生理学报 Acta Physiologica Sinica, October25,2017,695):677-684 2016年, Amanda c de c williams和 Kenneth D热、化学和机械等不同形式刺激的受体,这些受体 Crag两位学者提出了“疼痛”的新定义:疼痛是构成了机体进行温度、化学或机械感受的物质基础 一种与现实或潜在的组织损伤相关的痛苦体验,包其中,有一种高表达在伤害性感受相关的中小直径 含了感觉、情绪、认知和社会四方面的成分叫。根初级感觉神经元中的受体—TRPⅤ1备受关注 据其时程不同,疼痛可分为急性痛和慢性痛:前者它不仅可以被热(>43%C)、酸(pH<59)、辣椒素 发生于组织损伤即刻,对机体具有警示和保护作用;( capsaicin,辣椒中负责引起辛辣口感的成分)和内 而后者是由神经损伤或神经活动异常引起的长时程源性大麻素如N-花生四烯酸乙醇胺( anandamide 病理变化所介导,是目前临床亟需解决的一大难题。AEA)等多种形式的刺激所激活,在组织炎症或神 据统计,全球约有五分之一的人口罹患慢性痛,经损伤的情况下,还可以在局部炎症介质如缓激肽、 而其中约四分之三的病人在病程中伴发过焦虑、抑前列腺素E2( prostaglandin E2,PGE2)、神经生长因 郁障碍等精神共病国,肉体与精神的双重折磨严重子( nerve growth factor,NGF)和ATP等刺激下发生 降低了病人的生存质量。但是,由于人们对慢性痛功能敏化( sensitization),表现出激活阈值下降、通 产生机制的认识还不充分,现有镇痛药物疗效欠佳道电流增大和膜定位增多等现象国。基于TRPV1 或副作用显著,因此多数慢性痛病人得不到及时、的上述功能特性即可以“整合”多种不同形式的刺 有效的镇痛治疗。关于慢性痛机制的研究和新型镇激,它被称为外周伤害性信息整合分子。作为一种 痛药物的研发具有重要意义 非选择性阳离子通道(PcN≈10),TRPV1在激活之 关于慢性痛机制的研究,主要围绕外周伤害性后可以引起Na、Ca2内流,从而促进神经元的兴 感受器( nociceptor)、脊髓和脑三个水平展开。既往奋及相关神经递质或神经肽的释放 在外周伤害性感受器和脊髓水平进行的研究,催生 TRPVI之所以吸引人们的广泛关注,主要原因 了大量参与慢性痛形成或维持的蛋白激酶、离子通在于它在伤害性热感受和病理性热痛敏的形成过程 道和受体等分子成为潜在的镇痛药物靶点,然而临中发挥着至关重要的作用。Tp基因敲除小鼠对 床实践表明,仅靶向外周和/或脊髓水平且收效良伤害性热刺激的反应性显著降低,尤其是炎症痛模 好的镇痛药物寥寥无几句,而针对脑内神经活动型鼠的热痛觉敏化行为显著减弱。同一家族温 的抗焦虑和抗抑郁药物却在临床上获得良好的镇痛度敏感的TRPV2虽然可以被>52°C的热刺激激活, 效果,这些现象提示痛相关的高级神经中枢可能但mp2基因敲除小鼠并未表现出热感受的异常 在疼痛的慢性化进程中发挥着关键作用。因此,探TRPV3的温度激活阈值为33~35℃,主要分布在 讨慢性痛过程中发生在脑水平的可塑性变化,成为皮肤角化细胞,在维持皮肤和毛发的正常生理功 近年来疼痛研究的热点方向 能中发挥重要作用;TRPV4的温度激活阈值为 本研究组十多年来,从慢性痛的外周敏化机27-34°C叫,在角化细胞和初级感觉神经元等多种 制研究开始,围绕伤害性信息整合分子——瞬时组织中有着广泛的表达,参与细胞的渗透压和机械 受体电位香草酸亚型1( transient receptor potential感受吗。随后的这些发现进一步巩固了TRPV在 vanilloid type 1,TRPV)展开了系列工作,并在此伤害性热感受和热痛敏形成过程中的核心地位,因 基础上开发了一些具有镇痛作用的短肽物质,近此TRPV1被广泛应用为背根神经节( dorsal root 年来又应用现代神经科学技术如光遗传学、化学 ganglion,DRG)热感受神经元的分子标记物。近年 遗传学等,将研究工作拓展到痛情绪的脑机制研来,虽然越来越多的热感受分子如TRPM3( transient 究上。此外,我们还在改善现有TRPV1靶点镇痛 receptor potential melastatin-3),钙激活氯通道(anct- 药物,降低其毒副作用等方面进行了相关研究。在amin-l,Anol)和双孔钾通道(two- pore domain potas 《生理学报》创刊90周年之际,我们对本研究组十 sium channels,K2P)等被陆续发现",但通过对 余年来围绕TRPV完成的相关工作进行总结,以 TRPVI-DTR( diphtheria toxin receptor)小鼠注射白 作献礼。 喉毒素,选择性损毁 TRPVI阳性神经元的硏究再 次证实,这些神经元对小鼠40°C以上热刺激的伤 I TRPV1的敏化和膜定位调控机制研究 害性回避行为以及伤害性热刺激信息从外周向脊髓 外周伤害性感受器上分布着各种可以接受冷、背角的传递是必需的92。678 生理学报 Acta Physiologica Sinica, October 25, 2017, 69(5): 677–684 2016 年，Amanda C de C Williams 和 Kenneth D Craig 两位学者提出了“疼痛”的新定义 ：疼痛是 一种与现实或潜在的组织损伤相关的痛苦体验，包 含了感觉、情绪、认知和社会四方面的成分 [1]。