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编号:10279122
中枢八肽胆囊收缩素的抗阿片作用是决定针刺镇痛和吗啡镇痛有效性的重要因素
http://www.100md.com 《生理科学进展》 2000年第2期
     作者:韩济生

    单位:韩济生(北京医科大学神经科学研究所,北京100083)

    关键词:

    生理科学进展000220 获奖题目:中枢八肽胆囊收缩素(CCK)的抗阿片作用是决定针刺镇痛和吗啡镇痛有效性的重要因素。主要完成人:韩济生,王晓京,周岩,张立新,刘乃江。获奖等级:国家自然科学二等奖。资助单位:国家自然科学基金委,国家科技部(攀登计划),美国国立卫生研究院药物成瘾研究所。

    随着神经化学和分子生物学技术的进步,有越来越多的神经肽被发现,估计其数量远远超过50种。在狭小的突触间隙中,这些神经肽之间必然会发生频繁的相互作用,其中包括相互加强(协同)和相互拮抗作用,这是神经生物学中一种带有普遍意义的问题。在神经肽领域中,从1975年开始的对阿片肽的研究占有特殊重要的地位,每年文献超过1500篇。我室从宇宙万物对立统一关系的哲学观点出发,在1980年即提出假说,认为脑内很可能存在着阿片肽的对立面——抗阿片肽,并为此而进行探索。到1989年为止,已发现的具有抗阿片作用的肽类物质已有多种,包括胆囊收缩素(CCK),血管紧张素Ⅱ,ACTH,FMRF等,其中以CCK作用最强,研究最多。关于CCK,当时的情况是:(1)Ito等(1982)首先报告,外源性注射CCK可对抗β-内啡肽引起的镇痛作用,但是,有很多报告反而认为CCK有镇痛作用(Jurna等.1981,Hill等.1987,Hong.1989)。(2)如果外源性注入的CCK确有抗阿片作用,内源性释放的CCK是否也具有抗阿片作用。(3)CCK抗阿片作用的机制是什么?(4)CCK抗阿片作用将在多大程度上发挥作用,即对药理学上的吗啡镇痛和生理学上的针刺镇痛效应是否会发生实质性的影响?这些问题当时都不清楚。
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    在本工作中我们企图研究阿片肽与其他神经肽之间可能存在的相互拮抗关系,特别集中研究了中枢神经系统中八肽胆囊收缩素(CCK-8)是否具有对抗阿片的作用。在肯定现象的基础上,较系统地研究了CCK-8的抗阿片作用机制,并用CCK-8抗阿片的机制来解释电针镇痛和吗啡镇痛效果的个体差异性,以及长期应用吗啡和长期施加电针时产生的耐受现象。

    主要内容如下:

    一、CCK-8是目前已知的作用最强的内源性抗阿片肽

    1.行为学研究。用辐射热刺激大鼠尾部引起甩尾反射的潜伏期(TFL)作为测痛指标,可以定量地测定注射吗啡或施加电针刺激时产生的镇痛效应。发现在大鼠脑室或脊髓髓鞘内注射极微量CCK-8(1~4pmol)即能剂量依赖地对抗吗啡镇痛[1]或电针镇痛[2]。其抗阿片作用的强度较通常认为最有效的阿片受体拮抗剂纳洛酮(6~30nmol)强6000~8000倍。
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    2.电生理研究。用微电极记录大鼠束旁核痛敏神经元的单位放电,证明CCK-8可对抗电针镇痛,而CCK抗体能翻转电针耐受(Bian等.1993)。由于电生理方法记录痛敏神经元放电是纯粹的感觉神经活动,不涉及甩尾等运动功能的参与,因此其结果具有更强的说服力。

    3.应用中枢微量注射方法明确了CCK-8拮抗吗啡镇痛和电针镇痛的作用部位在中脑导水管周围灰质[3]、杏仁核、伏核[4]等核团,而这些核团也正是吗啡引起镇痛的主要作用部位。

    4.应用放射自显影方法明确了大鼠伏核、杏仁核、中脑导水管周围灰质内的CCK受体属于CCKB受体(朴素芬等.1993)。

    5.应用脊髓蛛网膜下腔微量注射阿片受体激动剂的方法,发现CCK-8抗阿片作用只限于对抗μ-和κ-阿片受体所介导的镇痛作用,而不对抗δ-受体介导的镇痛作用[5]
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    以上5个系列的实验应用行为学、电生理学和形态学方法充分证明,微量的CCK-8可以作用于大鼠脑和脊髓的特定部位,激活CCKB受体,对抗μ和κ阿片受体介导的镇痛效应。

