世界上首次发现搔痒受体
来源: 2010-08-23 10:20:11
    搔痒(或瘙痒)是一种不舒服的皮肤感觉,具有自我保护性生理作用,可防止机体受到外界有害物质的损害。慢性搔痒是一个重要的临床问题,可由肾脏疾病或肝脏疾病引起,也可由一些严重的皮肤疾病引起(例如特应性皮炎)。但是,在中枢神经系统中难以找到搔痒的特异性介质。不久前,美国华盛顿大学医学院疼痛中心的两位学者Yan-Gang SunZhou-Feng Chen在《自然》杂志上发表了一篇文章,首次提出脊髓背侧的胃泌素释放肽受体(gastrin-releasing peptide receptor, GRPR)在介导搔痒感觉中起着重要作用。作者发现,胃泌素释放肽在一小部分肽能背根神经节神经元中特异性表达,而其受体GRPR的表达仅限于脊髓背侧的Ⅰ层。GRPR发生突变的大鼠表现为对温度、机械、炎症和神经性疼痛的反应与野生型大鼠相似。相反,致痒性刺激引起的搔抓行为在GRPR突变大鼠中明显减少,而疼痛性刺激则引起正常反应。而且,在三种独立模型中,脊髓脑脊液中直接注射GRPR拮抗剂可明显抑制搔抓行为。这些数据证明,在脊髓水平,GRPR是介导搔痒感觉而非疼痛所必需的。因此,他们的结果表明GRPR是发现的第一种在脊髓背角介导搔痒感觉的分子,从而为抗搔痒药的研发提供一种中枢性治疗靶点。
    GRPR
是一种G蛋白成对受体(G-protein coupled receptor),在哺乳动物中与两栖类铃蟾肽样肽受体相对应,参与许多生理过程和行为,包括摄食和恐惧记忆。啮齿类动物的大脑内应用铃蟾肽可引出梳理毛发行为,与铃蟾肽是瘙痒的介质这一假设吻合。但是,支持这种假设的证据很少。事实上,铃蟾肽引出的梳理毛发行为曾被普遍认为是应激反应和体温调节的表现。
他们第一次发现胃泌素释放肽(GRP)在一部分中、小型背根神经节(dorsal root ganglion DRG)神经元中表达,与无髓鞘神经纤维的标记物外周蛋白共存。GRP也与肽能标记物CGRPP物质共存,但是不与非肽能标记物IB4共染色(co-stain),也不与有髓鞘的标记物NF200共染色。而且,约80%GRP+神经元表达TRPV1,后者是DRGs中的一种辣椒素受体,对于察觉温度和化学性刺激很重要。在脊髓中,GRP+纤维仅限于Ⅰ层和Ⅱ外层(Ⅱo)。背角中的GRP+纤维在背神经根切断术后大幅度减少,说明GRP来自初级传入。在成年大鼠的背角表面未发现GRPmRNA的表达。相反,在背角的Ⅰ层中发现了GRPR+神经元,而在脊髓的背角深层或腹角则未发现。一些研究发现,在外周和中枢神经系统中有一种搔痒传递途径,涉及一组搔痒特异性的无髓鞘C纤维和脊髓中的脊髓丘脑Ⅰ层神经元。因此,他们的结果表明脊髓水平的疼痛和/或搔痒感觉的感知涉及GRP/GRPR信号传递途径。
    
为了评价GRPR是否都对痛觉有作用,他们检查了GRPR突变型大鼠对温度、机械、炎症和神经性疼痛刺激的反应。GRPR大鼠和野生型大鼠在热疼痛引起的Hargreave’s缩爪试验方面没有差异。在烤盘和甩尾试验中,GRPR突变型大鼠表现为在一定温度范围内(烤盘48
5256,甩尾485052)与野生型大鼠相似的热敏感性。机械性疼痛敏感性通过各级von Frey灯丝(filament)来测定。GRPR突变型大鼠的机械阈值与野生型大鼠者相似。这些结果表明,急性疼痛信息的传递不需要GRPR信号传递系统。为了测定GRPR突变型大鼠对炎性疼痛的反应,在动物的右后爪内注射5%甲醛溶液(10μl)后对GRPR突变型大鼠的退缩和舔舐行为与同窝出生的对照者进行了比较。在第一阶段(0~10分钟)或第二阶段(10~60分钟)内,GRPR突变型大鼠与野生型大鼠之间未发现具有统计学意义的显著性差异。而且,后爪注射完全弗氏佐剂引起的机械性超敏反应在GRPR突变型大鼠和野生型大鼠之间没有差别。在神经性疼痛模型中,GRPR突变型大鼠也表现为与野生型大鼠相同的机械性痛觉过敏。最后,疼痛相关性基因表达检查未发现GRPR突变型大鼠的脊髓背侧有显著改变。综合起来,这些数据提示GRPR不是传递有害信息所必需的。

