代谢性谷氨酸受体及其在疼痛机制中的作用
作者：郑继宏 陈军
单位：郑继宏(第四军医大学解剖学教研室，梁銶琚脑研究中心，西安 710032)；陈军(第四军医大学解剖学教研室，梁銶琚脑研究中心，西安 710032)
关键词：代谢性谷氨酸受体；第二信使；疼痛；伤害性易化
生理科学进展000207 摘要 代谢性谷氨酸受体是一个新的G-蛋白相关受体家族，各类亚型在分子生物学特征、神经药理学特征和中枢神经系统分布方面有所不同。根据其序列的同源性程度可将其分为三组。近来的研究证实代谢性谷氨酸受体在痛信息传递机制中具有重要作用。本文将对代谢性谷氨酸受体在上述机制中的可能作用作一综述。
学科分类号 R339.11
Metabotropic Glutamate Receptors and Its Contribution to the Mechanisms of Pain
, http://www.100md.com
ZHENG Ji-Hong， CHEN Jun
(Department of Anatomy and K.K. Leung Brain Research Centre,The Fourth Military Medical University, Xi'an 710032)
Abstract Metabotropic glutamate receptors (mGluRs) is a novel family of G protein-coupled receptors. Each subtype shows different features in the aspects of molecular biology, neuropharmacology and distribution in the central nervous system. It can be divided into three groups according to the extent of sequence homology. Recent experimental research has demonstrated that mGluRs play an important role in the transmission of pain. This article will review the possible roles of mGluRs in the processing of nociceptive information.
, 百拇医药
Key words Metabotropic glutamate receptor； The second messenger； Pain； Facilitation of nociception
采用药理学及分子生物学方法可将谷氨酸受体分为两类:(1)离子型谷氨酸受体(ionic glutamate receptors, iGluRs),它实质上是配体门控离子通道，分为NMDA型受体和非NMDA型受体两种亚型，均以异源性蛋白复合物形式存在;(2)代谢性谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptors, mGluRs),是G-蛋白偶联受体。最近研究已经较为清晰地阐述了mGluRs的分型、各亚型的分子生物学特征、中枢神经系统(CNS )内的分布特点以及在疼痛机制中的作用。
一、mGluRs及其在CNS中的机能特性
(一)mGluRs的分子生物学特征 mGluRs是一个新的G-蛋白相关受体家族，与其它G-蛋白相关受体无同源性，根据mGluRs各亚型之间序列的同源程度可将其分为三组[1]。 第一组包括mGluR1和mGluR5，第二组包括mGluR2和mGluR3，第三组由mGluR4、mGluR6、mGluR7和mGluR8组成。在mGluRs家族中，受体的细胞外区(N端)、跨膜区及其细胞内和细胞外的肽链环上具有高度保守性。以mGluR1为例，它是由1 199个氨基酸残基组成的跨膜蛋白，具有7个跨膜区，在N-末端与C-末端都有相当数量的亲水性氨基酸残基。不同亚型的mGluRs之间具有很大程度的同源性(表1)。
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表1 mGluRs的分子生物学特性及分组 受体分组
受体亚型
长度(氨基酸残基)
性质
第1组
1a
1 199
由大鼠小脑mRNA克隆表达
1b
906
mGluR1a的一个活性片段
