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Pain Therapy Targets:N -type and T -type Calcium Channels

吴飞翔  俞卫锋

第二军医大学东方肝胆外科医院麻醉科，上海 200438

Fei-xiang Wu Wei-feng YU

Department of Anesthesiology,Eastern <?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />Hepatobilliary Surgery Hospital,Second Military Medical University,Shanghai,200438

ABSTRACT

　　Severe chronic pain afflicts a large number of people worldwide but satisfactory relief from such pain is difficult to achieve with drugs that are currently available,and so there is a great need for the development of new,efficacious and safe analgesics. The transmission of pain signals is dependent on voltage-gated Ca₂+channels in nociceptive neurons. Although multiple subtypes of voltage-gated calcium channels exist,pharmacological and ion-channel gene knockdown approaches in animals have revealed N-type and T-type calcium channels to be particularly attractive molecular targets for the discovery and development of new analgesic drugs.

　　Key Words: Pain;T-type calcium channel;N-type calcium channel;Nociceptor;Antisense oligonucleotides

　　疼痛的发病率很高，但其治疗却是一个难题。目前治疗疼痛的最常用、有效的药物是阿片类药物，但存在诸多副作用，如呼吸抑制、便秘以及成瘾等。钙通道阻滞剂一直是人们致力研究用于治疗疼痛的焦点之一，钙通道直接或间接地影响多种生理过程如兴奋——收缩耦联、递质释放、神经分泌、细胞内代谢和基因表达，各种特异亚型钙通道阻滞剂为治疗疼痛提供了许多新的选择。

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　　一、疼痛的定义、分期及特点

　　疼痛是一种令人不快的感觉和情绪上的感受，伴随着现有的或潜在的组织损伤。当疼痛时间超过三个月时，通常称为慢性疼痛，它是指的没有生物学价值的、超过正常的组织损伤愈合时间的疼痛。依据原始刺激的时程和自然特性，疼痛分为三个时期，第一期：急性疼痛期，是对简单、短暂的伤害性刺激的处理过程，是信号单纯、直接由外周向丘脑及皮层中枢的传递过程。外周感受器的放电与主观疼痛的感知紧密相关。第二期：炎症性状态期，由持续长时间伤害性刺激所形成，导致组织损伤和外周的炎症反应，机体出现自发性疼痛、痛觉过敏（定义为刺激——反应曲线的左移，将轻微疼痛认为是剧烈的疼痛）以及超敏反应（将非伤害性刺激判定为疼痛^[1]。第三期：神经病理性状态期，是外周神经元或CNS损害的结果，包括外周的神经病理状态与中枢的疼痛状态^[2]，此时的疼痛与原发的损伤无关。尤其要指出的是这三个时期之间并不排斥，在某些神经病理状态下可以共存。

　　二、钙通道的基本特点

　　哺乳动物的神经系统中存在多种电压依赖性钙通道(voltage-dependent calcium channels，VDCCs)，据其电生理性质与药理学特点，可分为T、L、N、P/Q、R型等。其中L、N、P/Q、R型属于高电压激活的钙通道，T型属于低电压激活的钙通道。钙通道由α1、β、α2δ及γ四个亚单位构成的膜蛋白复合体，α1亚单位共有十种不同类型，根据基因序列的同源性不同分为CaV1、CaV2和CaV3。CaV1（CaV1.1－CaV1.4）编码L型α1亚单位，CaV2.1、CaV2.2和CaV2.3分别编码P/Q、N和R型，T型则由CaV3（CaV3.1－CaV3.3）编码^[3]，β、α2δ各由四个不同基因编码，而γ亚单位由八个基因编码。N及T型钙通道α1亚单位在细胞膜上分为四个相同的区域，每个区域含有六个跨膜片段(Sl?S6)。S5－S6的肽链部分贯穿于膜内，形成让离子选择性通过的亲水性孔道区(即P区)，该区是药物和毒素等从膜外侧或膜内侧影响通道功能的重要部分。α1亚单位另一个重要的肽段是S4，为VDCCs的电压感受器^[4]。β亚基位于膜内，由五个不同的区域组成，能与α1亚基的I－II区的胞内部分及C 末端结合。α2δ亚基是由α2肽段和δ肽段通过一个二硫键连接而成的一个复合体，α2位于膜外而δ跨膜，δ将α2δ复合体定位于膜上，α2肽段在胞外与α1亚单位的III 区的胞外部分结合。γ亚基由四段跨膜片断组成，分子量约为36kD。

　　1. N型钙通道的电生理特点

　　N型钙通道具有高电压激活、快速失活的特点，其电压介于L型和其他高电压激活的钙通道之间。当15mmol/L Ba2+为负载离子时，50%通道激活的电压为＋7.8mV，50%通道失活的电压为－61mV，去极化至＋10mV时激活时间常数为3ms，失活时间常数约为200ms^[5]。N型钙通道的电导大小介于L型和T型VDCCs之间。N 型钙通道的主要作用是调控去极化诱导的Ca2＋内流，是Ca2＋内流的主要途径之一。Ca2＋内流可触发细胞内Ca2＋依赖的一系列生理反应，包括神经元兴奋性的调节、神经递质释放、激活第二信使和基因转录等。

