γ-氨基丁酸與睡眠覺醒*

謝晨,劉臻,趙娜,陳云飛,楊文佳

(上海中醫(yī)藥大學附屬岳陽中西醫(yī)結合醫(yī)院中心實驗室,上海 200437)

γ-氨基丁酸與睡眠覺醒*

謝晨,劉臻,趙娜,陳云飛,楊文佳

(上海中醫(yī)藥大學附屬岳陽中西醫(yī)結合醫(yī)院中心實驗室,上海 200437)

γ-氨基丁酸(GABA)是一種重要的抑制性神經遞質,在睡眠覺醒中占有重要的地位。實驗研究發(fā)現,在不同的腦區(qū),在睡眠覺醒的不同時期,GABA的水平不同;在不同的腦區(qū),通過對GABA的傳導進行干預,發(fā)現對睡眠覺醒所起的作用不同。該文綜述具體腦區(qū)中GABA與睡眠覺醒的關系,旨在為新藥研發(fā)提供參考。

γ-氨基丁酸;神經遞質;睡眠覺醒

睡眠可以恢復體力,有助于記憶,在人生中起到重要作用。失眠能夠引起情緒障礙、藥物依賴、記憶損害、日間疲勞、工作和人際交往困難,損害健康,甚至可能導致事故的發(fā)生[1]。γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一種重要的抑制性神經遞質,在睡眠中起著重要的作用[2]。作用于GABAA受體的藥物在失眠的治療中得到廣泛應用,如常見的苯二氮 類和非苯二氮 類Z-藥物(如佐匹克隆、扎來普隆和左旋佐匹克隆),苯二氮 類存在著耐受及依賴性等缺點,而非苯二氮 藥物能夠改善藥物的耐受性,并能夠長期應用和應用于不同的人群[3]。但是非苯二氮 類Z-藥物也存在一定的不良反應,只適合短期治療失眠。因此,研究GABA在睡眠覺醒中的作用,對于新藥開發(fā)有著重要的作用。

由于GABA與睡眠覺醒的關系密切。不同的腦區(qū)在睡眠覺醒中起著不同的作用,動物實驗研究發(fā)現GABA在不同的腦區(qū)對睡眠覺醒的作用不同,人類的睡眠覺醒中也發(fā)現類似現象。筆者就睡眠覺醒中GABA在不同腦區(qū)所起的作用及同一腦區(qū)的不同睡眠覺醒階段的水平(主要集中動物研究)綜述如下。

1 睡眠研究重要性及相關神經遞質

由于睡眠占了人生的三分之一時間,研究睡眠及睡眠障礙,對于社會發(fā)展也起到了重要的作用。特別是隨著社會發(fā)展,失眠患者越來越多。失眠的發(fā)生,不僅造成患者的心理生理雙重壓力,還造成了巨大的經濟損失,據美國2003年統(tǒng)計結果顯示:年齡在18～64歲的患者平均每6個月花費924美元,而65歲以上老人每6個月花費1 143美元[4]。中國睡眠研究會公布的調查結果顯示,中國成年人失眠發(fā)生率38.2%,高于國外發(fā)達國家。因此,對睡眠的研究也就顯得越加迫切。

KRUEGER等于1999年在JSleep Res雜志發(fā)表的《Humoral regulation of physiological sleep:cytokines and GHRH》指出調節(jié)睡眠覺醒行為的神經遞質所需滿足的條件:①大腦中存在該遞質及其受體；②外部注入該遞質或內源性產生該遞質能增加與該遞質相關的睡眠時相；③抑制該遞質的生成或使其失活,以及拮抗其受體都能減少該遞質相關的睡眠時相；④該遞質的濃度及代謝率與睡眠覺醒的周期同步變化；⑤該遞質水平應該在相應睡眠時相發(fā)生之前增加；⑥當該遞質及其受體被拮抗時,由于睡眠剝奪、感染、或周圍環(huán)境溫度升高引起的睡眠時相增加也會受到抑制。

睡眠覺醒與很多神經遞質密切相關,如乙酰膽堿、谷氨酸、GABA、食欲素、褪黑素、組胺、腺苷等。不同的神經遞質在睡眠起著不同的作用,相互聯系,互相影響,共同維持著睡眠覺醒。

2 GABA概述

GABA為一種神經遞質,在神經元內合成。GABA神經元分布廣泛,所有的皮質層均有GABA能神經元的分布,GABA突觸的活動大小和持續(xù)時間由質膜蛋白即GABA轉運蛋白決定[5]。GABA能神經元分布在基底前腦和前下丘腦[6],并在睡眠時這些神經元的放電增加。中腦和后腦也有該神經元的分布[7]。

興奮性的谷氨酸系統(tǒng)和抑制性的GABA系統(tǒng)是大腦的化學平衡主要組成部分,大腦化學平衡與行為的藥理調節(jié),治療情緒和情感障礙、認知損害等密切相關。谷氨酸脫羧酶是GABA的合成酶,GABA轉氨酶是GABA的代謝酶[8]。谷氨酸鹽和谷氨酰胺是GABA合成的前體。谷氨酸鹽在谷氨酸脫羧酶的作用下生成GABA,而在去極化時新形成的囊泡內的GABA是谷氨酰胺通過三羧酸循環(huán)形成的[9]。

