内源性大麻素系统在精神疾病治疗和麻醉觉醒的调控作用

王 枫，张 遐，2

（1.中国人民解放军第四军医大学西京医院麻醉科，陕西西安 710032；2.Institute of Mental Health Research，University of Ottawa，Ottawa K1Z7K4，Canada）

内源性大麻素（endocannabinoids，eCB）系统广泛分布于中枢神经系统，发挥广泛而复杂的调控作用，包括对痛觉、运动功能、情绪情感以及学习和记忆的调控。它可以构成复杂的信号通路［1］，参与多种形式的突触传递的调控［2-3］。eCB系统由eCB〔包括花生四烯酸乙醇胺（anandamide，AEA）和2-花生酰基甘油（2-arachidonoylglycerol，2-AG）〕、大麻素受体1（cannabinoid receptor 1，CB1R）和CB2R、代谢酶和转运体等组成。其中，AEA是一种具有高亲和力、低效能的CB1R激动剂，也可以激活突触后瞬时电压受体阳离子通道Ⅴ亚型1型受体（transient receptor potential cation channel subfamilyⅤmember 1，TRPⅤ1）诱导长时程抑制（long-term depression,LTD）的产生。脑内2-AG的含量是AEA的200倍［4］，与CB1R的亲和力较低，但它除了可以激活CB1R外，还可以激活CB2R［5］。与经典的神经递质不同，eCB不是预先合成并储存在突触前膜的囊泡中，而是在突触后膜“按需合成”（on-demand）［6］，当突触后细胞内Ca2+浓度增加或磷脂酶Cβ活性增强时刺激合成2-AG，但对AEA合成机制目前尚未阐明。eCB合成后，逆行运输到突触前膜与突触前膜CB1R结合，诱导去极化诱发的抑制性抑制（depolarization-induced suppression of inhibition，DSE）/去极化诱发的兴奋性抑制（depolarization-induced suppression of excitation，DSI），通过调节突触的可塑性，从而影响多种神经活动［6］。

CB1R是eCB系统的主要受体之一，与配体结合的主要作用是抑制突触前膜多种神经递质的释放，在焦虑、恐惧和应激等相关脑区中都有广泛的表达，包括海马、前额叶皮质、终纹床核、基底外侧杏仁核、中央杏仁核和下丘脑等核团［7］。已证实，CB1R在胆囊收缩素（cholecystokinin，CCK）阳性的γ氨基丁酸（γ-aminobutynic acid，GABA）能中间神经元中高表达，而在其他亚型，如钙蛋白酶和小清蛋白阳性中间神经元中基本上不存在［8-9］。CB1R也表达于胆碱能、5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）能和去甲肾上腺素能系统，而eCB系统参与抑制这些神经递质的释放［10-11］；在皮质的谷氨酸能神经元中，CB1R表达水平更低［1，8］，但已被证明具有包括调控突触传递和神经元兴奋性等重要功能［3，12-13］。在神经活动的调节中发挥非常重要的作用［7］。近年来的研究证明，星形胶质细胞上也存在CB1R，但其含量远低于神经元［14］。本实验室前期研究证实，星形胶质细胞上的CB1R在大麻成瘾相关记忆形成［15］以及大麻引起的空间记忆功能损伤［16］中发挥重要作用。而CB2R仅在小胶质细胞中表达，特别是在活化的小胶质细胞中，但是小胶质细胞中是否有CB1R表达还有待进一步的研究［17］。