　　2. T型钙通道的电生理特点

　　T型钙通道激活的阈值电位接近于静息膜电位(－70mV)，显著低于高电压激活钙通道的阈值电位(－10mV)，因T通道激活与失活速度快，开放时间短暂，故亦称临时通道(transient channels)。T 型钙通道具有以下电生理特点：在膜去极化电位较小时(－60mV~－50mV)开始开放；持续刺激下，产生的电流短暂；关闭缓慢，产生缓慢衰减尾电流；对钡和钙的电导相同，并且很小(7~8ps)；对二氢吡啶不敏感；其失活稳定状态的电压范围和激活稳定状态电压范围相似^[6]。T型钙通道被激活时可引起细胞外Ca2＋内流，而细胞内Ca2＋浓度升高时可以激活Ca2＋钙调蛋白依赖性蛋白激酶，产生一系列生理病理反应。

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　　三、疼痛治疗靶位：N型钙通道

　　N型钙通道参与伤害性信息的传导已受普遍公认，其阻滞剂的镇痛效应也已被证实。近来发现，背根节伤害感受性神经元上存在特异的N型钙通道，为疼痛治疗提供了一个新靶位。

　　1. N型钙通道在神经系统中的分布

　　N型钙通道由CaV2.2编码，大量存在于突触前的神经末稍，也分布于树突及神经元胞体。N型钙通道在神经元中的特异性表达主要是在初级传入神经元及脊髓背角浅层，及伤害性传入神经元至CNS的突触连接部位。N型钙通道在DRG及脊髓背角感受伤害性刺激的神经元上有大量分布，而且主要分布于神经元突触部位，如密集分布于终止于脊髓背角浅层(I、II层)的C和Aδ传入纤维轴突末梢，而且在延髓、中脑、小脑分子层、丘脑、黑质、豆状核尾侧、海马分子层、辐射层、始层、大脑皮质浅层等突触分布密集区域均有分布^[7]，这为N型钙通道参与疼痛的传递及调节提供解剖基础。

　　2. N型钙通道在疼痛通路的作用

　　慢性疼痛炎症性状态期，由持续长时间伤害性刺激所形成，导致组织损伤和外周的炎症反应，炎症可激活PKC-ε亚型，后者可同CaV2.2的C端结合，从而导致提高通道的活性^[8]。另外，由于感觉神经元处于高兴奋性状态，可增加沿轴突传递的动作电位，当至突触前末稍时，这些动作电位可开放N型钙通道，钙离子内流则可触发神经递质的释放。多种神经递质和神经调质参与疼痛的传递与调控，包括：谷氨酸、乙酰胆碱、去甲肾上腺素、多巴胺、γ－氨基丁酸及P物质、降钙素基因相关肽等，其中Glu和SP与疼痛关系最为密切^[9]。调节突触前钙离子内流的细胞机制是G蛋白偶联受体，它可降低钙道的活性，CaV2.2对此调节方式最为敏感。G蛋白偶联受体所介导的N型钙通道的抑制是整个神经系统的重要基础，因为N型钙通道在初级传入神经元中大量存在（75%的HAV钙电流），所以在伤害性通路中的作用就更为显著。鸦片受体家族可调节N型钙通道，它与N型钙通道共表达于突触前的DRG神经元内。鸦片受体可抑制N型钙通道，鸦片受体样受体（ORL－1）可内化N型钙通道^[10]，从而阻断突触前的疼痛信号。PKC的磷酸化可增加N型钙通道的活性，可间接被G蛋白抑制剂所拮抗，因而PKC磷酸化引起的通道高活性状态可减少G蛋白偶联受体对疼痛的抑制效率。

　　3. N型钙通道阻滞与镇痛

　　阻断钙通道可减少神经递质的释放从而达到镇痛目的。N型钙通道基因敲除模型证实了这一点。α1B亚单位(CaV2.2)基因敲除小鼠对炎性痛及神经病理性痛的痛阈明显提高^[11]。与鸦片受体不同，伤害性受体对N型钙通道抑制作用是由G蛋白介导的而且不依赖于受体激动剂。此调节方式主要依靠信号复合物的形成，由N型钙通道C端与伤害性受体的相互作用产生。基于此，这些通道在相对较低的水平的受体活性时即可起作用，并且在无受体激动剂时亦可被G蛋白所抑制^[12]。N型钙通道的活性可被伤害性受体——通道比例所动态调节。增加受体的密度可增强对N型钙通道的抑制，从而通过G蛋白偶联受体（如μ受体）调节通道的活性。长期吗啡治疗的大鼠伤害性受体的表达增加；过量表达ORL1受体的变异大鼠对吗啡的耐受增加^[13]，都可推断通道——受体复合的形成可能与吗啡的耐受有关。因此，通过药理学方式阻断ORL1受体通道的作用可减少吗啡的耐受。N型钙通道能特异地被ω－芋螺毒素(ω-conotoxin，ω-Ctx)阻断^[14]。地纹芋螺(Conus geographus)中分离出的27肽ω-Ctx GVIA是N型钙通道的特异性不可逆阻断剂，已成为除河豚毒素外最常用的一个毒素类工具药。从致幻芋螺(Conus magus)中分离出的25肽ω-Ctx MVIIA(即Ziconotide)，则能可逆性阻断N型钙通道，动物实验及临床观察结果均表明具有明确的镇痛作用^[15]，已被美国FDA批准鞘内给药用于治疗各种难治性疼痛，很可能成为一种新的有效镇痛药物。

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