GABA通過與受體結合發(fā)揮作用。GABA受體被分為3種類型,分別為GABAA、GABAB和GABAC,其中GABAA和GABAC均為離子型受體,而GABAB為代謝型受體,GABAC主要分布于視網膜和上丘的視層[10]。GABAA受體為臨床藥物的主要作用靶點[8]。GABAB受體的缺失推遲了睡眠時間,減少了非快速動眼睡眠(non-rapid eye movements,NREM)中delta和theta波的活動,增加覺醒時theta波的活動,但不影響睡眠自穩(wěn)態(tài)[11]。在治療失眠的藥物中,大多數是針對GABAA受體,而GABA受體的多樣性,使得對具體受體情況的研究尤為重要。

3 GABA與睡眠覺醒

研究GABA在睡眠覺醒中的作用,離不開動物實驗。現在絕大數以嚙齒類動物和貓為主要的實驗對象。嚙齒類動物(主要為大鼠和小鼠)和貓的睡眠主要有NREM和快速動眼睡眠(rapid eye movement, REM)兩種,NREM睡眠占主要部分,NREM與REM保持一定的比例,比例失衡可能導致睡眠紊亂。

GABA傳輸系統(tǒng)參與睡眠覺醒的調節(jié)。通常通過研究細胞外GABA水平和GABA的傳導(即GABA受體的激動劑和拮抗劑)來探討該神經遞質對睡眠覺醒周期的影響,這也是藥理學研究的思路。具體研究方法為在顱腦中找到不同核團的分布區(qū),進行顯微插管,通過微透析或者顯微給藥進行GABA的相關研究。

實驗研究發(fā)現,不同的腦區(qū),內源性GABA水平最高可能出現覺醒,REM或NREM；而GABA的信號傳遞也因腦區(qū)不同而引起覺醒增加或者REM的增加,即在不同腦區(qū)給予GABA的拮抗劑或者激動劑引起了不同的睡眠覺醒變化。

3.1 腦橋嘴側網狀核(the oral part of the pontine reticular formation,PnO)和腦橋尾側網狀核(nucleus reticularis pontis caudalis,RPC) 在大鼠的PnO, GABA水平在REM和NREM時降低,覺醒時增高。在該處顯微注射增加細胞外GABA水平的藥物促進了覺醒,抑制了睡眠,而顯微注射降低細胞外GABA水平的藥物促進睡眠,抑制覺醒[12]。在大鼠PnO,GABA的傳輸促進覺醒,抑制睡眠。在該結構食欲素(orexin)-1促進覺醒至少在一定程度上是通過GABA的作用[13]。同時顯微注射食欲素-1和GABA受體拮抗劑抑制了食欲素-1增加覺醒抑制睡眠的作用[14]。

在大鼠的腦橋嘴側網狀核(nucleus reticularis pontis oralis,RPO)和RPC顯微注射GABAA受體激動劑蠅蕈醇能夠抑制REM,而在RPO顯微注射GABAA受體拮抗劑荷苞牡丹堿能夠促進REM,而RPC對REM的作用很小。說明GABA調節(jié)的RPO參與覺醒和REM的產生[15]。而在小鼠的RPO注射GABAA受體激動劑增加了覺醒時間,降低了NREM和REM時間,這種作用呈濃度依賴性；注射GABAA受體拮抗劑降低了覺醒期的數目,增加了NREM和REM的數目,該作用也呈濃度依賴性。同時注射激動劑和拮抗劑阻斷了激動劑促進覺醒增加睡眠的作用[16]。

3.2 腦橋網狀結構 在貓腦橋網狀結構中,內源性即細胞外的GABA水平在覺醒時高于REM睡眠,且在REM睡眠時,GABA的水平降低,引起REM睡眠增加也會引起GABA水平降低,而NREM和覺醒無明顯差異。這表明腦橋網狀結構的GABA有促進覺醒的產生和抑制REM睡眠的作用[17]。在貓的腦橋網狀結構的腦橋吻核(nucleus pontis oralis,NPO)注射GABAA受體的拮抗劑或者抑制GABA合成的酶能夠促進REM的產生,于REM或者NREM期在該處注射GABA或者GABAA受體激動劑增加了覺醒時間。GABA與覺醒的產生和維持相關,并作為控制REM的部分機制[18]。

3.3 背縫神經核 貓背縫神經核(the dorsal raphe nucleus,DRN)中內源性GABA水平在REM期高于NREM期和覺醒期。在DRN注射GABAA受體激動劑增加REM睡眠,而注射GABAA受體拮抗劑印防己毒素阻斷了REM睡眠[19]。在大鼠的背縫神經核注射GABAA受體拮抗劑,增加覺醒,減少了NREM和REM睡眠[20]。

3.4 藍斑核 在貓的藍斑核,GABA釋放水平在REM時期高于NREM和覺醒,且在NREM時高于覺醒[21]。在大鼠背側藍斑下核注射GABAA受體拮抗劑能明顯縮短REM的潛伏期,增加REM的數量[22]。