1 内源性大麻素系统在焦虑治疗中的作用

病理性焦虑是精神疾病的最常见的类型之一，人群患病率高达29%［18］。目前一线抗焦虑药物中，选择性5-HT/去甲肾上腺素能再摄取抑制剂起效慢且副作用较强；而快速起效的抗焦虑药苯二氮卓艹类药物则会产生严重的副作用。多项研究显示，eCB系统参与焦虑样行为的调节：①低剂量大麻通过皮质谷氨酸能神经元上CB1R产生抗焦虑效应［19］，而高剂量大麻则通过前脑GABA能神经元上CB1R导致焦虑样行为的产生［20］；②全脑敲除CB1R导致焦虑样行为的增加［21］；③敲除2-AG合成酶会导致焦虑样行为显著增多［22］；④在海马谷氨酸能神经元中过表达2-AG水解酶也会导致焦虑样行为的增多［23］，而药物抑制其活性则产生抗焦虑作用［24］；⑤基因敲除或药物抑制AEA水解酶〔即脂肪酸酰胺水解酶（fatty acid amidehydrolase，FAAH）〕能产生抗焦虑效应［25-27］，且无大麻所产生的副作用。

研究发现，无论是强迫游泳造成的急性应激诱导的焦虑，还是长期口服皮质激素造成慢性应激导致的焦虑，FAAH抑制剂PF3845都表现出快速且长时程的抗焦虑效应［28］。使用在体电生理技术记录小鼠前额叶皮质（prefrontal cortex，PFC）-杏仁基底外侧核（basolateral amygdale，BLA）锥体神经元的场兴奋性突触后电位（field excitatory postsynaptic potential，fEPSC），腹腔内注射 PF3845能减少PFC-BLA突触fEPSC的振幅，诱导产生长时程抑制（long-term depression，LTD）［28］。CB1R拮抗剂AM281能阻断此LTD的产生，使用N-甲基-D-天门冬氨酸2B型受体（N-methyl-D-aspartic acid 2B，NR2BR）以及α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionate receptor，AMPAR）内吞的阻断剂Ro25-6981和Tat-GluR2能阻断PF3845诱导的PFC-BLA突触的LTD。因此，以上结果说明，PF3845引起的AEA含量上升是通过激活星形胶质细胞上的CB1R，引起神经元的NR2BR激活以及AMPAR内吞，进而诱导产生LTD［28］。在胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic portein，GFAP）-CB1RWT，钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ（calcium-calmodulin dependent protein kinaseⅡ，CamKⅡ）-CB1R-WT以及CamKⅡ-CB1R-KO小鼠中，腹腔注射PF3845能减少PFC-BLA fEPSC的振幅、诱导产生LTD、发挥快速抗抑郁作用。然而PF3845在GFAP-CB1RKO小鼠中无法诱导产生LTD，其在急性应激中的抗焦虑作用也随之消失。FAAH抑制剂通过在BLA区诱导LTD发挥快速抗焦虑作用，并且此LTD是由星形胶质细胞上的CB1R受体介导产生的［28］。

2 内源性大麻素系统在抑郁治疗中的作用

约有30%的女性以及15%的男性在一生中都发生过抑郁这一情感障碍［29］。而目前针对抑郁症的药物比较局限，传统的抗抑郁药总体有效率低、起效慢（大概需要数周才能起效）。多项证据显示，eCB可能具备潜在的抗抑郁效应［30-32］：①逆转急性及慢性应激反应；②产生包括神经发生和突触可塑性改变在内的抗抑郁作用；③抑郁症患者eCB水平较低；④欧洲及美国的临床试验显示，使用选择性CB1R受体拮抗剂利莫那班（rimonabant）治疗肥胖的副作用之一就是诱发抑郁。近年研究显示，上调AEA能治疗急性应激引起的抑郁［31，33］。此外，虽然每天在应激前注射2-AG水解酶（monoacylglycerol lipase，MAGL）抑制剂JZL184（8 mg·kg-1）能阻止抑郁行为的产生［34-35］，但JZL184不能逆转慢性应激诱导的抑郁［35］，即不同剂量的MAGL抑制剂对于急慢性应激可能产生抗抑郁和促抑郁的双向效应。