5
, 百拇医药
1 171
与mGluR1具有60%同源性
第2组
2
872
与mGluR1具有46%的同源性
3
879
与mGluR1具有44%的同源性
第3组
4
912
, http://www.100md.com 与mGluR1具有43%的同源性
6
871
与mGluR8具有70%的同源性
7
915
与mGluR8具有74%的同源性
8
908
与mGluR4具有74%的同源性
(二)mGluRs在CNS中的分布 不同亚型的mGluRs其分布特征不尽相同。在研究mGluRs在大鼠高级中枢的分布时发现，mGluR1 mRNA主要分布在齿状回、海马的CA2/CA4区以及小脑的浦肯野细胞(Shigemoto等.1991),而mGluR5 mRNA在齿状回粒细胞、海马CA1/CA4区锥体细胞以及小脑少量高尔基2型细胞内具有较高的浓度(Abe等.1992) 。mGluR2 mRNA主要存在于投射至纹状体的皮层神经元内，mGluR3在基底核中主要分布于神经胶质结构内，mGluR4和mGluR7在CNS中均有分布，mGluR6则局限性地表达于视网膜内核层双极细胞分布区域，mGluR8基因主要在纹状体和乳头体有所表达[2]。
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1997年,Valerio等[3]采用逆转录PCR技术研究了mGluRs在脊髓中的分布，结果表明成年大鼠脊髓内表达高水平的mGluR1，而且均以完整的mGluR1a形式表达，mGluR5有中等程度的表达,mGluR2、mGluR3、mGluR4以及mGluR7有较低水平的表达,未发现有mGluR6和mGluR8表达阳性的区域。Onishi等(1995 )在研究 mGluR7在大鼠腰髓的分布时还发现，该受体主要存在于背角第一层与第二层的初级传入纤维的轴突终末，而在这一区域的树突和胞体未发现有mGluR7的免疫反应阳性产物，故推测mGluR7可能以自受体的形式存在。此外还有报道证明mGluR7与谷氨酰胺酶百分之百共存于背根节(DRG)神经元中(Li等.1996)。
(三)mGluRs的细胞内第二信使系统
1.磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解：PIP2水解的反应产物为三磷酸肌醇(IP3)与二酰基甘油(DAG)，二者均为胞内信号转导的第二信使。IP3可引起钙动员,进而产生跨膜Cl-流。所以通过检测Cl-流，可以了解mGluRs的某一亚型是否存在该效应。Masu 等(1991)报道，将mGluR mRNA注入非洲蟾卵母细胞并使其表达,发现mGluR1和mGluR5存在着PIP2水解反应。PIP2水解也是mGluR5实现信号转导的重要途径，与mGluR5相比较，mGluR1还存在cAMP及其它的第二信使系统。采用同样的方法检测mGluR2、mGluR3、mGluR4时，未发现这些受体亚型的激动剂能诱导跨膜Cl-流[4]，表明这一组受体不引起PIP2水解反应。
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2.抑制cAMP的生成：Tanabe等在研究mGluR2时发现，当表达在非洲蟾卵母细胞的mGluR2被激动时，由forskolin诱导的cAMP生成受到明显抑制[4]。通过在中国仓鼠卵巢(CHO)细胞内克隆表达mGluR3和mGluR4，发现这两种受体激动后也能产生同样的效应。随着mGluR6、mGluR7和mGluR8的克隆成功，人们发现抑制cAMP生成也是这三种受体实现信号转导的重要机制。
可以看出，PIP2水解是1组mGluRs的重要细胞内信号转导方式，而抑制cAMP生成则是2组和3组mGluRs激动后产生的细胞内效应。以上二种方式是mGluRs最重要的第二信使系统，与不同亚型受体功能密切相关。
3.脑组织实验中观察到的细胞内效应：通过用脑薄片以及原代细胞培养的方法研究mGluRs时发现，mGluRs与细胞内多种第二信使系统相联系，如磷脂酶D的激活、cAMP的生成增多、 cAMP水平的下降以及PIP2水解反应等。除上述两种比较肯定的途径外，其它第二信使系统的活化由哪一种亚型介导完成尚不十分清楚。脑薄片实验与原代细胞培养所得实验结果与上述各亚型的分布特征相符合，例如，在大鼠海马组织薄片中加入受体激动剂，可以检测到PIP2水解反应(Vecil等.1992)和cAMP的下降(Schoepp等.1992)，还可以检测到cAMP生成和磷脂酶D的激活等，在鼠纹状体细胞也可以检测到PIP2水解反应以及cAMP水平的下降(Manzoni等.1992)，小脑颗粒细胞受激动剂作用后，可以检测到Ca2+的释放,从而间接地反应了该细胞也存在PIP2水解反应[5]。