3.5 腦橋被蓋核 在貓的腦橋被蓋核(pedunculopontine tegmentum,PPT),阻斷GABA的受體,減少REM睡眠,而促進GABA的傳輸增加了REM睡眠[23]。在大鼠該區(qū)域使用GABA拮抗劑減少了REM[24-25]。貓[23]和大鼠[24-25],阻斷GABAA受體影響了REM睡眠發(fā)作的平均次數,在貓GABAA激動劑增加了REM睡眠的發(fā)作次數和發(fā)作持續(xù)時間,大鼠GABAA激動劑增加了REM睡眠的發(fā)作次數。PPT的GABA參與REM睡眠的調節(jié)[26]。然而,大腦切除貓PPT的GABA抑制REM睡眠[27]。

3.6 視前區(qū)中部-下丘腦前部 于大鼠的視前區(qū)中部-下丘腦前部(the medial portion of the preopticoanterior hypothalamus,mPOAH),顯微注射GABAA受體拮抗劑,減少睡眠,減少REM睡眠的次數和持續(xù)時間,增加覺醒[28]。在后下丘腦,GABA的水平在REM睡眠時降低[29]。

3.7 正中視前核 在貓的正中視前核顯微注射GABAA受體激動劑能夠減少NREM和REM的時間,而注射GABAA受體拮抗劑能夠增加NREM時間,表明該區(qū)的GABA在睡眠,尤其是NREM的產生和維持上起著重要的作用[30]。

3.8 其他 通過對大鼠舌下神經運動核注射GABAA受體拮抗劑能夠增加NREM和覺醒時的頦舌肌活動,但在REM時無影響[31]。

下丘腦腹外側視前區(qū)與結節(jié)乳頭體核(TMN)構成睡眠覺醒觸發(fā)開關,GABA在這個觸發(fā)開關中起到一定的作用。下丘腦腹外側視前區(qū)神經元表達的GABA能夠抑制中樞神經系統(tǒng)的結節(jié)乳頭體核和腦干的單胺能覺醒系統(tǒng)[3]。離體膜片鉗發(fā)現,藥物的鎮(zhèn)靜作用可能通過間接促進下丘腦腹外側視前區(qū)上GABA能神經元興奮實現的[32]。下丘腦腹外側視前區(qū)中神經元中有大量的GABA,大多數睡眠活躍的正中視前核神經元能夠合成GABA,在大鼠下丘腦腹外側視前區(qū)域注射外源性GABA能夠減少大鼠的活動,起到鎮(zhèn)靜作用[33]。

發(fā)作性睡病患者的大腦內側前額葉GABA水平升高,尤其是以沒有夜間睡眠干擾的患者明顯,可能是由于適應機制的作用[34]。沒有用藥的原發(fā)性失眠者腦內GABA水平相比正常人總體下降[35],但是目前尚沒有針對具體的大腦區(qū)域的GABA水平與原發(fā)性失眠關系的研究。因此,對人的不同腦區(qū)GABA含量的研究也將成為一個趨勢。

貓基底前腦的無名質的GABA水平在NREM時明顯高于REM睡眠；在軀體感覺皮層,NREM時GABA的水平明顯高于REM和覺醒,隨著覺醒時間的延長,GABA水平也隨之增高,提示GABA與睡眠的自穩(wěn)態(tài)密切相關[36]。

動物研究大多只是選用非選擇性的受體激動劑和拮抗劑,并沒有具體選擇性的受體激動劑和拮抗劑。具體受體的研究同時加上具體腦區(qū)GABA水平變化,從動物實驗到臨床實驗,對于加強藥物的靶向性,提高藥物的療效意義重大。隨著醫(yī)學的發(fā)展,神經遞質之間的相關性研究也是一個方向,GABA與其他神經遞質之間是否存在相關性,或者是某個神經網絡中的一點,也值得進一步研究,這也將為未來新藥研究提供思路。同時,與GABA相關的轉運蛋白及、合成酶、代謝酶等與睡眠覺醒的研究也是未來的發(fā)展趨勢。

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DOI 10.3870/yydb.2014.05.029

R971.3;R969

A

1004-0781(2014)05-0641-04

2013-06-10

2013-10-08

*上海市教育委員會科研創(chuàng)新項目(14YZ063)；上海市衛(wèi)生局中醫(yī)藥科研基金資助項目(2012QL019A)；上海市科委項目(10DZ1973800)；上海市衛(wèi)生局項目(20110423)

謝晨(1987-),女,河北承德人,博士,研究方向:針灸免疫。電話:(0)18801615869,E-mail:xiechen2000@163.com。

楊文佳(1978-),女,云南保山人,主治醫(yī)師,博士,研究方向:針灸治療睡眠障礙的臨床機制。電話:021-65161782,E-mail:yangwenjia1030@163.com。

陳云飛(1968-),男,四川富順人,研究員,博士,研究方向:針灸免疫。電話:021-64684215,E-mail:icyf1968@163.com。