为了确定搔痒感觉是否需要GRPR,他们在GRPR突变型大鼠和野生型大鼠中研究了几种致痒剂的作用。皮内注射化合物48/80100μg/50μl),后者可使肥大细胞脱颗粒释放组胺,在30分钟内诱发剧烈的搔抓行为。相反,虽然化合物48/80GRPR突变型大鼠也引起搔抓行为,但搔抓的次数明显少于野生型大鼠(p<0.05)。然后应用蛋白酶活化受体2protease-activated receptor 2PAR2)激动剂作为致痒剂,PAR2是一种G蛋白耦合受体,在初级感觉神经元内表达,可被蛋白水解酶(例如胰蛋白酶和纤溶酶)激活。PAR2在人类皮肤中介导搔痒,PAR2激动剂(SLIGRL-NH2)是一种非组胺依赖性致痒剂。野生型大鼠的皮内注射SLIGRL-NH2100μg/50μl)在30分钟内诱发剧烈的搔抓行为。相反,GRPR突变型大鼠的搔抓次数明显减少(p<0.05)。最后,应用氯喹模型评估GRPR突变型大鼠的搔抓行为。与野生型大鼠相比,皮内注射氯喹(200μg/50μl)引起的搔抓行为在GRPR突变型大鼠中显著减少(p<0.05)。搔抓次数的减少不是由活动能力缺陷引起的,因为野生型和GRPR突变型大鼠之间的自发活动没有显著差别。重要的是,这些差别仅见于对已知致痒剂的反应,而对致痛剂的反应则没有差别。这样,在皮内注射赋形物后,GRPR突变型大鼠和野生型大鼠的搔抓次数没有显著性差异。这些结果提示,GRPR是一种对于搔痒信息在脊髓环路中的传递很重要的受体。

    假设如果GRPR介导搔痒感觉,则GRPR在脊髓水平的激活触发了搔痒信号的传递,进而造成搔抓行为。为了证实这一假设,鞘内应用GRPR激动剂GRP18-27,发现GRP18-27确实以剂量依赖性方式引起搔抓行为。通过甩尾试验证实,这些剂量的鞘内GRP18-27不影响疼痛敏感性。当GRPR突变型大鼠鞘内注射GRP18-27时,搔抓行为的水平显著低于野生型大鼠(p<0.01)。而且,鞘内注射GRPR拮抗剂(在注射GRP18-27之前10分钟)显著抑制GRP18-27引起的搔抓行为,而这种拮抗剂本身并不引起任何搔抓行为。最后,在鞘内注射上述每种致痒剂之前10分钟,鞘内注射GRPR拮抗剂可发现搔抓行为明显减少。相反,GRPR拮抗剂并不显著影响致痛剂(甲醛)引起的搔抓行为。因此,试验结果提示GRP通过脊髓GRPR起作用,介导信息传递而引起仅对致痒性刺激反应的搔抓行为。
    
这些数据提供了遗传、药理和行为学方面的证据,支持GRPR是脊髓中的特异性搔痒信号传递分子这一假设。虽然搔痒和疼痛密切相关,可能具有相似的外周和中枢机制,但GRPR突变型大鼠搔抓行为的减少反映了几种原因引起的搔痒而非痛觉的缺失。首先,试验结果表明GRPR突变型大鼠的疼痛敏感性未受损。GRPR突变型大鼠对足部电击的反应正常也支持这点。其次,致痒剂引起的搔抓行为反应在GRPR突变型大鼠中显著减少,而相同大鼠对致痛剂甲醛的反应仍保持正常。最后,GRPR受体在脊髓水平的激活引起了剂量依赖性的搔抓行为,并不影响疼痛行为。一个有趣的发现是GRPR突变型大鼠在不同的搔痒模型中表现出的敏感性有差异:GRPR突变型大鼠的搔抓行为减少在PAR2和氯喹模型中要比化合物48/80模型中更明显。与化合物48/80不同,PAR2激动剂SLIGRL-NH2和氯喹是通过非组胺机制而起作用。因此,不同类型的致痒性刺激在脊髓可能通过不同类型的中枢介质对搔痒信号进行处理和传递。或者,不同类型的致痒性刺激可引起不同的GRPR信号传递。脊髓中的其他铃蟾肽样受体也可能在GRPR突变型大鼠中产生代偿性作用。虽然试验结果提示GRPR特异性参与搔痒而非痛觉,但是考虑到选择性组胺敏感性神经元也对辣椒辣素起反应,不能排除表达GRPR的神经元参与痛觉的可能性。然而,试验结果强烈提示脊髓背角中存在一种搔痒特异性的GRPR介导的分子信号传递途径。研究结果对搔痒的治疗有重要的临床意义。例如,氯喹曾在非洲用于治疗疟疾发热,但是它常引起顽固性搔痒。GRP/GRPR信号传递途径可提供一种治疗慢性和顽固性搔痒的中枢靶点,而不影响感知急性伤害性刺激的能力,不会对病人造成损害。

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