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(四)mGluRs对离子通道的调节及对递质释放的影响 mGluRs的选择性激动剂1-氨基环戊烷,1,3-二羧基酸(1SR,3RS-ACPD)以及它的活性异构体1S,3R-ACPD可以使CNS中多种神经元去极化，从而产生与激活iGluRs同样的生物学效应。1S,3R-ACPD对于不同的神经元有着不同的作用，例如在小脑颗粒细胞层，它可以提高Ca2+依赖的K+通道的活性，使细胞处于超极化状态，从而减弱了这些细胞的兴奋性(Fagni等.1991)，而在海马锥体细胞可减弱电压依赖性的K+通道的活性，从而表现出去极化效应。在研究mGluRs对钙通道的作用时发现，在培养的海马神经元，mGluRs的激活可抑制高阈值Ca2+流，这种作用不被非选择性蛋白激酶抑制剂、钙调蛋白抑制剂、cAMP、cGMP和IP3所抑制[6]。这表明mGluRs对Ca2+通道的调节可能有两种方式：(1)通过G-蛋白直接作用于Ca2+通道；(2)通过一种新的第二信使系统来发挥调节作用。1S,3R-ACPD的另一重要作用为通过兴奋mGluRs，减弱兴奋性突触后电位(EPSPs)，这一效应主要存在于海马、杏仁核、纹状体、小脑和孤束核神经元，其机制可能是通过兴奋谷氨酸能神经元突触前自受体,而减少谷氨酸的释放[7]，因为当给予外源性谷氨酸后并不能影响EPSPs。表2 mGluRs的激动剂和拮抗剂 化学名
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药理学特性
1SR，3RS-ACPD
非选择性mGluRs激动剂
trans-ACPD
非选择性mGluRs激动剂
(RS)-DHPG
mGluR1/5激动剂
1S,3S-ACPD
mGluR2/3激动剂
L-AP4
mGluR4/6-8激动剂
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(+)-MCPG
非选择性mGluRs拮抗剂
(S)-4C3HPG
mGluR1/5拮抗剂
此外，在纹状体和孤束核,1SR,3RS-ACPD还能够对抑制性突触后电位(IPSPs)产生抑制作用,这一机制的产生被认为是源于减少γ-氨基丁酸(GABA)的释放。
从以上的实验报道中可以看出,同样的激动剂作用于不同的组织其相应的结果不尽相同，而同一组织发生的反应也具有多样性,这进一步提示了不同亚型的mGluRs具有不同的分布特征，这对于CNS保持各部位的功能特异性和复杂性具有重要作用。
二、mGluRs在疼痛机制中的可能作用
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痛信号的传递,痛的感知,以及个体反应的发生涉及到多种神经递质的参与和多个中枢部位的整合过程。随着对mGluRs的分子生物学、神经药理学及形态学研究的不断深入，许多学者发现mGluRs在痛信息传递机制中具有重要作用。通过应用人工合成的选择性的mGluRs激动剂和拮抗剂(表2)，已初步揭示了不同亚型mGluR在痛信息传递中的作用特点。以下即对mGluRs在不同类型疼痛模型中的作用机制作一叙述，为进一步研究mGluRs在疼痛机制中的作用提供参考。
(一)非持续性痛 关于mGluRs在非持续性痛(即生理性痛)中的作用，目前报道较少。1998年Fundytus 等[8]将mGluR1和mGluR5抗体注入大鼠鞘内，未发现其对急性热刺激与化学性刺激诱发的痛行为有明显的影响，提示mGluRs在非持续短时痛的发生机制中不占重要地位。
