偶联受体，被命名为大麻素受体1和大麻素受体2(cannabinoid receptor 2，CB2)。随着大麻素受体的发现，内源性大麻素(endocannabinoid，EC)被人们所认识。人体主要有两种内源性大麻素：花生四烯酸乙醇胺和2-花生四烯酸甘油(2-arachiodonoylglycerol，2-AG)，在它们的化学结构中都含有磷脂衍生脂化的花生四烯酸链。EC的合成与分解酶还在不断的被认识与克隆，这些蛋白质与EC以及大麻素受体1和大麻素受体2一起组成内源性大麻素系统[2]。

CB1和CB2是分别由人染色体6q14-q15(CNR1)和1p36 11(CNR2)基因编码的7次跨膜抑制性G蛋白偶联受体，两者具有大约48%的序列同源性。CB1主要存在于中枢和周围神经系统，在脂肪组织、心肌、血管内皮、胃肠道、肝、胰腺和骨骼肌也有不同程度的表达；CB2主要分布在免疫细胞、造骨细胞和破骨细胞，在脑干有极少表达[10-11]。大麻素主要是通过CB1来发挥作用[12]。鼠类和人类的CB1分别于1990年和1991年克隆成功，两者具有97%的同源性[10]。神经元CB1位于突触前膜，与配体结合后使突触后神经元去极化然后通过逆行信使作用于突触前神经末梢[13-14]。CB1通过抑制性G蛋白(Gi/Go)抑制腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase，AC)的活性，使细胞内环腺苷酸水平下降，激活丝裂元活化蛋白激酶发挥作用，也可以通过钙离子通道和钾离子通道来发挥作用[10]。

大麻素类物质具有多种作用，主要包括对食物摄取(促进食欲和降低饱食感)、能量平衡(调节能量摄入和能量消耗)、睡眠/觉醒(减少觉醒)、内环境(调节脂肪生成、蓄积和生热作用，以及调节脂肪连接蛋白和胰岛素耐受性等)的调节，以及对神经系统的调节(抑制神经递质释放、降低神经元兴奋性)[12,15]。但大麻素同时也存在认知/记忆力减退、焦虑/欣快、幻觉、食物摄入增加、刺激脂肪生成、导致脂肪堆积等不良反应[10]。随着人们对内源性大麻素系统的认识，人工合成的大麻素激动剂/拮抗剂/大麻相关复合物逐渐出现，被认为是有治疗价值的。尽管其作用机制尚不完全明确，但已经用于或有待用于治疗多种疾病，包括厌食、呕吐、疼痛、多发性硬化、神经变性病(PD、AD、Huntington病、抽动秽语综合征)、癫痫、青光眼、骨质疏松、精神分裂症、心血管疾病、肿瘤、肥胖和代谢综合征等[1-2]。

2 食欲素和食欲素受体OX1

食欲素是一对兴奋性神经肽激素的合称，包括Orexin A和Orexin B，在1998年由两个不同的研究小组同时从大鼠下丘脑中分离出来。因为其主要分布于下丘脑摄食中枢，作用与摄食有关，所以被命名为食欲素[13,16]。在发现食欲素的同时，食欲素受体1(orexin receptor 1，OX1)和食欲素受体2(orexin receptor 2，OX2)也被发现。Orexin阳性神经元广泛分布于整个中枢神经系统，如下丘脑、穹窿、海马等部位；在外周，主要分布在周围神经结构，包括迷走神经、肠神经系统以及其他结构，如胃肠道内弥散神经内分泌系统、胰腺、胃、小肠黏膜，在睾丸、肾上腺、肾、胎盘中也有发现[17-18]。在生物学重要性方面，Orexin A比Orexin B更重要。Orexin A较Orexin B稳定，其在组织或血液中的含量显著高于Orexin B。并且，Orexin A较Orexin B有更好的脂溶性，更容易穿透血脑屏障[19]。

OX1和OX2都是7次跨膜G蛋白偶联受体，分别由1号和6号染色体编码，两者有64%序列同源性。而且，人类与大鼠的OX1和OX2具有高度同源性(分别为94%和95%)。OX1受体选择性作用于Orexin A；而OX2受体为非选择性，与Orexin A或Orexin B均可以结合[20]。

最初食欲素被认为是神经递质，在中枢刺激摄食，其后不久便发现它们的作用范围非常广泛，参与调节能量平衡(增加能量消耗)、睡眠/觉醒(增加觉醒)、神经内分泌(调节下丘脑-垂体-肾上腺轴)、奖赏系统及食物与药物成瘾、心血管、生殖、胃肠蠕动及胃、肠、胰腺分泌等[20-22]。开发OX1激动剂及拮抗剂等药物对于治疗睡眠障碍、肥胖症、药物成瘾等有广阔的前景。目前基于食欲素系统开发的新药，有OX1激动剂用来治疗发作性睡病，OX1拮抗剂用来治疗失眠和肥胖症[23-25]。最新研究表明食欲素对于癫痫发作亦有影响，但是研究尚少且结果存在矛盾，有待进一步研究[26-27]。