    二、CCK-8抗阿片的生化机制

    多种实验结果表明,CCK-8的作用与阿片受体拮抗剂不同,它不是直接阻断阿片受体,而是激活CCK受体,转而通过多种机制削弱了阿片受体激动剂的作用。

    1.受体水平的相互作用。首先用3H标记的阿片激动剂埃托啡进行放射受体结合实验,证明CCK-8确能抑制阿片受体的结合力[6]。进一步的实验又选用μ、δ、κ三种不同类型阿片受体特异性的3H标记配体作深入分析,发现CCK-8对这三种阿片受体的影响各有特色:它使μ受体总数减少(Bmax降低),使κ受体亲和力降低(Kd值上升),但不影响δ阿片受体的结合力[7]。该结果与上述整体实验中观察到的现象[5]非常一致。CCK-8抑制阿片受体结合力有两种可能:(1)CCK受体与阿片受体直接对话:(2)一种受体通过受体后机制反馈性影响另一种受体。用3H纳洛酮(阿片受体拮抗剂,能与受体结合,但无内在活性)进行的实验结果表明:CCK-8能抑制3H纳洛酮的结合,说明第(1)种可能性肯定是存在的[17],虽然第(2)可能性不能排除。
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    2.膜片钳实验证明同一细胞上两类受体相互作用。用大鼠的中小背根神经元作全细胞膜片钳实验,记录电压门控钙电流,发现μ和κ激动剂降低钙电流的作用可被CCK-8完全翻转,而CCK-8的作用又可被CCK-8拮抗剂取消[8,9]。说明CCK首先作用于CCK受体,后者进一步抑制了位于同一细胞上的阿片受体。

    3.CCK-8使阿片受体与相应的G蛋白脱耦联。应用GTP的长效衍生物GTPγS作为工具药,发现CCK与GTPγS的作用环节很相似,均能使阿片受体与G蛋白脱耦联,而降低其信号转导作用(Zhang等.1993)。

    4.胞内第二信使cAMP并不参与CCK-8的抗阿片作用。实验结果表明,阿片使胞内cAMP水平降低的作用并不能被CCK-8翻转,CCK-8本身也不影响神经细胞内cAMP含量(孙素娟等.1993)。

    5.胞内第二信使肌醇磷脂(PI)系统可能参与CCK-8抗阿片作用。CCK-8使神经细胞内IP3的生成增加,但CCK-8剂量过大时反而无效[10]。整体实验中也可观察到类似的现象。此外,CCK-8的抗阿片作用可被锂盐翻转,也间接证明CCK-8的抗阿片作用是激活PI系统而实现的。
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    6.阿片降低细胞内游离钙([Ca2+]i)的作用可被CCK-8翻转。实验从三个方面进行:(1)用大鼠脑组织突触小体作为实验标本,观察到吗啡抑制45Ca的摄取,该作用可被低浓度CCK-8(10~100nmol/L)所翻转。(2)用新生鼠分离的脑细胞为标本观察到μ、δ和κ三种阿片受体激动剂均能抑制45Ca的摄取。CCK-8可以对抗μ和κ激动剂的作用,但不能对抗δ激动剂的作用[11]。这与整体实验中所得到的结果[13]一致。(3)CCK-8本身可使分离的大鼠脑细胞中[Ca2+]i含量显著升高[11],这与阿片降低[Ca2+]i的作用恰恰相反。值得注意的是,即使在培养液中无Ca2+的情况下,CCK-8仍有升高[Ca2+]i的作用,提示CCK-8主要不是促进外钙内流,而是从细胞内的钙库中释放出游离钙[11]。这一设想得到另一实验支持,即CCK-8可使胞内第二信使IP3水平显著升高[10],而IP3的主要功能之一正是从钙库中动员出游离钙,升高[Ca2+]i
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    7.阿片降低突触小体钙调蛋白(CaM)而CCK-8使之升高。用大鼠脊髓背半部制备的突触小体(P2部分)测CaM。发现κ阿片受体激动剂NDAP使CaM含量降低,而CCK-8使之升高,NDAP的作用可被CCK-8大部分翻转,表现出钟型量效曲线(Chen,Han.1994)。

