第二节　神经肽

一、神经肽概述

神经肽(neuropeptide):主要存在于神经元内起着信息传递作用的一类生物活性多肽。分别起着递质、调质、激素的作用。其最主要的功能是整合神经系统和身体其他系统的功能,包括感觉调控、生长发育、呼吸调控、心血管、胃肠道、水盐代谢、体温调节、食物和水摄取、生殖、行为和记忆等。还参与了许多自主神经反应,影响神经发育和再生。

至今,对神经肽的分类还没有合理的方法,这是由于同一种神经肽在体内分布广泛,且分布在不同组织中的神经肽所起的作用也不相同。但根据其结构或功能的相似性,目前的分类见表3-1。

释放的神经肽可经过不同的方式发挥作用:①轴突末梢释放的神经肽,可经突触后膜的特异性受体,作用于突触后神经元或靶细胞产生EPSP/IPSP(神经递质方式,突触传递方式)。②经血液循环作用于远隔的靶器官(神经激素方式,神经内分泌方式)。③以旁分泌的方式,调节突触前终末递质的释放或改变靶细胞对递质的敏感性(神经调质方式,突触调制方式)。④其他作用方式:包括神经营养作用、神经元保护作用、肌肉营养作用、免疫调节功能等。

二、一些重要的神经肽

P物质(substance P,SP)属于速激肽家族,是第一个被发现的神经肽。其广泛分布于脑内,在背根节、三叉神经节、脊髓、三叉神经脊束核、纹状体、黑质、杏仁核、大脑皮质、下丘脑、导水管周围灰质、中脑顶盖、脑干蓝斑核等结构中含量较高。P物质的主要作用是参与感觉信息的调控,此外其亦参与运动、情绪等的调节。

在脊髓水平,P物质主要由背根节中的感觉神经元合成,以轴浆运输的方式输送至中枢端(脊髓背角浅层)和外周端(感觉神经末梢),参与脊髓水平的痛觉信息传递。研究表明,在中枢端P物质可通过NK1受体,直接或间接促进谷氨酸的释放,参与痛觉信息传递;在外周端P物质可引起其神经支配区血管扩张、通透性增加、血浆蛋白外渗等神经源性炎症反应。近年来亦有观点认为,P物质可作为神经递质及免疫信号分子,刺激细胞因子的合成,放大局部免疫反应并调节疼痛。

但在脊髓以上水平,P物质又具有明显的镇痛作用。研究表明,经肌肉或腹腔给予P物质,或脑内注射P物质可引起明显的镇静和镇痛作用,这就提示P物质对痛觉信息的传递发挥双重作用。一方面作为初级传入纤维释放的神经递质,发挥痛觉信息传递的作用;另一方面通过影响其他物质的释放(包括脑啡肽),对痛觉信息进行调节,从而增强痛阈,发挥镇痛作用。

降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide,CGRP),是人类用分子生物学方法发现的第一个活性多肽,由37种氨基酸组成,广泛分布于中枢、外周和其他系统中。在神经系统中,CGRP阳性神经元及其纤维终末主要分布于同感觉信息调控有关的背根节、三叉神经节、脊髓、三叉神经脊束核、中脑导水管周围灰质、中缝大核、杏仁核等结构中,发挥感觉信息调控的作用。

在脊髓水平,CGRP主要由背根节和三叉神经节中的中、小型神经元合成,以轴浆运输的方式输送至中枢端(脊髓背角、三叉神经脊束核)和外周端(感觉神经末梢),参与脊髓水平的痛觉信息传递。既往研究表明伤害性的热刺激和机械刺激可以引起大鼠脊髓背角CGRP的释放增加;慢性炎性痛模型和神经病理性疼痛模型中,背根节中CGRP的表达增多,这些均提示CGRP作为伤害性递质,在慢性疼痛的形成和维持中发挥作用。细胞内信号通路研究表明,CGRP可通过PKC和PKA信号途径诱导痛觉过敏;CGRP亦可通过胞内信号增强P物质、谷氨酸、天冬氨酸等神经递质的合成或释放参与痛觉信息传递。

在脊髓以上水平,CGRP阳性胞体及其纤维主要分布于中脑导水管周围灰质、中缝大核、杏仁核等结构。研究表明,在这些核团内注射CGRP可引起伤害性热和机械痛阈增加,而该效应可被局部注射CGRP拮抗剂所拮抗,这就提示在脊髓以上水平,CGRP主要作用于镇痛系统发挥镇痛作用。

很早人们就发现阿片及阿片样物质具有强大的镇痛作用,进而发现机体本身就具有复杂的镇痛系统,并注意到内源性阿片样物质在该镇痛系统中的重要作用。在发现阿片受体之后,人们开始探寻在体内能直接作用于阿片受体,发挥阿片样作用的神经递质。借助受体竞争实验,Hughes及同事于1975年首次从动物脑提取液中分离到了脑啡肽(enkephalin,ENK),并报道了其氨基酸序列,即甲硫氨酸-脑啡肽(methionine-enkephalin,M-ENK)和亮氨酸-脑啡肽(leucineenkephalin,L-ENK)。之后借助同样的方法,人们很快发现并测定了其他阿片肽,这些阿片肽都含有ENK的核心序列Tyr-Gly-Gly-Phe-Met(或Leu),总称为内源性阿片肽(endogenous opioid peptides,EOP)。

