朱春輝(寧波市鎮(zhèn)海龍賽醫(yī)院藥劑科,浙江寧波 315200)
焦慮癥以持續(xù)性緊張、擔(dān)心、恐懼或發(fā)作性驚恐為特征,伴有自主神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和運(yùn)動不安等行為,??蓪?dǎo)致嚴(yán)重的功能障礙,其研究機(jī)制主要集中在神經(jīng)遞質(zhì)及相應(yīng)受體方面,具體的細(xì)胞內(nèi)信號通路尚未被明確[1]。越來越多的行為學(xué)和藥理學(xué)研究顯示,焦慮的調(diào)節(jié)是通過細(xì)胞內(nèi)第二信使環(huán)磷酸腺苷(cAMP)進(jìn)行的,且cAMP的產(chǎn)生及轉(zhuǎn)化受各種酶類的影響。本文擬以“Anxiety”“Cyclic adenosine monophosphate”“Adenylate cyclase”“Phosphodiesterase”“Protein kinase A”等為關(guān)鍵詞,組 合 檢 索2000-2014 年P(guān)ubMed、ScienceDirect、Springer 等數(shù)據(jù)庫的相關(guān)文獻(xiàn)。結(jié)果共查閱到文獻(xiàn)236 篇,其中有效文獻(xiàn)33篇。現(xiàn)就近年來國內(nèi)外通過第二信使cAMP通路治療焦慮癥的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。
腺苷酸環(huán)化酶(AC)能夠?qū)⑷姿嵯佘眨ˋTP)轉(zhuǎn)變成cAMP,引起細(xì)胞的信號應(yīng)答。傳統(tǒng)cAMP信號通路研究目標(biāo)主要集中于細(xì)胞膜受體,近年來也有以AC為靶目標(biāo)的研究報(bào)道[2]。哺乳動物中已發(fā)現(xiàn)9 種AC 跨膜亞型(AC1~AC9)[3]。AC主要分兩類:一種是被鈣離子(Ca2+)/鈣調(diào)蛋白激活,主要分布于腦組織;另一種由鳥苷酸結(jié)合蛋白即G 蛋白家族中的Gs蛋白介導(dǎo),這類AC 分布廣泛,且活性能被G 蛋白家族中的Gi蛋白抑制。
Ca2+調(diào)節(jié)的AC亞型是cAMP和神經(jīng)元活動的重要組成部分,主要與精神疾病相關(guān)[4]。Ca2+刺激的AC 亞型包括AC1 和AC8,海馬齒狀回和大腦皮層中含有豐富的AC1,下丘腦中則富含AC8。Ca2+濃度抑制的AC 亞型為AC5,主要在紋狀體中表達(dá)[5]。
Schaefer ML 等[6]通過胚胎干細(xì)胞同源重組技術(shù)培育的AC8基因敲除小鼠,其腦部海馬、丘腦、腦干等部位Ca2+刺激的AC活性下降,高架十字迷宮(EPM)和曠場(Open field)實(shí)驗(yàn)顯示,基因敲除小鼠能調(diào)節(jié)重復(fù)應(yīng)激所導(dǎo)致的焦慮。研究顯示,AC8 基因敲除小鼠的海馬CA1 區(qū)長時(shí)程抑制(LTD)損害,且該腦區(qū)壓力誘導(dǎo)的cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化作用減弱,導(dǎo)致海馬依賴的認(rèn)知缺陷,應(yīng)對壓力時(shí)的焦慮減少[7]。Krishnan V等[8]用新異環(huán)境測試AC5基因敲除和AC1/8 雙基因敲除小鼠的自主活動性,發(fā)現(xiàn)兩者呈相反趨勢,雄性AC5基因敲除小鼠較正常小鼠的自主活動性高,且在高架開臂區(qū)的活動時(shí)間及明暗箱中光亮區(qū)域活動時(shí)間明顯增加,而AC1/8雙基因敲除小鼠在這幾項(xiàng)指標(biāo)上均未見有顯著性差異,表明AC5基因敲除小鼠有明顯的抗焦慮樣作用。
