靜注利多卡因抑制甘氨酸轉(zhuǎn)運的研究進展

許宏春，汪芳俊

川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院(四川 南充 637000)

利多卡因是一種酰胺類局麻藥，具有良好的安全性和耐受性，已廣泛用于局部麻醉，神經(jīng)阻滯等臨床實踐。靜脈注射利多卡因最初被用于治療室性心律失常，而近年來大量研究發(fā)現(xiàn)靜脈注射利多卡因可產(chǎn)生預防性術后鎮(zhèn)痛、抗炎等特性[1-2]。但具體的作用機制并未完全闡明，除了經(jīng)典Na+通道阻滯外，還包括中樞性和外周性作用，抑制神經(jīng)異常放電和抑制甘氨酸轉(zhuǎn)運等機制[3-4]。本文就利多卡因抑制甘氨酸轉(zhuǎn)運的機制作一綜述。

1 甘氨酸轉(zhuǎn)運抑制劑的鎮(zhèn)痛機制

非必需氨基酸甘氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中同時具有抑制性和興奮性的神經(jīng)遞質(zhì)[5]。甘氨酸主要與甘氨酸受體A位點結(jié)合誘導抑制性神經(jīng)遞質(zhì)釋放，作用于突觸后膜，使突觸后膜的化學門控通道Cl-通道開放，引起CI-內(nèi)流，使突觸后膜發(fā)生超極化，產(chǎn)生抑制性作用，并且該位點對士的寧敏感。甘氨酸還可通過結(jié)合位于N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDA受體)亞單位上對士的寧不敏感的甘氨酸受體B位點，調(diào)節(jié)谷氨酸能興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，作為必需的共激動劑[5-8]。

甘氨酸和γ-氨基丁酸(GABA)是成人脊髓和腦干中的兩種快速抑制神經(jīng)遞質(zhì)，甘氨酸或GABA能神經(jīng)元同時存在于脊髓腹側(cè)和背側(cè)，而背側(cè)的甘氨酸神經(jīng)元集中在深背角，主要由有髓低閾值(觸覺)感覺神經(jīng)纖維支配；而部分甘氨酸能神經(jīng)元位于淺層，主要接受無髓高閾值(傷害性)感覺神經(jīng)元的信號輸入；在中間層相對缺乏甘氨酸能神經(jīng)元，但該層的神經(jīng)元仍能高度表達甘氨酸受體，可能通過鄰近層的神經(jīng)支配以及從延髓頭端內(nèi)側(cè)下降的軸突[9-10]。慢性疼痛分為痛覺過敏、觸覺刺激誘導性疼痛和自發(fā)性疼痛[11-12]。在神經(jīng)病理性疼痛中，炎癥因子前列腺素E2可降低甘氨酸受體對生理激動劑甘氨酸的反應性，周圍神經(jīng)病變可誘導脊髓背角GABA能神經(jīng)元凋亡，以及GABA能神經(jīng)元能支配減少[8，13]；脊髓背角甘氨酸神經(jīng)元抑制作用的減弱，使小鼠對廣泛性傷害性刺激過敏，脊髓突觸抑制解除是病理性疼痛的機制之一，恢復脊髓背角突觸間抑制作用有助于恢復生理狀態(tài)，甘氨酸轉(zhuǎn)運抑制劑可增加甘氨酸濃度以及甘氨酸受體-B位點的結(jié)合力，恢復脊髓突觸抑制，可有效降低慢性疼痛的發(fā)生率[3，8，12，14]。痛覺過敏可能由于觸覺刺激(非傷害性)感覺神經(jīng)元通過多突觸輸入激活傷害性投射神經(jīng)所致，而脊髓深背角的甘氨酸能抑制性神經(jīng)元可抑制這種異常激活[15]。