(二)急性持续性痛 福尔马林实验是目前应用最广泛的持续性痛模型之一，大鼠足底皮下注入福尔马林可诱发一双相性行为反应[9]。Dickenson和Sullivan(1987)报道了在大鼠福尔马林实验中，腰髓背角的广动力域神经元(WDR)的兴奋性增强时程和强度与行为反应相一致。Coderre和Melzack(1992)报道鞘内注射mGluRs激动剂trans-ACPD，可以产生痛觉易化。随后又有学者发现mGluRs拮抗剂可抑制丘脑(Eaton等. 1993)和脊髓背角(Young等.1994)神经元对伤害性刺激诱导的兴奋反应。Neugebauer等(1994)在对急性膝关节炎大鼠的研究中也发现mGluRs拮抗剂可以减弱脊髓的兴奋性。mGluRs还被证明参与介导海马神经元的长时程增强反应(LTP)[10]。针对以上实验结果，Fisher和Coderre[11]采用高选择性配体研究了不同亚型受体在持续性痛模型中的作用。在大鼠足底皮下注入福尔马林后，鞘内注射第1组mGluRs激动剂(RS)-DHPG或第2组mGluRs激动剂1S,3S-ACPD，发现在第二相可产生一种剂量依赖的痛觉增强效应，而如果用mGluRs拮抗剂(+)-MCPG或(S)-4C3HPG对动物进行预处理，则可以减弱1S,3S-ACPD或(RS)-DHPG所产生的痛觉易化。另一重要发现是NMDA受体拮抗剂，也可以抑制上述痛觉易化。而鞘内应用第3组mGluRs激动剂(L-AP4)则明显减弱第二相的痛觉反应。这些结果证明第1组mGluRs可能参与持续性伤害性信息的传递，而第3组mGluRs则参与抑制上述过程的发生和持续。以往形态学研究已发现第1组mGluRs主要分布于脊髓背角的胞体[3]，而第3组mGluRs主要分布于背根节谷氨酰胺酶阳性细胞和脊髓背角初级传入纤维的中枢突终末(Li等.1996)。这一结果充分说明了第1组mGluRs主要通过突触后效应而增强痛信息的传递,而第3组mGluRs主要通过作用于突触前终末而抑制谷氨酸的释放产生镇痛作用。
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神经药理学研究为上述实验结果提供了重要的支持。第1组mGluRs激动剂可以使细胞内发生PIP2水解反应，其产物之一为DAG，当PKC被DAG激活后可以加强NMDA诱导的跨膜离子流，并增强脊髓背角初级传入神经元释放谷氨酸与天冬氨酸[12]。PKC抑制剂可以减弱福尔马林实验中的痛觉反应。Salt和Eaton(1995)报道，将mGluR2/mGluR3激动剂注入大鼠丘脑，可以通过突触前调节的方式，使丘脑内GABA能神经元发生去抑制。第3组mGluRs激动剂可以抑制Ca2+依赖的谷氨酸释放，从而对中枢神经元发挥突触前抑制作用(Vazquez等.1995)。在对mGluRs/iGluRs相互作用机制的研究中发现NMDA拮抗剂D-AP5可以抑制(RS)-DHPG, (1S,3S)-ACPD诱导的痛觉易化。第1组mGluRs的细胞内重要靶分子PKC被抑制后，可以明显减弱NMDA诱导的跨膜电流，应用(1S,3R)-ACPD可以加强AMPA或NMDA诱导的细胞内Ca2+水平的升高[13]。而于海马薄片应用L-AP4则可以抑制NMDA的效应。
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(三)慢性痛 1996年Mosconi等采用一种聚乙烯管来改造周围神经慢性压迫性损伤(CCI)的动物模型，代替了传统的使用铬肠线结扎动物坐骨神经的方法，这种改进的方法使得神经的损伤程度及行为学的变异较小，CCI大鼠的痛敏行为学反应一般于12～16天达到高峰。1997年Fisher等[14]给大鼠鞘内注射第1组mGluRs拮抗剂至术后第八天，来观察其对机械性痛觉超敏及冷痛觉过敏的作用，结果表明该拮抗剂在术后12天内可明显提高动物对痛刺激的反应阈值，并且在时间上无差异性，而超过12天则其镇痛效应明显下降，如果在超过术后12天再给予拮抗剂则无明显镇痛作用，这表明第1组mGluRs主要影响神经源性疼痛的诱发过程，而与其持续过程无明显关系。Fundytus 等采用鞘内注入mGluR1和mGluR5抗体的方法来观察其对神经源性疼痛的作用，也得到了相同的结论。而采用NMDA拮抗剂MK-801，则不论在术后的早期或晚期均能有效地减弱神经病理性痛行为。
mGluRs对神经病理性痛的作用机制与对福尔马林诱导的组织损伤后持续性痛的作用机制基本相同，脊髓在外周组织和神经受损伤后所发生的可塑性变化，被认为是慢性痛发生的重要机制[15]。mGluRs介导的PKC的激活、cAMP水平的升高、细胞内钙动员和花生四烯酸的释放被认为参与了脊髓的可塑性变化。
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国家自然科学基金资助课题(39870791)
参考文献
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单位：郑继宏(第四军医大学解剖学教研室，梁銶琚脑研究中心，西安 710032)；陈军(第四军医大学解剖学教研室，梁銶琚脑研究中心，西安 710032)
