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作者：劉鶴曹君利
作者單位：徐州醫(yī)學(xué)院江蘇省麻醉學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室&江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，221004
221004，徐州醫(yī)學(xué)院江蘇省麻醉學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室&江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;徐州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院麻醉科
國(guó)際麻醉學(xué)與復(fù)蘇雜志2013，34(10)
摘要：
背景：
組織酸化是炎癥、缺血/缺氧、骨質(zhì)破壞等多種疼痛條件下的共同病理特征。酸敏感離子通道(acid-sensingionchannels，ASICs)是一類(lèi)興奮性陽(yáng)離子通道，表達(dá)在神經(jīng)系統(tǒng)，可直接被細(xì)胞外質(zhì)子激活，介導(dǎo)組織酸化所致的傷害性感受。
目的：
以ASICs為疼痛治療靶標(biāo)，將為疼痛治療提供一條新途徑。
內(nèi)容：
綜述ASICs參與組織酸化所致傷害性感受的相關(guān)研究。
趨向：
近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)ASICs在介導(dǎo)組織酸化所致傷害性感受過(guò)程中發(fā)揮重要作用，以ASICs為靶點(diǎn)，將為開(kāi)發(fā)新型鎮(zhèn)痛藥物和疼痛治療提供新思路。
pH是反映機(jī)體內(nèi)環(huán)境酸堿程度的重要生理指標(biāo)，其常伴隨機(jī)體功能異常而改變。在各種生理和病理?xiàng)l件下，如組織炎癥、缺血/缺氧、感染，骨折所引起的血腫、關(guān)節(jié)炎性水腫和惡性腫瘤，細(xì)胞外質(zhì)子濃度都升高，且這些生理和病理?xiàng)l件都會(huì)使機(jī)體產(chǎn)生疼痛，提示局部組織酸化與這些疾病和與疾病相關(guān)的疼痛和痛覺(jué)過(guò)敏有根本聯(lián)系。Lindahl等研究證實(shí)酸性溶液作用于皮膚可引起疼痛，且疼痛程度隨酸性溶液pH值的降低而增強(qiáng)。我們已知疼痛信號(hào)由感覺(jué)神經(jīng)元亞群的神經(jīng)末梢產(chǎn)生：這些神經(jīng)元胞膜上有各種離子通道和受體的表達(dá)，能感受有害的細(xì)胞外信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)作電位，介導(dǎo)疼痛信號(hào)的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)導(dǎo)，這一神經(jīng)元亞群被稱(chēng)為傷害性感受器。外周傷害性感受器可以感受到機(jī)體局部組織pH的降低，并以去極化方式對(duì)這些改變做出反應(yīng)，這一反應(yīng)特征為存在質(zhì)子門(mén)控通道提供了起初的理論依據(jù)。1980年，Krishtal等先在神經(jīng)細(xì)胞膜上記錄到一種可以被質(zhì)子激活的電流，并認(rèn)為細(xì)胞膜上可能存在質(zhì)子受體，其研究為質(zhì)子門(mén)控通道提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。直到1997年，Waldmann和Caterina等分別在世界上首初次克隆出兩種通道蛋白：酸敏感離子通道(acid-sensingion channels，ASICs)和瞬時(shí)感受器電位(transient receptorpotential，TRP)離子通道，人們才逐漸開(kāi)始認(rèn)識(shí)質(zhì)子門(mén)控通道。TRP離子通道家族中瞬時(shí)受體電位香草酸受體1(transientreceptor potential vanilloid subfamily member 1，TRPV1)除可以被質(zhì)子激活外，還被細(xì)胞外熱和多種化學(xué)刺激物激活，提示其反應(yīng)的多模式特性，且TRPV1的激活需要較低的pH值(<5．9)；與之比較，ASICs可以被相對(duì)緩和的pH值(6．5～6．9)激活，免疫組化也證實(shí)ASICs比TRPV1有更廣泛的分布，因此，ASICs在感受機(jī)體組織pH變化，尤其在組織酸化引起的疼痛過(guò)程中具有更普遍意義。本文就ASICs參與組織酸化引起酸性傷害性感受的有關(guān)研究進(jìn)展作一綜述。