以上研究結(jié)果表明,AC5基因與焦慮密切相關(guān),AC8基因與長期應(yīng)激導(dǎo)致的焦慮有關(guān)。敲除小鼠Ca2+調(diào)節(jié)的AC基因顯示了較強(qiáng)的抗焦慮作用,提示抗焦慮樣作用可能與Ca2+調(diào)節(jié)的AC活性下降有關(guān),推測細(xì)胞內(nèi)cAMP水平可能呈下降趨勢。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn),除心房鈉尿肽(ANP)受體外,所有已克隆的神經(jīng)肽受體都屬于G蛋白偶聯(lián)受體。促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子/激素(CRF/CRH)在下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)(HPA)軸中起神經(jīng)調(diào)質(zhì)作用,與焦慮、壓力調(diào)節(jié)有密切關(guān)系,杏仁核是其主要表達(dá)位點(diǎn)之一[9]。CRF 系統(tǒng)長期過度活躍會導(dǎo)致諸如焦慮等與壓力相關(guān)的情緒紊亂[10]。
小鼠體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)CRH1 和CRH2 兩種受體,其中CRH1 受體在垂體前葉、新皮層、海馬、杏仁核等腦區(qū)高度表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn),Crhr1(loxP/loxP)Camk2a-cre 基因敲除小鼠的CRH1 受體功能缺失能增強(qiáng)小鼠探尋活動且減少焦慮相關(guān)行為[11]。CRH1/CRF1受體是Gs蛋白偶聯(lián)受體,在HEK293細(xì)胞內(nèi)高度表達(dá),通過作用于AC生成cAMP,并激活蛋白激酶A(PKA)[12]。Gilligan PJ等[13]發(fā)現(xiàn),DMP904能拮抗HEK293細(xì)胞中CRF1受體偶聯(lián)的AC活性,在最小口服有效劑量(0.3 mg/kg)下就能觀察到最大藥效,提示DMP904可能成為一個(gè)副作用更低的新型抗焦慮藥。
松弛肽受體(RXFPs)是G 蛋白偶聯(lián)受體,RXFP3 mRNA在人腦黑質(zhì)、垂體、海馬、杏仁核等中樞神經(jīng)系統(tǒng)中高度表達(dá)[14]。RXFP3 激動藥Relaxin-3 類似神經(jīng)遞質(zhì)能被釋放至突觸間隙,從而參與應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)節(jié)。大鼠束縛應(yīng)激時(shí)第四腦室附近的腦橋背蓋中央灰質(zhì)中Relaxin-3 mRNA 表達(dá)增加,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),約70%表達(dá)Relaxin-3的神經(jīng)元通過側(cè)腦室的CRF 來誘導(dǎo)即早基因(c-Fos)表達(dá),提示表達(dá)Relaxin-3 的神經(jīng)元可能是通過CRF1受體來調(diào)節(jié)壓力[15]。RXFP3拮抗藥INSL5能抑制大鼠腦內(nèi)的AC活性進(jìn)而抑制cAMP積聚。這種抑制作用是通過Gi/o蛋白產(chǎn)生,提示Relaxin-3/RXFP3系統(tǒng)可能是體內(nèi)調(diào)節(jié)壓力和焦慮的重要系統(tǒng),RXFP3可能成為抗焦慮藥的潛在靶點(diǎn)[16]。
有文獻(xiàn)報(bào)道,5-羥色胺(5-HT)1A 受體激動藥在各種經(jīng)典焦慮行為實(shí)驗(yàn)如Vogel飲水沖突、Gellar-Seifter沖突、EPM等實(shí)驗(yàn)中顯示抗焦慮樣作用,而拮抗藥能阻滯這種作用。CSP-2503是5-HT1受體激動藥,能減少小鼠下丘腦5-HT神經(jīng)元的活性及大鼠中縫核細(xì)胞的電生理活性,阻滯毛喉素增強(qiáng)的人5-HT1A 受體轉(zhuǎn)染海拉細(xì)胞的AC 活性,大鼠明暗箱和社會交互實(shí)驗(yàn)顯示抗焦慮樣作用[17]。研究顯示,5-HT1A 受體與Gi/o 蛋白偶聯(lián),激活后能抑制AC 活性[18]。因此,5-HT1A 受體激動藥能減少cAMP的形成,抑制PKA介導(dǎo)的磷酸化[19]。Dell’Osso L 等[20]研究22 位健康人和22 位焦慮驚恐障礙患者時(shí)發(fā)現(xiàn),焦慮驚恐障礙患者血小板中的5-HT 抑制AC 能力顯著減弱,通過給予帕羅西汀1個(gè)月治療后發(fā)現(xiàn)接近正常水平。研究提示患者血小板中5-HT抑制AC的能力減弱,且5-HT響應(yīng)能力減弱與其受體偶聯(lián)的G蛋白能力減弱有關(guān)。