关键词：代谢性谷氨酸受体；第二信使；疼痛；伤害性易化
生理科学进展000207 摘要 代谢性谷氨酸受体是一个新的G-蛋白相关受体家族，各类亚型在分子生物学特征、神经药理学特征和中枢神经系统分布方面有所不同。根据其序列的同源性程度可将其分为三组。近来的研究证实代谢性谷氨酸受体在痛信息传递机制中具有重要作用。本文将对代谢性谷氨酸受体在上述机制中的可能作用作一综述。
学科分类号 R339.11
Metabotropic Glutamate Receptors and Its Contribution to the Mechanisms of Pain
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ZHENG Ji-Hong， CHEN Jun
(Department of Anatomy and K.K. Leung Brain Research Centre,The Fourth Military Medical University, Xi'an 710032)
Abstract Metabotropic glutamate receptors (mGluRs) is a novel family of G protein-coupled receptors. Each subtype shows different features in the aspects of molecular biology, neuropharmacology and distribution in the central nervous system. It can be divided into three groups according to the extent of sequence homology. Recent experimental research has demonstrated that mGluRs play an important role in the transmission of pain. This article will review the possible roles of mGluRs in the processing of nociceptive information.
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Key words Metabotropic glutamate receptor； The second messenger； Pain； Facilitation of nociception
采用药理学及分子生物学方法可将谷氨酸受体分为两类:(1)离子型谷氨酸受体(ionic glutamate receptors, iGluRs),它实质上是配体门控离子通道，分为NMDA型受体和非NMDA型受体两种亚型，均以异源性蛋白复合物形式存在;(2)代谢性谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptors, mGluRs),是G-蛋白偶联受体。最近研究已经较为清晰地阐述了mGluRs的分型、各亚型的分子生物学特征、中枢神经系统(CNS )内的分布特点以及在疼痛机制中的作用。
一、mGluRs及其在CNS中的机能特性
(一)mGluRs的分子生物学特征 mGluRs是一个新的G-蛋白相关受体家族，与其它G-蛋白相关受体无同源性，根据mGluRs各亚型之间序列的同源程度可将其分为三组[1]。 第一组包括mGluR1和mGluR5，第二组包括mGluR2和mGluR3，第三组由mGluR4、mGluR6、mGluR7和mGluR8组成。在mGluRs家族中，受体的细胞外区(N端)、跨膜区及其细胞内和细胞外的肽链环上具有高度保守性。以mGluR1为例，它是由1 199个氨基酸残基组成的跨膜蛋白，具有7个跨膜区，在N-末端与C-末端都有相当数量的亲水性氨基酸残基。不同亚型的mGluRs之间具有很大程度的同源性(表1)。
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表1 mGluRs的分子生物学特性及分组 受体分组
受体亚型
长度(氨基酸残基)
性质
第1组
1a
1 199
由大鼠小脑mRNA克隆表达
1b
906
mGluR1a的一个活性片段
