脊髓5-HT 2A受体在疼痛中的作用与机制

脊髓5-HT2A受体在疼痛中的作用与机制

王江博，杨清湖，孙志宏，白占涛*

(延安大学生命科学学院，陕西省区域生物资源保育与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：5-HT2A(5-羟色胺2A)受体参与疼痛下行抑制和下行易化，显示出矛盾的镇痛或致痛效应，但目前对其分子细胞机制的理解仍较混乱。本文介绍5-HT2A受体的结构、表达分布及其参与镇痛或致痛的调控机制，以阐明脊髓5-HT2A受体在疼痛调控过程中的作用。对新近的研究结果综述发现，在不同的细胞类型和疼痛刺激状态下，5-HT2A受体的镇痛是源于降低脊髓抑制能神经元γ氨基丁酸(GABA)的释放，产生突触抑制；致痛效应则可能是通过激活蛋白激酶C(PKC)途径导致持续性钙离子内流使疼痛神经元兴奋。

关键词：脊髓；5-HT2A受体；镇痛；致痛

中图分类号：Q426

文献标识码：A

文章编号：1004-602X(2015)01-0037-03

收稿日期：2014-12-20

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

通讯作者

作者简介：王江博(1989—)，男，陕西延川人，延安大学在读硕士研究生。*

Abstract：5-HT2A receptor displays paradox analgesia and/or algogenia in descending pain inhibition and facilitation.However,the molecular and cellular mechanisms of 5-HT2A receptor-involved pain are still unclear so far.For clarifying the modulatory role of spinal 5-HT2A receptor underling pain control,we would review the molecular structure,spatial-temporal expression and functional plasticity of 5-HT2A receptor in spinal cord.It could be summed up that analgesia effect of spinal 5-HT2A receptor may lie in inhibiting the release of GABA from neurons,which results in synaptic inhibition.Algogenic effect of the receptor may induce activation of PKC pathway,which lead to sustained calcium influx and thus excite painful neurons.

疼痛是当前困扰人类健康的生物医学难题，已被认同为“一种临床疾病”。疼痛病因复杂，如神经组织外伤、蜇伤、炎症、癌症晚期等均可引起持续的慢性痛。疼痛表症多样化，如除在躯体损伤部位表现持续自发痛、原发性痛敏和损伤部位周围区域出现继发性痛敏外，在损伤部位同体节的对侧对称部位亦出现所谓“镜像痛敏”。疼痛是机体环境刺激后，致痛物质从组织产生及释放，痛觉信息传导和感觉中枢的感知，并进入意识阶段的复杂过程。有关疼痛诊疗策略和新药物靶点研究已持续成为近年来的生物医学热点。

5-HT最早是Rapport等从血清素中分离出来的，命名为serotonin。Erspamer和Boretti又从肠粘膜的嗜铬细胞发现肠胺。后证实两者系同一化合物，新命名为5-HT(5-羟色胺)。5-HT在中枢和外周均有分布。根据对特异性激动剂和拮抗剂选择性的不同，可将5-HT受体分为7类，分别为5-HT1受体、5-HT2受体、5-HT3受体、5-HT4受体、5-HT5受体、5-HT6受体、5-HT7受体。目前认为，与疼痛关系密切的受体主要有5-HT1A受体、5-HT2A受体、5-HT3受体、5-HT4受体、5-HT7受体。其中，5-HT2受体又包括5-HT2A、5HT2B、5-HT2C受体三种亚型[1]。研究表明，5-HT2A受体参与了疼痛调控[2，3]。本文从5-HT2A受体的结构、表达分布及其介导的致痛与镇痛效应，以图丰富脊髓5-HT2A受体在疼痛调控过程中致痛或致痛的矛盾作用与机制。

15-HT2A受体的分子结构与表达分布

5-HT2A受体具有7个跨越细胞膜的拓扑结构。细胞膜的内侧和外侧各有3个跨膜连接环结构与跨膜区相连，与其他5-HT2受体具有结构同源性。5-HT2A受体由1413个核苷酸编码的471个氨基酸构成，其本质是糖蛋白。5-HT2A受体基因包括3个外显子和2个内含子，该基因的跨度范围为20碱基。5-HT2A受体的编码基因是HTR2A基因，在人类基因组中位于13号染色体长臂14-21区，与大鼠5-HT2A受体有87%的同源性。5-HT2A受体是G蛋白偶联受体[4]，以三磷酸肌醇(IP3)为第二信使，与G蛋白偶联激活磷脂酶C，水解4，5-二磷酸肌醇为IP3和二酰基甘油(DAG)，它的激活还可以增加Cl-电导，降低K+电导，使膜去极化，增加神经元兴奋性。