    8.PKC可能参与抗阿片机制。CCK-8在使胞内IP3升高的同时必然也使DAG升高。为了探索DAG-PKC信号转导通路的可能的作用,我们用TPA来模拟DAG,发现给大鼠脑室注射TPA可显著削弱阿片镇痛效应。已知TPA是PKC的强烈激动剂,而PKC可加速外钙内流,这可能是CCK-8增加[Ca2+]i的另一机制(张丽娟.1992)。

    三、CCK-8参与吗啡耐受和电针耐受的分子机制

    1.中枢CCK-8参与吗啡耐受的证据。给大鼠连续多次注射吗啡,发现脑脊液(CSF)中CCK-8含量显著升高,提示CCK-8的释放加速[12]。用原位杂交的方法观察到注射吗啡6d内大鼠脑内CCK mRNA逐渐增多,表明CCK的基因表达加速[13]。应用Northern印迹杂交发现所得的结果与上述原位杂交所得结果完全吻合[14]
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    2.中枢CCK-8参与电针耐受的证据。给大鼠连续电针刺激2h以上,CSF中CCK-8含量显著升高,表明CCK-8释放加速;中脑导水管周围灰质(PAG)中CCK-8的含量升高,表明由CCK前体加工生成CCK-8过程加速。电针8h,脑内CCK mRNA水平急剧上升,表明CCK基因转录速度加快(孙宇华等.1995)。

    3.CCK-8抗体翻转吗啡耐受和电针耐受。连续注射吗啡6d引起的吗啡耐受可被脑室或脊髓内注射CCK抗体部分翻转[15],连续电针6h引起的电针耐受也可被脑室注射CCK抗血清翻转。

    4.CCK受体拮抗剂加强电针镇痛、防止电针耐受。CCK受体拮抗剂能加强高频(100Hz)电针的镇痛作用,对低频(2Hz)电针无加强作用。CCKA受体拮抗剂devazepide和CCKB受体拮抗剂L365,260均能加强吗啡镇痛,延缓电针耐受的发生,但CCKB受体拮抗剂的作用显著强于CCKA受体拮抗剂的作用。表明CCK的作用主要通过B型受体完成的[16]。该结果与放射自显影结果完全一致,可能有临床实用价值。
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    四、CCK-8作为阿片镇痛的负反馈机制发挥作用

    1.外源性和内源性阿片物质均促进中枢CCK-8释放。给大鼠注射吗啡,引起脊髓蛛网膜下腔灌流液中CCK-8增多89%,该作用可被阿片拮抗剂纳洛酮完全对抗[12]。进一步的工作证明,μ和κ阿片激动剂可引起CCK-8释放增多,δ激动剂无效。给大鼠电针30min,引起脊髓灌流液中CCK-8浓度升高,15Hz和100Hz电针的作用大于2Hz电针[16]。如电针持续6h,CSF中CCK-8也继续保持在高水平。

    2.外源性和内源性阿片物质均可促进中枢CCK基因表达和生物合成。连续注射吗啡6d,使大鼠多数脑区CCK-8含量升高,CCK mRNA含量显著升高[13,17],表明合成加速。长时间电针持续2~3h,脑内CCK-8含量显著升高,4h后回降;8h CCK mRNA含量显著升高,表明合成加速。
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    3.脑内转入CCK基因使电针镇痛有效鼠转为无效。北京医科大学培育的一种听源性癫痫鼠(P77PMC大鼠)脑内CCK含量低[17],针效特佳。将CCK cDNA表达质粒注入脑室,使之在脑内过量表达,则癫痫减轻[18],针效也减弱[19]。但一周后又恢复原状。

    4.脑内转入CCK反义RNA使电针镇痛无效鼠转为有效。电针镇痛无效鼠中脑PAG内CCK-8含量显著高于对照鼠。将CCK反义RNA质粒注入脑室,可引起脑内CCK含量大幅度下降,与此同时,电针无效鼠转为有效[20],1周后又恢复原状。

    以上结果说明,体内阿片物质过多时,将引起抗阿片肽CCK-8的生成和释放增多,引起负反馈调节作用。而阿片与抗阿片之间的相对平衡在决定机体对疼痛的反应中起着重要作用。

    五、结语
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    应用现代神经科学方法研究针刺镇痛原理,发现中枢神经系统中阿片和抗阿片(CCK-8为主)这一对矛盾是主宰阿片镇痛效果优劣的决定性因素之一。

    新的神经肽的发现与日俱增。通过阿片肽与抗阿片肽相互作用的研究,增进了关于中枢多种神经递质(调质)之间相互影响的规律性的认识,从而推动了神经科学的发展。

    参考文献

    1,Han JS, Ding XZ, Fan SG. Is CCK-8 a candidate for endogenous anti-opioid substrates? Neuropeptides, 1985, 5∶399~402.