研究发现，在急性应激状态下，即强迫游泳前2 h给予MAGL抑制剂JZL184（5 mg·kg-1）能明显对抗急性应激所致的绝望行为，减少强迫游泳的不动时间。然而，该剂量对处于慢性应激状态的小鼠并不产生抗抑郁效应。脑片电生理和细胞特异性条件性CB1R敲除小鼠的实验结果证实，JZL184上调突触间隙2-AG含量，作用于海马星形胶质细胞CB1R，上调细胞间隙谷氨酸含量。谷氨酸作用于突触后膜NR2B受体，介导AMPA受体内吞，诱导产生LTD，对抗急性应激引起的抑郁样行为，有趣的是，高剂量JZL184（20 mg·kg-1）对于暴露于急性和慢性应激的小鼠分别表现出促进抑郁样行为的产生和抗抑郁效应。对于慢性应激的小鼠，其抗抑郁效应可能与GABA能神经元CB1R被激活引起DSI效应导致GABA能突触去抑制有关［36］。

3 内源性大麻素系统对全麻神经环路的调节作用

研究发现，全麻药物对同一神经核团的不同投射区域可能发挥着完全不同的作用，提示全麻药物对中枢神经系统的调控很可能是通过复杂的神经网络实现的。因此，有研究者提出了神经环路的网络调控学说。但全麻药物如何实现对神经网络的调控，依然是一个完全空白的领域。eCB作为一种逆行作用突触的神经递质，对兴奋性突触和抑制性突触均有调节作用；而全麻药物，尤其是吸入性麻醉药，能够引起兴奋/抑制作用的双向性改变。一项结合行为学、脑片电生理、化学遗传学（designer receptor exclusively activated by designer drugs，DREADD）、免疫电镜和脑电监测等技术，基于6种模式动物的研究证实，下丘脑背内侧核（dorsomedial hypothalamic nucleus，DMH）在eCB调节全麻后意识恢复中发挥着核心作用［37］。细胞特异性条件性CB1R敲除小鼠以及基于环化重组酶/loxP位点（cyclization recombination enzyme/lox sequences，Cre-loxp）技术的核团特异性细胞特异性CB1R敲除小鼠进一步证实，DMH兴奋性突触上的CB1R被激活后，可以同时兴奋核团内的2种主要神经元，即谷氨酸能和GABA能神经元，并产生双向投射路径。其中，谷氨酸能神经元主要投射到促觉醒的穹窿周围区（perifornical area，Pef）；而GABA能神经元则投射至促睡眠的腹外侧视前区（ventrolateral preoptic area，VLPO）。应用DREADD技术选择性阻断其中任一投射，都能逆转CB1R拮抗剂AM281所产生的促进全麻后意识恢复的作用；而支配DMH的兴奋性突触则主要来自PFC内的谷氨酸能神经元，而非视交叉上核。由此绘制出的PFC-DMH-Pef/VLPO环路是调控麻醉后意识恢复的关键神经环路，而eCB系统对这一环路具有极为关键的调控作用［37］。

上述研究的科学意义是：①首次从神经环路水平解析了麻醉觉醒的机制，对于未来利用同样的方法来阐述麻醉药物作用机制的神经环路基础，具有极为重要的意义；②部分地解答了睡眠-觉醒转化的过程中，兴奋/抑制双重神经调控的平衡问题；③该项研究绘制出eCB调控麻醉觉醒的关键神经环路，即PFCDMH-Pef/VLPO环路，对于人们揭示全麻药物的作用机制，甚至于睡眠的机制都有非常重要的意义。

4 展望

eCB系统在进化上高度保守，尤其是其Ⅰ型受体CB1R。CB1R是果蝇、斑马鱼、啮齿类动物、非人灵长类动物以及人类脑内表达最为丰富的G蛋白偶联受体，研究已证实，其在多种脑生理功能以及神经精神疾病中都扮演着极为重要的角色。但由于其表达的细胞特异性、分布的核团特异性以及可能存在的雌雄差异，eCB系统在大脑生理病理状态下如何通过作用于不同神经细胞中的CB1R、调控不同的神经环路是一个亟待深入研究的问题。

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