5-HT在非神经组织和神经系统均广有分表达。机体中99%的5-HT分布在外周，仅有1%的5-HT存在于中枢神经系统。在外周非神经组织中，90%的5-HT存在于消化道粘膜，8%-9%在血小板，还有少量存在于肥大细胞。与之对应，5-HT2A受体亦多见于血小板、血管平滑肌、子宫平滑肌和其他组织。5-HT2A受体大量呈现于大脑皮层，亦多见于在基底节、海马区和脑干。5-HT2A受体在背根神经节(dorsal root ganglia，DRG)的初级传入神经元和脊髓背角也有表达。通过免疫定位，证明5-HT2A受体表达于DRG细胞的质膜，且沿着质膜分布在感觉神经细胞和卫星细胞的交接处[5]。我们发现的近期工作发现，5-HT2A受体在脊髓胶质细胞也有少量存在。提示，在神经系统，5-HT2A在神经元和胶质细胞呈现为多样性的表达分布。因此提示，5-HT及其5-HT2A受体的功能调控具有组织和细胞特异性。

2脊髓5-HT2A受体与下行通路

中枢5-HT是脑干下行抑制疼痛通路中参与镇痛作用的主要的神经活性物质。下行5-HT主要源于延髓头端内侧部(RVM)的中缝大核(NRM)和中脑背缝核(DRM)，其终末端主要投射在脊髓背角。RVM是下行痛觉调控系统的关键结构，是整合脊髓中枢痛觉调控信息并下行传递至脊髓的中继站。越来越多的证据显示，脊髓5-HT具有“抑制”和“易化”的双向调制作用，不仅抑制伤害性信息的传递，而且通过下行易化系统参与慢性疼痛发生、发展和维持。且在病理性疼痛中，下行抑制与易化的失衡，会导致易化系统的增强[6]。

脊髓5-HT受体的激活对疼痛的调制则更为复杂。5-HT2受体与磷脂酶C(PLC)的兴奋性偶联使神经元的兴奋性增强。5-HT2A与5-HT2C受体在脊髓投射神经元和初级传入纤维均有分布，它们的激活可引起促伤害效应。相反，位于脊髓抑制性中间神经元的5-HT2A和5-HT2C受体介导的则是抗伤害效应。位于蓝斑的5-HT2A和5-HT2C受体通过控制下行去甲肾上腺素和多巴胺在脊髓背角的释放参与伤害性信息的调制过程[7]。因此表明，5-HT及其5-HT2A受体通过下行易化或下行抑制而产生互相矛盾的致痛或镇痛效应。

3脊髓5-HT2A受体与疼痛调制

5-HT因为作用的位点不同或与组织中不同的受体亚型作用而表现出镇痛或致痛效应。越来越多的证据清楚表明，在诸如福尔马林模型、角叉菜胶模型、完全氟式佐剂模型、坐骨神经慢性结扎模型、糖尿病神经痛模型等疼痛模型上，5-HT2A受体参与疼痛调控。但迄今，有关其机制尚待明晰。

3.1脊髓5-HT2A与镇痛

5-HT是下行抑制系统参与镇痛作用的主要神经递质。脊髓中的5-HT主要来源于脑干5-HT能神经末梢的下行投射，这些5-HT终止于脊髓背角，发挥其镇痛作用。研究发现，鞘内注射5-HT可以起到镇痛的作用。多种5-HT受体亚型表达分布于脊髓背角，主要有5-HT1受体、5-HT2受体、5-HT3受体、5-HT7受体，它们在脊髓伤害感受性调节中起着重要的作用，其中5-HT2A受体研究与疼痛的关系倍受关注。