    2,Han JS, Ding XZ, Fan SG. CCK-8: Antagonism to electroacupuncture analgesia and a possible role in electroacupuncture tolerance. Pain, 1986, 27∶101~115.
, 百拇医药
    3,Li Y, Han JS. CCK-8 antagonizes morphine analgesia in periaqueductal gray of the rat. Brain Res, 1989, 480∶105~110.

    4,Pu SF, Zhuang HX, Han JS. CCK-8 antagonizes morphine analgesia in nucleus accumbens of the rat via CCK-8 receptor. Brain Res, 1994, 657∶159~164.

    5,Wang XJ, Wang XM, Han JS. CCK-8 antagonize opioid analgesia mediated by μ- and κ- but not δ-receptors in the spinal cord of the rat. Brain Res, 1990, 523∶5~10.
, http://www.100md.com
    6,Wang XJ, Fan SG, Ren MF, et al. CCK-8 suppressed 3H-etorphine binding to rat brain opiate receptors. Life Sci, 1989, 45∶117~123.

    7,Wang XJ, Han JS. Modification by CCK-8 of the binding of μ-,δ-, and κ-opioid receptors. J Neurochem, 1990, 55∶1379~1382.

    8,Liu NJ, Xu T, Xu C, et al. CCK-8 reverses μ-opioid receptor-mediated inhibition of calcium current in rat dorsal root ganglion neurons. J Pharmacol Exp Ther, 1995, 275∶1293~1299.
, 百拇医药
    9,Xu T, Liu NJ, Li CQ, et al. Cholecystokinin octapeptide reverses the κ-opioid-receptor-mediated depression of calcium current in rat dorsal root ganglion neurons. Brain Research, 1996, 730∶207~211.

    10,Zhang LJ, Lu XY, Han JS. Influences of CCK-8 on phosphoinositide turnover in neonatal-rat brain cells. Biochem J, 1989, 285∶847~850.

    11,Wang JF, Ren MF, Han JS. Mobilization of calcium from intracellular store as a possible mechanism underlying the anti-opioid effect of CCk-8. Peptides, 1992, 13∶947~951.
, 百拇医药
    12,Zhou Y, Sun YH, Zhang ZW, et al. Increased release of immunoreactive CCK-8 by morphine and potentiation of μ-opioid analgesia by CCK-8 receptor antagonist L-365,260 in rat spinal cord. Eur J Pharmacol, 1993, 234∶147~154.

    13,Pu SF, Zhuang HX, Lu ZB, et al. CCK gene expression in rat amygdaloid neurons: normal distribution and effect of morphine tolerance. Mol Brain Res, 1994, 21∶183~189.

    14,Zhou Y, Sun YH, Zhang ZW, et al. Accelerated expression of CCK gene in the brain of rats rendered tolerant to morphine. NeuroReport, 1992, 3∶1121~1123.
, http://www.100md.com
    15,Ding XZ, Fan SG, Zhou JP, et al. Reversal of tolerance to morphine analgesia but no potentiation of morphine-induced analgesia by antiserum against CCK-8. Neuropharmacology, 1986, 25∶1155~1160.

    16,Zhou Y, Sun YH, Han JS. Increased release of immunoreactive CCK-8 by electroacupuncture and enhancement of electroacupuncture analgesia by CCK-8 antagonist in rat spinal cord. Neuropeptides, 1993, 24∶139~144.

    17,Zhang LX, Zhou Y, Du Y, et al. Effect of CCK-8 on audiogenic epileptic seizure in P77PMC rats. Neuropeptides, 1993, 25∶73~76.
, 百拇医药
    18,Zhang LX, Wu M, Han JS. Suppression of audiogenic epileptic seizures by intracerebral injection of a CCK gene vector. NeuroReport, 1992, 3∶700~702.

    19,Zhang LX, Li XL, Smith MA, et al. Lipofectin-facilitated transfer of cholecystokinin gene corrects behavioral abnormalities of rats with audiogenic seizures. Neuroscience, 1997, 77∶15~22.

    20,Tang NM, Dong HW, Wang XM, et al. CCK antisense RNA increases the analgesic effect induced by electroacupuncture or low dose morphine: conversion of low responder rats into high responders. Pain, 1997,71∶71~80., 百拇医药