作者：劉鶴曹君利
作者單位：徐州醫(yī)學院江蘇省麻醉學重點實驗室&江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應用技術重點實驗室，221004
221004，徐州醫(yī)學院江蘇省麻醉學重點實驗室&江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應用技術重點實驗室;徐州醫(yī)學院附屬醫(yī)院麻醉科
國際麻醉學與復蘇雜志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)是一類興奮性陽離子通道，表達在神經(jīng)系統(tǒng)，可直接被細胞外質(zhì)子激活，介導組織酸化所致的傷害性感受。
目的：
以ASICs為疼痛治療靶標，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研究。
趨向：
近年來，研究發(fā)現(xiàn)ASICs在介導組織酸化所致傷害性感受過程中發(fā)揮重要作用，以ASICs為靶點，將為開發(fā)新型鎮(zhèn)痛藥物和疼痛治療提供新思路。
pH是反映機體內(nèi)環(huán)境酸堿程度的重要生理指標，其常伴隨機體功能異常而改變。在各種生理和病理條件下，如組織炎癥、缺血/缺氧、感染，骨折所引起的血腫、關節(jié)炎性水腫和惡性腫瘤，細胞外質(zhì)子濃度都升高，且這些生理和病理條件都會使機體產(chǎn)生疼痛，提示局部組織酸化與這些疾病和與疾病相關的疼痛和痛覺過敏有根本聯(lián)系。Lindahl等研究證實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。我們已知疼痛信號由感覺神經(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，能感受有害的細胞外信號，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閯幼麟娢?，介導疼痛信號的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)導，這一神經(jīng)元亞群被稱為傷害性感受器。外周傷害性感受器可以感受到機體局部組織pH的降低，并以去極化方式對這些改變做出反應，這一反應特征為存在質(zhì)子門控通道提供了起初的理論依據(jù)。1980年，Krishtal等先在神經(jīng)細胞膜上記錄到一種可以被質(zhì)子激活的電流，并認為細胞膜上可能存在質(zhì)子受體，其研究為質(zhì)子門控通道提供了重要的實驗依據(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)和瞬時感受器電位(transient receptorpotential，TRP)離子通道，人們才逐漸開始認識質(zhì)子門控通道。TRP離子通道家族中瞬時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，還被細胞外熱和多種化學刺激物激活，提示其反應的多模式特性，且TRPV1的激活需要較低的pH值(<5．9)；與之比較，ASICs可以被相對緩和的pH值(6．5～6．9)激活，免疫組化也證實ASICs比TRPV1有更廣泛的分布，因此，ASICs在感受機體組織pH變化，尤其在組織酸化引起的疼痛過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研究進展作一綜述。
1 ASICs結(jié)構(gòu)與功能
ASICs是一類可以被細胞外質(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個跨膜結(jié)構(gòu)域，1個富集半胱氨酸的細胞外結(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)計學意義。
因剪切變異體的不同，ASICs不同亞單位在機體分布和功能表現(xiàn)出差異：ASIC1a、ASIC2a和ASIC2b分布相對廣泛，在中樞和外周都有表達；ASIC3在背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglion，DRG)和脊髓中大量表達，但在嚙齒動物腦中分布少。ASIC1a是先被證實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也處于去敏化狀態(tài)，且ASIC1a受細胞外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ASIC1a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，其可能參與機械性感覺。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合物分布于舌乳頭，可以感知與酸味物質(zhì)有關的pH變化。ASIC3的pH50相對緩和，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主要分布在感覺神經(jīng)元上，而在人類分布更廣泛。ASIC4主要分布在腦和脊髓中，但目前對其研究甚少。
2 ASICs介導局部組織酸化引起的疼痛傷害感受及其機制
2．1炎性痛