3 CB1/OX1-GPCR异聚体及其交叉激活作用

CB1和OX1均属G蛋白偶联受体家族，分布在细胞膜上，作用位点非常接近[13,28]。Cristino等[4]应用电镜显示内源性大麻素系统成分在OX神经元上表达。Hilairet等[5]证实CB1和OX1同时分布在细胞膜上，作用位点接近，足以形成异聚体，强烈提示两受体之间存在某种联系。有证据显示CB1和OX1有交叉激活作用，当两个受体同时表达时，CB1增强食欲素介导的有丝分裂激活蛋白激酶活性，给予特异性CB1拮抗剂可阻断上述反应[5]。目前对于CB1/OX1相互作用的研究主要集中在调节镇痛、食欲、觉醒、肥胖和成瘾性方面。

Haj-Dahmane和Shen[6]采用膜片钳技术研究食欲素的觉醒作用时，意外发现Orexin B诱导的抑制谷氨酸释放作用可由CB1受体激动剂(WIN55，212-2)模拟出来，并被CB1受体拮抗剂(AM251)阻断。提示Orexin B诱导抑制5-羟色胺神经元谷氨酸神经递质释放的作用，是通过内源性大麻素逆行信使介导。Ho等[7]研究Orexin A在大鼠中脑腹外侧导水管周围灰质的镇痛机制时发现，Orexin A产生的镇痛作用是通过激活突触后OX1受体，刺激内源性大麻素合成、逆行作用于突触前膜CB1受体，从而抑制GABA的释放，抑制GABA能抑制性突触后电位。这一过程可以通过OX1拮抗剂阻断，而不是被OX2阻断。Orexin A介导的抑制性突触后电位可以被CB1受体激动剂(WIN55，212-2)模拟出来，并被CB1受体阻滞剂(AM251)阻断。

在对摄食的研究中，Huang等[8]采用膜片钳技术研究发现，食欲素神经元可释放内源性大麻素，大麻素通过逆行信使作用减少突触前谷氨酸的释放，降低食欲素神经元的活性。CB1受体激动剂(WIN55，212-2)使邻近食欲细胞超极化，减少其自发放电，这一效果可以被AM251阻断。WIN55，212-2作用于细胞的轴突，减少自发的抑制性突触后电位的频率但是不减少其波幅。WIN55，212-2介导的放电频率降低归因于突触前膜谷氨酸释放的减少，从而减少了兴奋性突触后电位的频率。

Cristino等[4]研究CB1和肥胖之间的关系时，发现在消瘦的小鼠中，CB1的表达绝大多数是兴奋性的。通过共聚焦超微显微镜分析，观察到在瘦素敲除的肥胖小鼠和食物过剩引发肥胖的小鼠中，食欲素神经元主要接受CB1表达的抑制性输入信号，同时过表达2-AG合成所需酶，这些反过来抑制了CB1能突触末梢的突触传递。膜片钳结果显示，对于瘦素基因敲除小鼠的食欲素神经元，CB1抑制性神经支配增加。Flores等[29]在研究食欲素对于大麻素成瘾性的调节作用时，发现OX1的激活可以增强CB1受体激动剂(WIN55，212-2)的作用，这一发现在OX1基因敲除小鼠中得以证实。关于CB1/OX1交叉激活作用的机制，近期多项研究表明突触后食欲素神经元可以释放内源性大麻素2-AG，通过逆行信使作用于突触前CB1，继而激活磷脂酶C和二酰基甘油脂酶来发挥作用，有待于进一步研究证实[7,30-33]。

4 结语

CB1和OX1同属GRCRs，两者均广泛分布在中枢和周围神经系统、消化系统、心血管系统等，均参与调节摄食、能量平衡、睡眠/觉醒、癫痫发作及食物/药物的成瘾性等。两者作用位点接近，作为异聚体参与多种功能的调节，其表现出的交叉激活作用值得进一步探讨。针对CB1/OX1-GPCR异聚体进行新药研发有一定意义。

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Advances in CB1/OX1-GPCR heterodimer and their cross-talk interaction

ZHU Fei, WANG Xiangqing, CHEN Yanan, LANG Senyang, ZHANG Jiatang
Department of Neurology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

LANG Senyang. Email: langsy@263.net; WANG Xiangqing. Email: bjxqwang@yahoo.com.cn

Cannabinoid receptor 1 (CB1) and orexin receptor 1 (OX1) belong to the GPCRs superfamily, and both of them are widely distributed in the body. They participate in modulating food-intake, energy balance, sleep/awake and food/drug addiction, etc. Former experiments reveal that the distribution of CB1 and OX1 are close enough to form heterodimer. They have "cross-talk" interaction in many aspects. The function of CB1/OX1 and their “cross-talk” interaction are summarized in this article, in order to make a deeply recognition of CB1/OX1-GPCR which may offer entirely novel sets of potential therapeutic targets.

cannabinoid receptor 1; orexin receptor 1; G-protein-coupled receptors; cross-priming

Q428；Q493；Q423

A

2095-5227(2015)01-0094-03

10.3969/j.issn.2095-5227.2015.01.029

时间：2014-08-15 10:32

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20140815.1032.002.html

2014-06-30

基金课题：国家自然科学基金项目(81271438)

Supported by the National Natural Science Foundation of China (81271438)

朱飞，女，在读博士，医师。研究方向：癫痫。Email: zhufei327@163.com

郎森阳，女，博士，教授，主任医师，博士生导师。Email: langsy@263.net；王湘庆，女，博士，副教授，副主任医师，硕士生导师。Email: bjxqwang@yahoo.com.cn