人類的甘氨酸受體主要有GLRA1、GLRA2、GLRA3、GLRAB四種，甘氨酸受體有四種α1、α2、α3、和β四種亞基[8，14]。功能性甘氨酸受體可以由α亞基單獨組成，也可以由α和β亞基構(gòu)成，而大多數(shù)成人甘氨酸受體是α1和β亞基構(gòu)成的異戊二烯復合物。α2亞基在發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)中表達最強，在皮質(zhì)發(fā)育中發(fā)揮重要作用[16-17]；α3亞基主要在脊髓淺背角層表達，在脊髓背角對α3亞基的抑制是炎癥性痛覺過敏的主要機制之一[3，17-18]；單一的β亞基不能構(gòu)成甘氨酸受體，但不含有β亞基的甘氨酸受體不能與葉卟啉相互作用，β亞基在突觸后部位并不富集，主要集中于突觸外和突觸前位點，作為神經(jīng)遞質(zhì)釋放促進劑以及緊張性抑制的介質(zhì)[14]。

甘氨酸轉(zhuǎn)運蛋白可調(diào)節(jié)細胞外甘氨酸濃度，是抑制性和興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的關鍵調(diào)節(jié)成分。人體內(nèi)主要的甘氨酸轉(zhuǎn)運蛋白包括高親和力的選擇性甘氨酸轉(zhuǎn)運蛋白-1(GlyT-1)和甘氨酸轉(zhuǎn)運蛋白-2(GlyT-2)[6-8]。GlyT-1和GlyT-2具有50%的氨基酸同源序列，屬于Na+依賴性溶質(zhì)家族，同源的還包含多巴胺、去甲腎上腺素、GABA轉(zhuǎn)運蛋白等[18-19]。GlyT-1轉(zhuǎn)運需兩個Na+和一個Cl-的化學單位，GlyT-2的轉(zhuǎn)運需3個Na+和1個Cl-化學單位[6，8]。GlyT-1在整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達，尾部局域(小腦、腦干和脊髓)中表達水平最高，而在前腦區(qū)域(海馬、紋狀體)顯著降低;在后腦區(qū)域內(nèi)，甘氨酸轉(zhuǎn)運蛋白主要位于星形膠質(zhì)細胞上，轉(zhuǎn)運甘氨酸受體突觸間隙中的甘氨酸，最終導致抑制性甘氨酸能神經(jīng)傳遞的終止。GlyT-2與甘氨酸受體共定位于突觸前軸突末端表達，并通過囊泡抑制性甘氨酸轉(zhuǎn)運蛋白(VIAAT)促進甘氨酸再攝取到細胞質(zhì)中實現(xiàn)再循環(huán)[8，18]。因此，GlyT-1和GlyT-2在后腦內(nèi)具有協(xié)同作用，共同調(diào)節(jié)甘氨酸濃度。甘氨酸轉(zhuǎn)運蛋白抑制劑導致突觸甘氨酸濃度的增加，同時伴隨的是增強的甘氨酸受體和NMDA受體的活性。

在慢性疼痛或持續(xù)性疼痛狀態(tài)時，神經(jīng)元處于高度活動性，導致抑制性中間神經(jīng)元釋放的甘氨酸逃逸突觸間隙，通過溢出到達附近的NMDA受體，NMDA受體是一種配體和電壓門控離子化谷氨酸受體，需要同時結(jié)合激動劑谷氨酸和輔助激動劑甘氨酸才能激活，甘氨酸溢出突觸間隙有助于促進NMDA受體的激活，而這種機制被認為是慢性疼痛發(fā)展的基礎[8，14]。但甘氨酸抑制劑會增加細胞外甘氨酸濃度，增加NMDA受體的興奮性，可能導致慢性疼痛的產(chǎn)生，這與實驗結(jié)果得出的結(jié)論矛盾，可能與甘氨酸是NMDA受體激動的輔助劑，不會導致NMDA受體的過度興奮有關，而甘氨酸的抑制作用大于興奮作用，總體上呈抑制性，因此鎮(zhèn)痛作用大于致痛作用。