1 ASICs結(jié)構(gòu)與功能
ASICs是一類(lèi)可以被細(xì)胞外質(zhì)子激活的鈉離子選擇性通道，屬于表皮鈉通道/退化蛋白家族，由4個(gè)功能基因asic1、asic2、asic3、asic4編碼，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物分別為ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3、ASIC4等至少6個(gè)亞單位，可以被質(zhì)子激活或調(diào)節(jié)其他亞單位。ASICs共同的結(jié)構(gòu)特征為2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，1個(gè)富集半胱氨酸的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域和一小部分保守氨基酸模序。人和大鼠的大多數(shù)亞單位序列具有高度同源性，然而ASIC3的序列差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
因剪切變異體的不同，ASICs不同亞單位在機(jī)體分布和功能表現(xiàn)出差異：ASIC1a、ASIC2a和ASIC2b分布相對(duì)廣泛，在中樞和外周都有表達(dá)；ASIC3在背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglion，DRG)和脊髓中大量表達(dá)，但在嚙齒動(dòng)物腦中分布少。ASIC1a是先被證實(shí)的具有酸敏感特性的ASICs，其pH50為6．1～6．8，產(chǎn)生可以被阿米洛利所阻斷的快速失活的短暫電流。ASIC1a去敏化pH50約7．3，但在持續(xù)酸化條件下如炎癥時(shí)也處于去敏化狀態(tài)，且ASIC1a受細(xì)胞外Ca2+濃度的調(diào)節(jié)。ASIC1b是ASIC1序列的剪接變異體，其pH50為5．1～6．3，去敏化pH50約6．7，可以被比激活A(yù)SIC1a更低的pH所激活，ASIC1b電流可被鋅離子抑制。ASIC2a是先在人和大鼠中被克隆ASICs亞單位，pH50<5．0，其可能參與機(jī)械性感覺(jué)。ASIC2a是ASICa的剪接變異體，可與其他ASICs亞單位構(gòu)成異源通道，而不能構(gòu)成有功能的同源通道，可能是一種調(diào)節(jié)亞基；ASIC2b的分布與ASIC2a重疊，廣泛分布于中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)，與其他亞單位形成的異源復(fù)合物分布于舌乳頭，可以感知與酸味物質(zhì)有關(guān)的pH變化。ASIC3的pH50相對(duì)緩和，約6．2～6．5，其被激活后可以產(chǎn)生伴有持續(xù)性非去敏化的雙相電流，參與感知特殊組織的代謝狀態(tài)；大鼠的ASIC3主要分布在感覺(jué)神經(jīng)元上，而在人類(lèi)分布更廣泛。ASIC4主要分布在腦和脊髓中，但目前對(duì)其研究甚少。
2 ASICs介導(dǎo)局部組織酸化引起的疼痛傷害感受及其機(jī)制
2．1炎性痛
ASICs在外周和脊髓傷害傳導(dǎo)通路的廣泛分布和這些通道的質(zhì)子門(mén)控特性證實(shí)：在炎癥和組織損傷過(guò)程中，ASICs在傷害感受尤其是酸傷害感受中起重要作用。