Bellido I 等[21]證實(shí),大鼠5-HT 神經(jīng)元上的甘丙肽可調(diào)節(jié)5-HT 遞質(zhì)傳遞,并緩解焦慮相關(guān)神經(jīng)障礙。中縫背核(DRN)中5-HT 神經(jīng)元的活性主要是通過5-HT1A 自受體抑制AC 活性和激活內(nèi)流的K+離子通道調(diào)節(jié),甘丙肽受體1(GalR1)信號通過機(jī)制完全相同,其調(diào)節(jié)大鼠中縫背核5-HT神經(jīng)元活性通過GalR1 受體/自受體進(jìn)行[22]。甘丙肽受體1 也是G 蛋白偶聯(lián)受體,激活后通過Gi 蛋白抑制AC 活性,降低cAMP 水平。甘丙肽受體3基因敲除小鼠也表現(xiàn)出焦慮癥狀[23]。
P 物質(zhì)(SP)及其受體NK1 選擇性激動藥SarMet-SP 注射到小鼠內(nèi)側(cè)核和中央核中,EPM 實(shí)驗(yàn)顯示出焦慮樣作用[24]。正常小鼠EPM 實(shí)驗(yàn)顯示,NK1 受體拮抗藥RP67580 具有抗焦慮樣作用,對NK1 受體基因敲除小鼠無明顯作用[25]。這些研究提示,P物質(zhì)NK1受體可能參與了焦慮的形成,該受體可能成為抗焦慮藥研制的另一潛在靶點(diǎn)。
CRF1/CRH1 受體和RXFP3 拮抗藥均能抑制AC 活性,產(chǎn)生抗焦慮樣作用,推測與胞內(nèi)cAMP 水平下降相關(guān)。甘丙肽、SP 等激動藥或拮抗藥的抗焦慮作用可能是通過激動5-HT1A受體、抑制AC、降低cAMP 水平產(chǎn)生。綜合這些研究發(fā)現(xiàn),神經(jīng)肽受體因其與G 蛋白偶聯(lián),故而與AC 的活性密切相關(guān),可能成為抗焦慮藥研究的新靶點(diǎn)。
磷酸二酯酶(PDE)具有降解細(xì)胞內(nèi)cAMP 或環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)的功能,從而終結(jié)這些第二信使所轉(zhuǎn)導(dǎo)的生化作用。咯利普蘭是PDE4 專屬性抑制劑。Li YF 等[26]研究發(fā)現(xiàn),小鼠長期腹腔注射咯利普蘭能增加海馬和前額皮層的cAMP 和cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的磷酸化作用(pCREB)水平,增加溴脫氧尿苷(BrdU)陽性細(xì)胞在海馬齒狀回的表達(dá),產(chǎn)生抗抑郁和抗焦慮樣作用;而對增生細(xì)胞有毒性的甲基氧化偶氮甲醇(MAM)能逆轉(zhuǎn)這種作用,并部分阻滯咯利普蘭的抗焦慮作用;停止給予MAM后咯利普蘭又能增加海馬的pCREB,重新表現(xiàn)抗抑郁和抗焦慮樣作用。也有研究發(fā)現(xiàn),PDE4 抑制劑GSK356278 可能會是一種比咯利普蘭更優(yōu)秀的藥物,能有效治療焦慮癥和改善大腦認(rèn)知的功能[27]。
這些研究結(jié)果表明,PDE4抑制劑抗焦慮作用至少部分是通過海馬的神經(jīng)性活動增加細(xì)胞內(nèi)cAMP水平來實(shí)現(xiàn)的。
一般認(rèn)為,cAMP的生理功能是通過cAMP依賴的蛋白激酶A(PKA)來介導(dǎo)的,PKA 激活后促使靶蛋白磷酸化產(chǎn)生效應(yīng)。最近也有研究發(fā)現(xiàn),cAMP通過環(huán)磷酸腺苷活化的交換蛋白(Epac)激活有絲分裂激酶(MAPK)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路產(chǎn)生作用。