2 利多卡因及其代謝產(chǎn)物抑制甘氨酸轉(zhuǎn)運的生理作用

2.1利多卡因及其代謝產(chǎn)物抑制甘氨酸轉(zhuǎn)運產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛作用Muth-Selbach U等[20]在急性疼痛模型中，觀察到靜脈注射利多卡因的鎮(zhèn)痛作用可被D-絲氨酸(NMDA受體的甘氨酸結(jié)合位點激動劑)拮抗，但不能被L-絲氨酸(NMDA受體B位點拮抗劑)和的士寧(甘氨酸拮抗劑)拮抗；而在神經(jīng)病理性疼痛慢性收縮損傷模型中，的士寧、D-絲氨酸和CGP78608(NMDA受體甘氨酸結(jié)合位點拮抗劑)可拮抗利多卡因的鎮(zhèn)痛作用。利多卡因?qū)MDA受體具有抑制作用，與NMDA受體介導的慢性疼痛一致，利多卡因?qū)τ诼蕴弁吹逆?zhèn)痛作用可被的士寧拮抗，這證實利多卡因具有類似甘氨酸樣作用，其代謝產(chǎn)物可抑制甘氨酸受體。然而D-絲氨酸和CGP78608均能拮抗利多卡因的鎮(zhèn)痛作用，這無法用常理解釋，可能與在鞘內(nèi)注射后D-絲氨酸和CGP78608的擴散程度不同，在脊髓內(nèi)到達的深度不同相關。

為了進一步研究利多卡因及其代謝產(chǎn)物對于甘氨酸轉(zhuǎn)運抑制的作用。Werdehausen R等[4]觀察到甘氨酸在卵母細胞中對GlyT-1的表達呈典型的濃度依賴性電流反應,ALX5407(GlyT-1抑制劑)可有效抑制興奮電流，而肌氨酸可產(chǎn)生與甘氨酸相似的內(nèi)向電流。研究者將利多卡因4 μM、單乙基甘氨酸(MEGX)2.5 μM、甘氨酰二甲苯胺(GX)0.3 μM和N-乙基甘氨酸(EG)30 μM混合注射模擬連續(xù)靜脈注射利多卡因，觀察到在低濃度的甘氨酸環(huán)境中(10 μM)，甘氨酸攝取率并未發(fā)生變化，而隨著細胞外甘氨酸濃度的增加(25～100 μM)，甘氨酸攝取率從43%下降至27%。因此，利多卡因及其代謝產(chǎn)物抑制甘氨酸攝取的抑制作用取決于細胞外甘氨酸的濃度。靜脈注射臨床治療劑量(1～10 μM)以及大劑量(100 μM)利多卡因后，細胞內(nèi)外的甘氨酸濃度與對照組無差異，只有細胞毒濃度的(1 mM)利多卡因才可輕微抑制甘胺酸的攝取，表明常規(guī)劑量的利多卡因?qū)lyT-1無作用。然而，MEGX、GX、EG均可抑制甘氨酸的攝取，并且呈濃度依賴性[4]。靜脈注射EG能改善小鼠的炎癥性痛覺過敏和神經(jīng)病理性疼痛痛覺過敏[21]。在卵母細胞中，EG孵育后，可獲得濃度依賴性甘氨酸樣反應，預先對卵母細胞孵育ALX5407，可完全抑制EG誘導的電流，但在GlyT-2表達的卵母細胞中，沒有觀察到EG誘發(fā)的電流，甘氨酸和EG的混合物與單獨應用甘氨酸相比無差異，說明EG不是GlyT-2的底物或部分抑制劑，而是GlyT-1的底物的類似物[20-21]。在非洲瓜蟾卵母細胞中，孵育利多卡因的代謝產(chǎn)物MEGX后，甘氨酸結(jié)合甘胺酸轉(zhuǎn)運體誘導的電流明顯降低[4]，表明MEGX可直接對GlyT-1產(chǎn)生抑制作用。