ASICs在外周和脊髓傷害傳導通路的廣泛分布和這些通道的質(zhì)子門控特性證實：在炎癥和組織損傷過程中，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程中，由于細胞溶解、肥大細胞脫顆粒等而釋放大量質(zhì)子，細胞外局部pH可以降低至5．4，且實驗疼痛模型中也檢測到ASICs亞單位表達。大量實驗證實ASICs參與炎性疼痛傷害感受：如炎癥過程中，ASICs亞單位在DRG中的表達增加。在完全弗氏佐劑(complete Freund’s asdjuvant，CFA)誘導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，與其他種屬動物比較：
①小鼠DRG中ASICs的表達相對較低；
②敲除或沉默的ASICs基因后可能伴隨其他代償機制的出現(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)：炎癥因子可以通過作用于ASIC，編碼基因的啟動因子增加該通道的表達。他們還發(fā)現(xiàn)神經(jīng)生長因子作用于ASIC3編碼基因啟動因子的APA1反應元件，通過TrkA/PKC和TrkA/JNK兩條信號通路調(diào)控ASIC3表達，這些研究從分子水平闡明了炎癥因子對ASICs調(diào)控機制。一氧化氮，一種在炎癥過程中達到高水平的介質(zhì)，也增加ASICs活性。炎癥時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。炎癥的另一個特性是PLA2的表達水平大量增加，PLA2使磷脂水解成AA，Smith等已經(jīng)證實AA能直接激活ASICs。
FMRF-酰胺(苯丙-甲硫-精-苯丙氨酸多肽)本身不存在于哺乳動物，但其結(jié)構(gòu)相關肽類神經(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，且NPFF在慢性炎癥過程中表達增加。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MRF-酰胺及其結(jié)構(gòu)相關肽類NPFF、NPAF、NPSF通過增加ASIC1和ASIC3的峰電位幅度和/或減慢其失活而增強質(zhì)子門控電流，但對ASIC2a沒有影響。因此，通過內(nèi)源性FMRF-酰胺結(jié)構(gòu)相關肽類調(diào)節(jié)，ASICs在對傷害性酸反應中發(fā)揮作用。然而，F(xiàn)MRF-酰胺結(jié)構(gòu)相關肽類對ASICs的調(diào)節(jié)所需pH7．4，此時通道處于關閉狀態(tài)，這些肽類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)性痛覺過敏；注射ASIC3選擇性抑制劑APETx2或鞘內(nèi)注射ASIC3的siRNA可抑制CFA引起的熱痛覺過敏以及辣椒素、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注射后引起的痛覺過敏。盡管ASICs可作為治療疼痛的新靶標，但是一些研究發(fā)現(xiàn)ASICs功能與兩類治療疼痛的藥物非甾體抗炎藥和阿片類藥物具有部分重疊：非甾體抗炎藥通過直接與ASICs結(jié)合而抑制ASIC電流，并能抑制炎癥引起的ASICs表達。我們已知非甾體抗炎藥通過抑制環(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，其通過阻斷ASIC或降低ASIC表達在發(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ASICs抑制劑的研究只限于臨床前動物實驗，尚未有臨床研究報道。因此，只有可用于臨床試驗的ASICs抑制出現(xiàn)，這些抑制劑在治療炎性疼痛的價值才能確定。
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，提示可能介導缺血性心絞痛。后來研究發(fā)現(xiàn)ASIC3表達于93％的心臟交感神經(jīng)元和74％的心臟副交感神經(jīng)元，進一步支持同源ASIC3復合體為“心臟ASIC”。Naves和McCleskey等運用逆行示蹤和電生理學技術證實：乳酸可以增強ASIC1a和ASIC3所介導的電流，在支配心肌的感覺神經(jīng)元中，乳酸可以增強ASIC3電流幅度達2倍以上。ASIC3具有更適合的表達方式和生理特征，成為乳酸的探測器，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，活化的蛋白酶通過催化ASIC1a調(diào)控通道的開放和失活，從而介導缺血引起的疼痛。
2．3骨痛
異常增高的骨破壞吸收是疼痛性骨病的一個標志。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表達在軟骨組織中有ASIC1表達。在人類造骨細胞中存在著ASIC1、ASIC2和ASIC3mRNA。這些疾病共同的病理基礎是破骨細胞通過質(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，腫瘤周圍的這種酸性環(huán)境引起與癌癥相關的疼痛。抑制骨質(zhì)的破壞吸收可以有效地減輕與這些疾病相關的疼痛。
3結(jié)語與展望
ASICs分布在與疼痛相關的神經(jīng)纖維上，能監(jiān)測局部組織中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可能比原來認為更復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，以便為疼痛治療開辟新的途徑。