随着分子生物学技术的发展,人们开始从蛋白、mRNA以及基因水平研究EOP的体外合成,并于1982年发现其分别来源于三个前体物质,即脑啡肽原(proenkephalin,PENK)、内啡肽/ACTH原(proopopmelanocortin,POMC)和强啡肽原(prodynorphin,PDYN),这些前体物质无生物活性,但在酶解转化为内啡肽后具有相应的生物学效应。除此之外,随着研究的不断深入,人们还发现了孤啡肽(nociceptin/orphanin FQ,OFQ)和内吗啡肽(endomorphin,EM)等多种EOP。随着阿片受体的成功克隆和功能研究,人们逐渐确认了各阿片受体的高选择性的、特异性的内源性配体,为研究阿片受体功能提供了强有力的理论支持(表3-2)。

脑啡肽(enkephalin,ENK)是最早从体内提取的内源性阿片肽,后期研究表明其氨基酸序列为内源性阿片肽的核心序列。提示这样的五肽结构与阿片样作用密切相关。作为EOP的典型代表,ENK在感觉信息的调控中主要发挥抑制性镇痛作用,这与其在感觉信息传递和整合的关键部位-脊髓背角胶状质和中脑导水管周围灰质的高表达密切相关。此外,ENK在杏仁核的高表达及其与边缘系统的广泛联系提示其可能参与痛觉相关情绪反应的调控。

在脊髓背角,ENK能神经元可通过突触前机制抑制初级传入纤维释放促痛性物质(谷氨酸和P物质);还可通过突触后机制抑制上行投射神经元传递痛觉信息;此外还可通过与GABA的共释放,调控投射神经元对GABA的反应。

在脊髓上水平,ENK主要通过突触前机制,抑制中脑导水管周围灰质中GABA的释放,从而间接兴奋延髓吻端腹内侧区中的停止神经元(Off-cell,持续活动会产生镇痛效应);或者通过突触后机制,直接抑制延髓吻端腹内侧区中的启动神经元(On-cell,活动减弱会产生镇痛效应)。

β-内啡肽(β-endorphin)是由垂体和下丘脑分泌的内源性阿片肽,其前体为内啡肽/ACTH原。通常β-内啡肽以前体形式存贮于垂体中,仅少量释放入血,但在疼痛等应激情况下,释放入血的β-内啡肽增多,作用于阿片受体,从而产生镇痛作用。此外,β-内啡肽还可在脊髓水平通过抑制P物质等疼痛介质的释放,发挥镇痛作用。

强啡肽(dynorphin,Dyn)是阿片样活性极强的内源性阿片肽,其前体为强啡肽原,目前关于强啡肽在痛觉信息调控中的作用颇具争议。既往研究表明,给予大鼠鞘内注射强啡肽可以产生剂量依赖性的镇痛作用,并且吗啡耐受并不影响该镇痛作用,这就提示强啡肽可能通过作用于k受体,调控疼痛的敏感性或减少疼痛介质的释放,最终发挥镇痛作用。但亦有研究表明强啡肽亦可能通过激活缓激肽受体或NMDA受体引起疼痛。

内吗啡肽(endomorphin,EM)是1997年发现的新的内源性阿片肽,是目前所知对MOR受体亲和力最高的内源性阿片肽。EM共有两种结构EM-1和EM2,均为四肽结构,其中EM-1多分布在臂旁核和孤束核,而EM-2多集中在脊髓,对多种类型的疼痛均具有很强的镇痛作用。形态学和电生理学研究表明,在脊髓水平,EM2可能通过突触前机制作用于MOR受体,进而抑制P物质的释放,最终调控伤害性信息的传递。而在脊髓上水平,EM1和EM2可能通过激活下行抑制系统,从而产生镇痛作用。

血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)属于胰高血糖素-胰泌素家族,为28肽。血管活性肠肽广泛分布于中枢、外周和其他系统中,是肠神经系统中最具有代表性的神经肽之一。在神经系统中,其主要分布于大脑皮质、下丘脑、杏仁核、海马、纹状体以及交感神经节、迷走神经等结构中。此外,在神经系统之外的组织和器官中,血管活性肠肽主要分布于肠、心脏、肺、血管壁等。

在神经系统之外,血管活性肠肽主要发挥血管舒张、降低血压、促进肠液分泌、抑制消化道平滑肌收缩等作用。在神经系统中,血管活性肠肽与受体结合后,发挥神经-内分泌-免疫调节作用。

既往研究表明,三叉神经痛发作时患者面部潮红、血浆中血管活性肠肽含量增加,提示疼痛发作可能是由于血管活性肠肽扩张血管、促进炎症介质释放和聚集,以及同其他神经肽协同作用引起的。