炎癥是能被ASICs感受局部組織酸化并引起疼痛的一種病理狀態(tài)。在炎癥和組織損傷過(guò)程中，由于細(xì)胞溶解、肥大細(xì)胞脫顆粒等而釋放大量質(zhì)子，細(xì)胞外局部pH可以降低至5．4，且實(shí)驗(yàn)疼痛模型中也檢測(cè)到ASICs亞單位表達(dá)。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)ASICs參與炎性疼痛傷害感受：如炎癥過(guò)程中，ASICs亞單位在DRG中的表達(dá)增加。在完全弗氏佐劑(complete Freund’s asdjuvant，CFA)誘導(dǎo)的大鼠后足炎性痛模型中，注射同側(cè)DRG神經(jīng)元中ASIC1a/b、ASIC2b和ASIC3 mRNA水平大量增高，且能被非甾體抗炎藥阻斷并明顯減輕酸引起的疼痛。然而，ASIC3基因敲除小鼠的研究得出不一致的結(jié)論，這些結(jié)果可能的解釋?zhuān)c其他種屬動(dòng)物比較：
①小鼠DRG中ASICs的表達(dá)相對(duì)較低；
②敲除或沉默的ASICs基因后可能伴隨其他代償機(jī)制的出現(xiàn)。
此外，在原代培養(yǎng)的DRG神經(jīng)元中，加入前炎癥介質(zhì)神經(jīng)因子、血清素、白介素-1、和緩激肽，這些神經(jīng)元中表達(dá)ASICs的神經(jīng)元和ASICs樣電流幅度都增加。Lazdunski研究組發(fā)現(xiàn)：炎癥因子可以通過(guò)作用于ASIC，編碼基因的啟動(dòng)因子增加該通道的表達(dá)。他們還發(fā)現(xiàn)神經(jīng)生長(zhǎng)因子作用于ASIC3編碼基因啟動(dòng)因子的APA1反應(yīng)元件，通過(guò)TrkA/PKC和TrkA/JNK兩條信號(hào)通路調(diào)控ASIC3表達(dá)，這些研究從分子水平闡明了炎癥因子對(duì)ASICs調(diào)控機(jī)制。一氧化氮，一種在炎癥過(guò)程中達(dá)到高水平的介質(zhì)，也增加ASICs活性。炎癥時(shí)炎性滲出液呈高張狀態(tài)，且高張調(diào)節(jié)一些參與疼痛感受的離子通道，如FRPV4、TREK-1和ASIC3。炎癥的另一個(gè)特性是PLA2的表達(dá)水平大量增加，PLA2使磷脂水解成AA，Smith等已經(jīng)證實(shí)AA能直接激活A(yù)SICs。
FMRF-酰胺(苯丙-甲硫-精-苯丙氨酸多肽)本身不存在于哺乳動(dòng)物，但其結(jié)構(gòu)相關(guān)肽類(lèi)神經(jīng)肽FF(neuropeptideFF，NPFF)，神經(jīng)肽AF(neuropeptide AF，NPAF)，和神經(jīng)肽SF(neuropeptide SF，NPSF)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)大量表達(dá)，且NPFF在慢性炎癥過(guò)程中表達(dá)增加。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MRF-酰胺及其結(jié)構(gòu)相關(guān)肽類(lèi)NPFF、NPAF、NPSF通過(guò)增加ASIC1和ASIC3的峰電位幅度和/或減慢其失活而增強(qiáng)質(zhì)子門(mén)控電流，但對(duì)ASIC2a沒(méi)有影響。因此，通過(guò)內(nèi)源性FMRF-酰胺結(jié)構(gòu)相關(guān)肽類(lèi)調(diào)節(jié)，ASICs在對(duì)傷害性酸反應(yīng)中發(fā)揮作用。然而，F(xiàn)MRF-酰胺結(jié)構(gòu)相關(guān)肽類(lèi)對(duì)ASICs的調(diào)節(jié)所需pH7．4，此時(shí)通道處于關(guān)閉狀態(tài)，這些肽類(lèi)在體條件下如何影響ASICs的功能尚不清楚。
ASICs的基因和藥理學(xué)研究顯示，ASICs抑制劑可治療部分疼痛：局部或全身使用非選擇性ASICs抑制劑可減輕CFA引起的原發(fā)性痛覺(jué)過(guò)敏；注射ASIC3選擇性抑制劑APETx2或鞘內(nèi)注射ASIC3的siRNA可抑制CFA引起的熱痛覺(jué)過(guò)敏以及辣椒素、血清素或福爾馬林注射引起的縮足行為；破壞ASIC3顯著減輕CFA注射后引起的痛覺(jué)過(guò)敏。盡管ASICs可作為治療疼痛的新靶標(biāo)，但是一些研究發(fā)現(xiàn)ASICs功能與兩類(lèi)治療疼痛的藥物非甾體抗炎藥和阿片類(lèi)藥物具有部分重疊：非甾體抗炎藥通過(guò)直接與ASICs結(jié)合而抑制ASIC電流，并能抑制炎癥引起的ASICs表達(dá)。