5
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1 171
与mGluR1具有60%同源性
第2组
2
872
与mGluR1具有46%的同源性
3
879
与mGluR1具有44%的同源性
第3组
4
912
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6
871
与mGluR8具有70%的同源性
7
915
与mGluR8具有74%的同源性
8
908
与mGluR4具有74%的同源性
(二)mGluRs在CNS中的分布 不同亚型的mGluRs其分布特征不尽相同。在研究mGluRs在大鼠高级中枢的分布时发现，mGluR1 mRNA主要分布在齿状回、海马的CA2/CA4区以及小脑的浦肯野细胞(Shigemoto等.1991),而mGluR5 mRNA在齿状回粒细胞、海马CA1/CA4区锥体细胞以及小脑少量高尔基2型细胞内具有较高的浓度(Abe等.1992) 。mGluR2 mRNA主要存在于投射至纹状体的皮层神经元内，mGluR3在基底核中主要分布于神经胶质结构内，mGluR4和mGluR7在CNS中均有分布，mGluR6则局限性地表达于视网膜内核层双极细胞分布区域，mGluR8基因主要在纹状体和乳头体有所表达[2]。
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1997年,Valerio等[3]采用逆转录PCR技术研究了mGluRs在脊髓中的分布，结果表明成年大鼠脊髓内表达高水平的mGluR1，而且均以完整的mGluR1a形式表达，mGluR5有中等程度的表达,mGluR2、mGluR3、mGluR4以及mGluR7有较低水平的表达,未发现有mGluR6和mGluR8表达阳性的区域。Onishi等(1995 )在研究 mGluR7在大鼠腰髓的分布时还发现，该受体主要存在于背角第一层与第二层的初级传入纤维的轴突终末，而在这一区域的树突和胞体未发现有mGluR7的免疫反应阳性产物，故推测mGluR7可能以自受体的形式存在。此外还有报道证明mGluR7与谷氨酰胺酶百分之百共存于背根节(DRG)神经元中(Li等.1996)。
(三)mGluRs的细胞内第二信使系统
1.磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解：PIP2水解的反应产物为三磷酸肌醇(IP3)与二酰基甘油(DAG)，二者均为胞内信号转导的第二信使。IP3可引起钙动员,进而产生跨膜Cl-流。所以通过检测Cl-流，可以了解mGluRs的某一亚型是否存在该效应。Masu 等(1991)报道，将mGluR mRNA注入非洲蟾卵母细胞并使其表达,发现mGluR1和mGluR5存在着PIP2水解反应。PIP2水解也是mGluR5实现信号转导的重要途径，与mGluR5相比较，mGluR1还存在cAMP及其它的第二信使系统。采用同样的方法检测mGluR2、mGluR3、mGluR4时，未发现这些受体亚型的激动剂能诱导跨膜Cl-流[4]，表明这一组受体不引起PIP2水解反应。
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2.抑制cAMP的生成：Tanabe等在研究mGluR2时发现，当表达在非洲蟾卵母细胞的mGluR2被激动时，由forskolin诱导的cAMP生成受到明显抑制[4]。通过在中国仓鼠卵巢(CHO)细胞内克隆表达mGluR3和mGluR4，发现这两种受体激动后也能产生同样的效应。随着mGluR6、mGluR7和mGluR8的克隆成功，人们发现抑制cAMP生成也是这三种受体实现信号转导的重要机制。
可以看出，PIP2水解是1组mGluRs的重要细胞内信号转导方式，而抑制cAMP生成则是2组和3组mGluRs激动后产生的细胞内效应。以上二种方式是mGluRs最重要的第二信使系统，与不同亚型受体功能密切相关。
3.脑组织实验中观察到的细胞内效应：通过用脑薄片以及原代细胞培养的方法研究mGluRs时发现，mGluRs与细胞内多种第二信使系统相联系，如磷脂酶D的激活、cAMP的生成增多、 cAMP水平的下降以及PIP2水解反应等。除上述两种比较肯定的途径外，其它第二信使系统的活化由哪一种亚型介导完成尚不十分清楚。脑薄片实验与原代细胞培养所得实验结果与上述各亚型的分布特征相符合，例如，在大鼠海马组织薄片中加入受体激动剂，可以检测到PIP2水解反应(Vecil等.1992)和cAMP的下降(Schoepp等.1992)，还可以检测到cAMP生成和磷脂酶D的激活等，在鼠纹状体细胞也可以检测到PIP2水解反应以及cAMP水平的下降(Manzoni等.1992)，小脑颗粒细胞受激动剂作用后，可以检测到Ca2+的释放,从而间接地反应了该细胞也存在PIP2水解反应[5]。