2.2利多卡因及其代謝產(chǎn)物對中樞系統(tǒng)的作用精神分裂癥是一種復雜而具有破壞性的神經(jīng)精神障礙，它包括陽性癥狀(聽覺、視覺和妄想行為)、陰性癥狀(感情遲鈍)和認知功能障礙(工作記憶和選擇性注意力缺陷)，皮質(zhì)下和皮層NMDA受體功能低下是導致精神分裂癥的原因之一，高特異性的NMDA受體通道阻滯劑氯胺酮可導致一系列精神分裂癥相關癥狀，因此增強NMDA受體可能改善精神分裂癥的相關癥狀[22]。GlyT-1抑制劑可使細胞外甘氨酸濃度的增加，伴隨著甘氨酸受體和NMDA受體活性的增加。在體外循環(huán)下冠狀動脈旁路移植術中持續(xù)泵注利多卡因后，可降低術后認知功能障礙發(fā)生率，但目前具體作用機制并不明確，其中微栓子學說認為微栓子是體外循環(huán)術后腦損傷的主要原因之一，而利多卡因通過減少微栓子的形成影響術后腦功能的恢復[23]。利多卡因抑制甘氨酸攝取，增加細胞外的甘氨酸濃度，抑制性神經(jīng)元表達有助于神經(jīng)元以及腦功能的保護[24]，而且甘氨酸濃度的增加可導致NMDA受體興奮性表達。GlyT-1抑制劑已被廣泛研究作為一種潛在的方法治療中樞系統(tǒng)疾病，包括精神分裂癥、抑郁癥、焦慮、強迫癥和成癮等。

2.3利多卡因及其代謝產(chǎn)物對內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響糖尿病和肥胖患者血糖和能量平衡失調(diào)的原因之一是肝臟生成葡糖糖異常增加和能量攝入增加，恢復代謝穩(wěn)態(tài)對于糖尿病和肥胖患者的治療至關重要[25]。抑制GlyT-1可降低糖尿病動物模型的葡萄糖耐量、葡萄糖生成量、攝食量和體質(zhì)量增加，而且還可以改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)，而不依賴于胰島素水平的升高[25]?？赡芘c抑制GlyT-1增加脊髓背角的甘氨酸濃度，增強NMDA受體的表達，激活腦-肝軸,從而降低健康動物體內(nèi)的葡萄糖生成有關，但GlyT-1對葡萄糖的影響依賴于肝迷走神經(jīng)在大腦和肝臟的溝通[26]，具體的作用通路并不清楚。持續(xù)靜脈注射利多卡因可有效抑制糖尿病性觸覺性疼痛，糖尿病引起的高血糖可導致脊髓背角小膠質(zhì)細胞由靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)為活化表型，利多卡因主要抑制小膠質(zhì)細胞p38的通路改善糖尿病性觸覺性疼痛，而且利多卡因下調(diào)IFN-γ誘導型氧化合成酶和IL-1的基因誘導，利多卡因預處理可顯著降低IFN-γ對單核細胞趨化蛋白的趨化反應。

3 小結(jié)

利多卡因的代謝產(chǎn)物單乙基甘氨酸直接抑制GlyT-1，N-乙基甘氨酸是GlyT-1替代底物，均可抑制甘氨酸的轉(zhuǎn)運，增加腦脊液和血液中甘氨酸濃度。腦脊液和血液中甘氨酸濃度增加，恢復了脊髓甘氨酸的抑制作用，降低慢性疼痛的發(fā)生率；甘氨酸濃度的增加可導致NMDA受體的興奮，可緩解精神分裂癥癥狀；甘氨酸濃度的增加可降低糖尿病動物模型的葡萄糖耐量、葡萄糖生成量、攝食量和體質(zhì)量增加，而且還可以改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)，而不依賴于胰島素水平的升高。但甘氨酸轉(zhuǎn)運抑制劑作為一種潛在的慢性疼痛以及認知功能障礙的藥物，值得人們進一步研究。