我們已知非甾體抗炎藥通過(guò)抑制環(huán)氧化酶和減少前列腺素合成發(fā)揮鎮(zhèn)痛、抗炎作用，然而，其通過(guò)阻斷ASIC或降低ASIC表達(dá)在發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用中所占比重尚不清楚。一種ASIC1a特異性抑制劑——南美狼蛛毒素PcTx1中樞使用產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛作用可被mu受體和δ受體抑制劑所阻斷，此外PcTx1增加腦脊液中內(nèi)源性腦腓肽水平，且前腦腓肽基因敲除小鼠，PcTx1的鎮(zhèn)痛作用缺失。鑒于PcTx1鎮(zhèn)痛耐受的形成與反復(fù)多次注射嗎啡產(chǎn)生阿片耐受相似，ASICs或許可被用于降低嗎啡引起的耐受和成癮。
然而，目前有關(guān)ASICs抑制劑的研究只限于臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，尚未有臨床研究報(bào)道。因此，只有可用于臨床試驗(yàn)的ASICs抑制出現(xiàn)，這些抑制劑在治療炎性疼痛的價(jià)值才能確定。
2．2缺血性疼痛
3種疾病以缺血性疼痛為特征：心絞痛、間歇性跛行和鐮形細(xì)胞性貧血。缺血性疼痛不同于其他形式的疼痛如組織損傷、燒傷或炎癥。有研究發(fā)現(xiàn)心臟傳入纖維上有ASIC3電流產(chǎn)生，提示可能介導(dǎo)缺血性心絞痛。后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)ASIC3表達(dá)于93％的心臟交感神經(jīng)元和74％的心臟副交感神經(jīng)元，進(jìn)一步支持同源ASIC3復(fù)合體為“心臟ASIC”。Naves和McCleskey等運(yùn)用逆行示蹤和電生理學(xué)技術(shù)證實(shí)：乳酸可以增強(qiáng)ASIC1a和ASIC3所介導(dǎo)的電流，在支配心肌的感覺(jué)神經(jīng)元中，乳酸可以增強(qiáng)ASIC3電流幅度達(dá)2倍以上。ASIC3具有更適合的表達(dá)方式和生理特征，成為乳酸的探測(cè)器，能更好地感受缺血引起的局部組織酸化。心肌缺血伴隨細(xì)胞內(nèi)外pH的降低，這種緩和且持續(xù)的酸化(pH7．0～6．0)可激活心臟交感傷害性神經(jīng)元上的ASIC3。缺血條件下一種脂質(zhì)代謝產(chǎn)物花生四烯酸也增強(qiáng)ASICs的電流幅度。多種蛋白酶在缺血條件下被激活，活化的蛋白酶通過(guò)催化ASIC1a調(diào)控通道的開(kāi)放和失活，從而介導(dǎo)缺血引起的疼痛。
2．3骨痛
異常增高的骨破壞吸收是疼痛性骨病的一個(gè)標(biāo)志。這些疾病包括骨質(zhì)疏松、纖維發(fā)育異常、成骨不全和癌癥骨轉(zhuǎn)移等。伴有骨轉(zhuǎn)移的癌癥患者，骨痛是其共同的并發(fā)癥。Jahr等研究發(fā)現(xiàn)，在人體骨骼中有大量的ASIC2和ASIC3表達(dá)在軟骨組織中有ASIC1表達(dá)。在人類(lèi)造骨細(xì)胞中存在著ASIC1、ASIC2和ASIC3mRNA。這些疾病共同的病理基礎(chǔ)是破骨細(xì)胞通過(guò)質(zhì)子泵分泌大量的質(zhì)子破壞骨質(zhì)，使局部微環(huán)境酸化，腫瘤周?chē)倪@種酸性環(huán)境引起與癌癥相關(guān)的疼痛。抑制骨質(zhì)的破壞吸收可以有效地減輕與這些疾病相關(guān)的疼痛。
3結(jié)語(yǔ)與展望
ASICs分布在與疼痛相關(guān)的神經(jīng)纖維上，能監(jiān)測(cè)局部組織中pH的變化，并產(chǎn)生疼痛傷害感受。這些通道被拮抗劑阻滯產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用。雖然ASIC1a和ASIC3的特異性拮抗劑PcTA1、APETx2加速了對(duì)ASIC1a、ASIC3功能的研究，但是ASICs其他成員尚缺乏特異性拮抗劑，限制了對(duì)其功能的深入研究。結(jié)合以前的大量研究結(jié)果，ASICs可能比原來(lái)認(rèn)為更復(fù)雜的方式影響疼痛傷害感受。因此，我們需要深入研究ASICs在疼痛感受中的作用，以便為疼痛治療開(kāi)辟新的途徑。