实验研究证明，在福尔马林模型和坐骨神经结扎模型中，5-HT2A受体在中枢参与了镇痛作用。在福尔马林模型，通过鞘内注射5-HT2A受体的激动剂α甲基5-HT，剂量依懒性的抑制足底皮下福尔马林诱发的痛敏[8]。同样，坐骨神经结扎模型中，鞘内注射α甲基5-HT可以剂量依懒性的抑制热敏痛，这种作用在被预前鞘内注射5-HT2A受体的拮抗剂酮色林逆转[8]。此外，大麻素镇痛通过激活抑制CB1(大麻素1)受体起到镇痛，这一过程中激活了脊髓5-HT2A受体[9，10]。单关节炎模型中，注射曲马多可剂量依赖性的抑制痛敏，5-HT2A受体可以拮抗这种镇痛作用[11]。因此表明，5-HT2A受体具有镇痛功效。

在脊髓背角存在大量的GABA能神经元，其可以与传入的神经纤维形成突触连接。缺少或者减少钾-氯离子转运(KCC2)表达可导致GABA去极化作用从而减少突触后抑制。最近研究表明，特异性激活5-HT2A受体，可上调KCC2，恢复内源性抑制[12]。因此，5-HT2A受体产生镇痛作用的机制可能是通过抑制脊髓神经递质GABA的释放，产生突触抑制作用。

3.2脊髓5-HT2A与致痛

研究证据表明，5-HT下行易化途径参与了疼痛。在这一途径中，5-HT2A受体在脊髓致敏中起到了非常重要的作用。在诱发放电的背角神经元中，注射5-HT2A受体的拮抗剂酮色林(ketserin)可以剂量依赖性的抑制机械痛敏和热痛敏，而注射5-HT2A受体的激动剂DOI却起到了兴奋神经元的作用。在福尔马林模型中，鞘内注射5-HT2A受体的激动剂DOI同样增加了疼痛程度，这种现象可以被5-HT2A受体拮抗剂酮色林阻断[13]。在2′3′二脱氧胞苷诱导的神经痛模型下，脊髓腰段L4第二层、第三层5-HT2A受体明显增多，大鼠热敏痛和机械痛异常增强。这种痛敏增强现象可被鞘内注射5-HT2A受体拮抗剂MDL11，939逆转[14]。Vincristine(长春新碱)处理的大鼠，持续5天鞘内注射5-HT2A受体拮抗剂可以剂量依赖性的抑制热敏痛和机械痛，免疫组化显示脊髓背角浅层(Ⅰ-Ⅱ)深层(Ⅴ-Ⅵ)Fos阳性神经元显著增多[15]。我们的近期研究也发现，鞘内注射5-HT2A受体拮抗剂ketserin剂量依赖性的抑制热敏痛和机械痛。上述结果表明，5-HT2A受体介导致痛效应的发生、发展和维持。

研究表明，5-HT可通过神经元的(PKC)途径来介导痛觉过敏。5-HT2A受体激动剂引起疼痛的可能机制是：激活5-HT2A受体之后，钙离子会大量流入到细胞内，激活PKC，PKC导致细胞膜的通透性改变，引起钙离子持续性内流，导致神经元持续或异常兴奋，诱发痛敏[14，15]。PKC通路的发现，为5-HT2A受体介导致痛效应的发生机制提供了一条合理的解释。但有关5-HT2A-PKC通路与细胞表达分布、疼痛的刺激类型、刺激强度选择性的阐明，仍有待大量的深入探究。

4结语

随着科学技术的和生物技术的不断发展，催生有关疼痛生物医学诊疗理念、策略和方法不断地更新。但仍将在短时间，无法克服目前临床镇痛药品多具副作用的缺憾。鉴于5-HT及其受体亚型的多样性，进一步阐明其致痛与致痛效应矛盾性的分子细胞机制，将有助于以5-HT2A受体作为镇痛靶点的转化生物医学新理解。有关5-HT2A受体表达、激活的时空可塑性变化，该受体与疼痛刺激的类型、强度的相关性，受体特异性亚型药物筛选，仍将是未来疼痛生物医学的一大研究热点。

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[责任编辑李晓霞]

The Role of Spinal 5-HT2AReceptor in Pathological Pain

WANG Jiang-bo,YANG Qing-hu,SUN Zhi-hong,BAI Zhan-tao*

(College of Life Sciences,Yan'an University,Engineering and Technological Research Center for Conversation

and Utilization of Regional Biological Resources,Shaanxi Provincial Key Lab of Red Dates,Yan'an 716000,China)

Key words：spinal cord; 5-HT2Areceptor; analgesia; algogenia