根 据其时程不同，疼痛可分为急性痛和慢性痛 ：前者 发生于组织损伤即刻，对机体具有警示和保护作用； 而后者是由神经损伤或神经活动异常引起的长时程 病理变化所介导，是目前临床亟需解决的一大难题。 据统计，全球约有五分之一的人口罹患慢性痛 [2]， 而其中约四分之三的病人在病程中伴发过焦虑、抑 郁障碍等精神共病 [3]，肉体与精神的双重折磨严重 降低了病人的生存质量。但是，由于人们对慢性痛 产生机制的认识还不充分，现有镇痛药物疗效欠佳 或副作用显著，因此多数慢性痛病人得不到及时、 有效的镇痛治疗。关于慢性痛机制的研究和新型镇 痛药物的研发具有重要意义。 关于慢性痛机制的研究，主要围绕外周伤害性 感受器 (nociceptor)、脊髓和脑三个水平展开。既往 在外周伤害性感受器和脊髓水平进行的研究，催生 了大量参与慢性痛形成或维持的蛋白激酶、离子通 道和受体等分子成为潜在的镇痛药物靶点，然而临 床实践表明，仅靶向外周和 / 或脊髓水平且收效良 好的镇痛药物寥寥无几 [4–6]，而针对脑内神经活动 的抗焦虑和抗抑郁药物却在临床上获得良好的镇痛 效果 [7]，这些现象提示痛相关的高级神经中枢可能 在疼痛的慢性化进程中发挥着关键作用。因此，探 讨慢性痛过程中发生在脑水平的可塑性变化，成为 近年来疼痛研究的热点方向。 本研究组十多年来，从慢性痛的外周敏化机 制研究开始，围绕伤害性信息整合分子 —— 瞬时 受体电位香草酸亚型 1 (transient receptor potential vanilloid type 1, TRPV1) 展开了系列工作，并在此 基础上开发了一些具有镇痛作用的短肽物质，近 年来又应用现代神经科学技术如光遗传学、化学 遗传学等，将研究工作拓展到痛情绪的脑机制研 究上。此外，我们还在改善现有 TRPV1 靶点镇痛 药物，降低其毒副作用等方面进行了相关研究。在 《生理学报》创刊 90 周年之际，我们对本研究组十 余年来围绕 TRPV1 完成的相关工作进行总结，以 作献礼。 1 TRPV1的敏化和膜定位调控机制研究 外周伤害性感受器上分布着各种可以接受冷、 热、化学和机械等不同形式刺激的受体，这些受体 构成了机体进行温度、化学或机械感受的物质基础。 其中，有一种高表达在伤害性感受相关的中小直径 初级感觉神经元中的受体 ——TRPV1 备受关注。 它不仅可以被热 (> 43 °C)、酸 (pH < 5.9)、辣椒素 (capsaicin，辣椒中负责引起辛辣口感的成分 ) 和内 源性大麻素如 N- 花生四烯酸乙醇胺 (anandamide, AEA) 等多种形式的刺激所激活，在组织炎症或神 经损伤的情况下，还可以在局部炎症介质如缓激肽、 前列腺素 E2 (prostaglandin E2, PGE2)、神经生长因 子 (nerve growth factor, NGF) 和 ATP 等刺激下发生 功能敏化 (sensitization)，表现出激活阈值下降、通 道电流增大和膜定位增多等现象 [8]。基于 TRPV1 的上述功能特性即可以“整合”多种不同形式的刺 激，它被称为外周伤害性信息整合分子。作为一种 非选择性阳离子通道 (PCa/Na ≈ 10)，TRPV1 在激活之 后可以引起 Na+ 、Ca2+ 内流，从而促进神经元的兴 奋及相关神经递质或神经肽的释放。 TRPV1 之所以吸引人们的广泛关注，主要原因 在于它在伤害性热感受和病理性热痛敏的形成过程 中发挥着至关重要的作用。Trpv1 基因敲除小鼠对 伤害性热刺激的反应性显著降低，尤其是炎症痛模 型鼠的热痛觉敏化行为显著减弱 [9, 10]。同一家族温 度敏感的 TRPV2 虽然可以被 >52 °C 的热刺激激活， 但 trpv2 基因敲除小鼠并未表现出热感受的异常 [11] ； TRPV3 的温度激活阈值为 33~35 °C，主要分布在 皮肤角化细胞 [12]，在维持皮肤和毛发的正常生理功 能中发挥重要作用 [13] ；TRPV4 的温度激活阈值为 27~34 °C [14]，在角化细胞和初级感觉神经元等多种 组织中有着广泛的表达，参与细胞的渗透压和机械 感受 [15]。随后的这些发现进一步巩固了 TRPV1 在 伤害性热感受和热痛敏形成过程中的核心地位，因 此 TRPV1 被广泛应用为背根神经节 (dorsal root ganglion, DRG) 热感受神经元的分子标记物。近年 来，虽然越来越多的热感受分子如 TRPM3 (transient receptor potential melastatin-3)，钙激活氯通道 (anoct￾amin-1, Ano1) 和双孔钾通道 (two-pore domain potas￾sium channels, K2P) 等被陆续发现 [16–18]，但通过对 TRPV1-DTR (diphtheria toxin receptor) 小鼠注射白 喉毒素，选择性损毁 TRPV1 阳性神经元的研究再 次证实，这些神经元对小鼠 40 °C 以上热刺激的伤 害性回避行为以及伤害性热刺激信息从外周向脊髓 背角的传递是必需的 [19, 20]