Tardito D 等[28]采用Western Blot、免疫染色和計(jì)算機(jī)輔助成像技術(shù)研究驚恐障礙(PD)和PKA信號的關(guān)系,分析了24例PD患者和24例健康志愿者的PKA調(diào)節(jié)亞單位R(RⅠ、RⅡ)、催化亞單位C和Rap1蛋白的水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn)PD患者血小板中RⅠ和C亞基水平明顯高于正常組,RⅡ亞基水平未見改變,免疫標(biāo)記Rap1 兩組未見顯著差異。Rap1 蛋白屬于小分子G 蛋白Ras家族,主要通過其效應(yīng)子影響胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)通路,即Ras/MAPK信號通路來介導(dǎo)跨膜信息傳遞。這一研究表明與焦慮癥有關(guān)的可能是cAMP信號途徑而非MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。
β3 腎上腺素受體(β3-AR)是Gs 蛋白偶聯(lián)受體,在靶細(xì)胞通過cAMP-PKA信號級聯(lián)產(chǎn)生作用[29]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,β腎上腺素受體激動與焦慮有關(guān);最近研究發(fā)現(xiàn),選擇性激動β3-AR能產(chǎn)生與地西泮相似水平的抗焦慮作用[30]。β3-AR 激動藥BRL37344 能增強(qiáng)基底外側(cè)杏仁核中LPCS(Lateral Paracapsular)細(xì)胞γ-氨基丁酸(GABA)能突觸的抑制性突觸后電流(eIPSCs)。Silberman Y 等[31]采用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)在電極液中加入PKA拮抗藥Rp-cAMPS,胞內(nèi)透析能阻滯這種作用,提示β3-AR 對LPCS 細(xì)胞GABA 能突觸抑制性增強(qiáng)作用依賴cAMP機(jī)制介導(dǎo)。
Misra K 等[32]研究酒精攝入和焦慮樣行為大鼠的伏核(NAc)PKA信號通路時(shí)發(fā)現(xiàn),在伏核殼注射Rp-cAMP,EPM實(shí)驗(yàn)并未發(fā)現(xiàn)對焦慮樣行為的調(diào)節(jié)作用。降低大鼠伏核殼的PKA功能可能與焦慮行為無關(guān)。而Pandey SC等[33]研究發(fā)現(xiàn),酒精偏好大鼠具有更高的基線焦慮水平,在中央杏仁核(CeA)注射PKA 激動藥Sp-cAMP 可減少其酒精攝入和焦慮樣行為,同時(shí)增加CeA中CREB表達(dá);而在非酒精偏好的大鼠CeA注射PKA抑制劑Rp-cAMP,會激發(fā)焦慮樣行為和增加大鼠的酒精攝入。
綜上,PKA 激動藥產(chǎn)生抗焦慮行為可能與某些腦區(qū)相關(guān)。與AC研究不同的是,PKA激動藥產(chǎn)生抗焦慮作用是增加了某些腦區(qū)的cAMP水平,與PDEs抑制劑類似。
焦慮癥的發(fā)病機(jī)制目前尚不清楚,其遞質(zhì)假說也未被完全揭示,細(xì)胞內(nèi)第二信使的研究比較零散。筆者針對其中一條胞內(nèi)信號途徑——cAMP途徑查閱文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)抗焦慮作用實(shí)驗(yàn)研究的靶點(diǎn)主要側(cè)重于AC;主要采取基因敲除技術(shù)、受體激動藥或拮抗藥阻滯cAMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的方法。到目前為止,焦慮癥產(chǎn)生的胞內(nèi)信號途徑還未被明確,且研究部位的各種神經(jīng)元之間cAMP 水平存在一定差異,但從研究情況來看,似乎也能推測出一些規(guī)律,如5-HT1A受體激動藥的抗焦慮作用可能是通過抑制AC、降低胞內(nèi)cAMP水平而產(chǎn)生的,某些神經(jīng)肽類受體激動藥或拮抗藥的抗焦慮作用也可能通過此途徑產(chǎn)生。PDEs 抑制劑和PKA 激動藥的抗焦慮作用則可能是通過增加特定腦區(qū)內(nèi)的cAMP水平來實(shí)現(xiàn)的。隨著研究深入,焦慮癥的第二信使途徑也正逐漸引起重視,希望其研究的深入開展有助于早日攻克焦慮癥。
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