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(四)mGluRs对离子通道的调节及对递质释放的影响 mGluRs的选择性激动剂1-氨基环戊烷,1,3-二羧基酸(1SR,3RS-ACPD)以及它的活性异构体1S,3R-ACPD可以使CNS中多种神经元去极化，从而产生与激活iGluRs同样的生物学效应。1S,3R-ACPD对于不同的神经元有着不同的作用，例如在小脑颗粒细胞层，它可以提高Ca2+依赖的K+通道的活性，使细胞处于超极化状态，从而减弱了这些细胞的兴奋性(Fagni等.1991)，而在海马锥体细胞可减弱电压依赖性的K+通道的活性，从而表现出去极化效应。在研究mGluRs对钙通道的作用时发现，在培养的海马神经元，mGluRs的激活可抑制高阈值Ca2+流，这种作用不被非选择性蛋白激酶抑制剂、钙调蛋白抑制剂、cAMP、cGMP和IP3所抑制[6]。这表明mGluRs对Ca2+通道的调节可能有两种方式：(1)通过G-蛋白直接作用于Ca2+通道；(2)通过一种新的第二信使系统来发挥调节作用。1S,3R-ACPD的另一重要作用为通过兴奋mGluRs，减弱兴奋性突触后电位(EPSPs)，这一效应主要存在于海马、杏仁核、纹状体、小脑和孤束核神经元，其机制可能是通过兴奋谷氨酸能神经元突触前自受体,而减少谷氨酸的释放[7]，因为当给予外源性谷氨酸后并不能影响EPSPs。表2 mGluRs的激动剂和拮抗剂 化学名
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药理学特性
1SR，3RS-ACPD
非选择性mGluRs激动剂
trans-ACPD
非选择性mGluRs激动剂
(RS)-DHPG
mGluR1/5激动剂
1S,3S-ACPD
mGluR2/3激动剂
L-AP4
mGluR4/6-8激动剂
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(+)-MCPG
非选择性mGluRs拮抗剂
(S)-4C3HPG
mGluR1/5拮抗剂
此外，在纹状体和孤束核,1SR,3RS-ACPD还能够对抑制性突触后电位(IPSPs)产生抑制作用,这一机制的产生被认为是源于减少γ-氨基丁酸(GABA)的释放。
从以上的实验报道中可以看出,同样的激动剂作用于不同的组织其相应的结果不尽相同，而同一组织发生的反应也具有多样性,这进一步提示了不同亚型的mGluRs具有不同的分布特征，这对于CNS保持各部位的功能特异性和复杂性具有重要作用。
二、mGluRs在疼痛机制中的可能作用
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痛信号的传递,痛的感知,以及个体反应的发生涉及到多种神经递质的参与和多个中枢部位的整合过程。随着对mGluRs的分子生物学、神经药理学及形态学研究的不断深入，许多学者发现mGluRs在痛信息传递机制中具有重要作用。通过应用人工合成的选择性的mGluRs激动剂和拮抗剂(表2)，已初步揭示了不同亚型mGluR在痛信息传递中的作用特点。以下即对mGluRs在不同类型疼痛模型中的作用机制作一叙述，为进一步研究mGluRs在疼痛机制中的作用提供参考。
(一)非持续性痛 关于mGluRs在非持续性痛(即生理性痛)中的作用，目前报道较少。1998年Fundytus 等[8]将mGluR1和mGluR5抗体注入大鼠鞘内，未发现其对急性热刺激与化学性刺激诱发的痛行为有明显的影响，提示mGluRs在非持续短时痛的发生机制中不占重要地位。
(二)急性持续性痛 福尔马林实验是目前应用最广泛的持续性痛模型之一，大鼠足底皮下注入福尔马林可诱发一双相性行为反应[9]。Dickenson和Sullivan(1987)报道了在大鼠福尔马林实验中，腰髓背角的广动力域神经元(WDR)的兴奋性增强时程和强度与行为反应相一致。Coderre和Melzack(1992)报道鞘内注射mGluRs激动剂trans-ACPD，可以产生痛觉易化。随后又有学者发现mGluRs拮抗剂可抑制丘脑(Eaton等. 1993)和脊髓背角(Young等.1994)神经元对伤害性刺激诱导的兴奋反应。Neugebauer等(1994)在对急性膝关节炎大鼠的研究中也发现mGluRs拮抗剂可以减弱脊髓的兴奋性。mGluRs还被证明参与介导海马神经元的长时程增强反应(LTP)[10]。针对以上实验结果，Fisher和Coderre[11]采用高选择性配体研究了不同亚型受体在持续性痛模型中的作用。在大鼠足底皮下注入福尔马林后，鞘内注射第1组mGluRs激动剂(RS)-DHPG或第2组mGluRs激动剂1S,3S-ACPD，发现在第二相可产生一种剂量依赖的痛觉增强效应，而如果用mGluRs拮抗剂(+)-MCPG或(S)-4C3HPG对动物进行预处理，则可以减弱1S,3S-ACPD或(RS)-DHPG所产生的痛觉易化。另一重要发现是NMDA受体拮抗剂，也可以抑制上述痛觉易化。而鞘内应用第3组mGluRs激动剂(L-AP4)则明显减弱第二相的痛觉反应。这些结果证明第1组mGluRs可能参与持续性伤害性信息的传递，而第3组mGluRs则参与抑制上述过程的发生和持续。以往形态学研究已发现第1组mGluRs主要分布于脊髓背角的胞体[3]，而第3组mGluRs主要分布于背根节谷氨酰胺酶阳性细胞和脊髓背角初级传入纤维的中枢突终末(Li等.1996)。这一结果充分说明了第1组mGluRs主要通过突触后效应而增强痛信息的传递,而第3组mGluRs主要通过作用于突触前终末而抑制谷氨酸的释放产生镇痛作用。
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神经药理学研究为上述实验结果提供了重要的支持。第1组mGluRs激动剂可以使细胞内发生PIP2水解反应，其产物之一为DAG，当PKC被DAG激活后可以加强NMDA诱导的跨膜离子流，并增强脊髓背角初级传入神经元释放谷氨酸与天冬氨酸[12]。PKC抑制剂可以减弱福尔马林实验中的痛觉反应。Salt和Eaton(1995)报道，将mGluR2/mGluR3激动剂注入大鼠丘脑，可以通过突触前调节的方式，使丘脑内GABA能神经元发生去抑制。第3组mGluRs激动剂可以抑制Ca2+依赖的谷氨酸释放，从而对中枢神经元发挥突触前抑制作用(Vazquez等.1995)。在对mGluRs/iGluRs相互作用机制的研究中发现NMDA拮抗剂D-AP5可以抑制(RS)-DHPG, (1S,3S)-ACPD诱导的痛觉易化。第1组mGluRs的细胞内重要靶分子PKC被抑制后，可以明显减弱NMDA诱导的跨膜电流，应用(1S,3R)-ACPD可以加强AMPA或NMDA诱导的细胞内Ca2+水平的升高[13]。而于海马薄片应用L-AP4则可以抑制NMDA的效应。
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(三)慢性痛 1996年Mosconi等采用一种聚乙烯管来改造周围神经慢性压迫性损伤(CCI)的动物模型，代替了传统的使用铬肠线结扎动物坐骨神经的方法，这种改进的方法使得神经的损伤程度及行为学的变异较小，CCI大鼠的痛敏行为学反应一般于12～16天达到高峰。1997年Fisher等[14]给大鼠鞘内注射第1组mGluRs拮抗剂至术后第八天，来观察其对机械性痛觉超敏及冷痛觉过敏的作用，结果表明该拮抗剂在术后12天内可明显提高动物对痛刺激的反应阈值，并且在时间上无差异性，而超过12天则其镇痛效应明显下降，如果在超过术后12天再给予拮抗剂则无明显镇痛作用，这表明第1组mGluRs主要影响神经源性疼痛的诱发过程，而与其持续过程无明显关系。Fundytus 等采用鞘内注入mGluR1和mGluR5抗体的方法来观察其对神经源性疼痛的作用，也得到了相同的结论。而采用NMDA拮抗剂MK-801，则不论在术后的早期或晚期均能有效地减弱神经病理性痛行为。
mGluRs对神经病理性痛的作用机制与对福尔马林诱导的组织损伤后持续性痛的作用机制基本相同，脊髓在外周组织和神经受损伤后所发生的可塑性变化，被认为是慢性痛发生的重要机制[15]。mGluRs介导的PKC的激活、cAMP水平的升高、细胞内钙动员和花生四烯酸的释放被认为参与了脊髓的可塑性变化。
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国家自然科学基金资助课题(39870791)
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