神經肽Y受體系統參與痛覺調制的研究進展

趙舒煊，張東亮，沈偉，馮曉飛，劉正，袁文華，周海宇

1.蘭州大學第二醫院骨科，甘肅蘭州市730030；2.甘肅省骨關節疾病研究重點實驗室，甘肅蘭州市730030

哺乳動物中，神經肽Y同其Y1、Y2、Y4和Y5四類受體共同組成一種高復雜的受體-配體系統，稱為神經肽Y受體系統。其中，以Y1受體(Y1 receptor,Y1R)和Y2受體(Y2 receptor,Y2R)為代表的G蛋白偶聯特異性受體，通過結合最早發現并主要存在于中樞神經系統的一類36肽胰多肽家族神經遞質——神經肽Y，在神經肽Y系統中承擔主要作用[1]。這一系統廣泛參與個體對傷害性信號的處理和反饋過程，如痛覺、營養代謝失衡[2]、內分泌環境改變[3]、高壓力環境[4]和心血管事件[5]等，又以痛覺調制研究較為廣泛。本文綜述近年來神經肽Y受體系統參與痛覺調制的研究進展。

1 神經肽Y受體系統

1.1 組成

根據與神經肽Y的C-端片段親和力差異，可將神經肽Y受體分為8種受體亞型，分別稱為Y1～Y8受體。其中Y3受體至今尚未成功克隆，Y6受體僅在小鼠等特定種屬的哺乳動物中發現，人類和大鼠中無功能性蛋白質表達[6]，Y7和Y8受體僅存在于蛙等非哺乳動物中[7]。因而在哺乳動物中廣泛存在的神經肽Y受體系統，主要由Y1、Y2、Y4和Y5亞型組成[8]，以Y1R和Y2R研究較多。

1.2 分子結構

目前認為，神經肽Y的這四類受體亞型均屬于具有7次跨膜螺旋的G蛋白偶聯受體，并屬于該超家族中的視紫紅質家族。在中樞神經系統中，神經肽Y被證明為上述四種受體的主要配體。UR-MK299和BMS-193885等多個Y1R小分子抑制劑與Y1R氨基酸突變體的結合實驗表明，Y1R的特定螺旋和殘端可形成受體-配體結合口袋，特異性識別神經肽Y的N-端和C-端氨基酸結構結合位點，從而引發受體活化[9]。而Y2R結合神經肽Y時，則允許神經肽Y配體N-端和C-端的大幅截短，甚至對特定殘基間發生環化的神經肽Y親和力亦較高[6]，表明不同類型受體對神經肽Y的識別位點亦存在差異。

1.3 參與神經元膜信號轉導的主要機制

先前研究認為，神經肽Y受體可通過與細胞膜上Gi/o蛋白偶聯結合，調節傷害性輸入信號。Y1R可通過偶聯G蛋白α亞基抑制腺苷酸環化酶活性，通過調節胞內環磷酸腺苷(cyclic adenosine phosphate,cAMP)濃度間接抑制細胞內Ca2+水平[1]，結合后細胞內外的Ca2+濃度差進一步擴大，持續調節脊髓背根神經節細胞神經肽Y釋放水平[10]。Y2R則可通過激活β和γ亞基激活激酶級聯，調節胞內外離子濃度[8,11]。細胞外信號調節激酶1/2(extracellular signal regulated kinase,ERK1/2)的間接反式激活也可產生同樣的效應，而無需直接激活G蛋白亞基[12]。多種細胞膜上受體活化或抑制構成神經肽Y受體參與痛覺調節生理效應的基礎。

2 神經肽Y受體系統的分布

2.1 脊髓神經肽Y受體的分布

Y1R和Y2R與神經肽Y共分布于與痛覺相關的外周有髓Aδ類纖維和C類纖維中。采用光遺傳學手段，特異性激活表達Y2R的外周纖維，以及近來的外周神經元大規模轉錄組測序手段[13]提供了這一推斷的直接證據。脊髓背根神經節匯集痛覺相關的初級傳入神經元胞體，Y1R和Y2R陽性神經元共表達降鈣素基因相關肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)受體[14]，而這一受體與傷害感受相關性較高[15]。其中Y1R陽性神經元匯聚于灰質Ⅰ～Ⅵ、Ⅹ層中，共包含7種不同類型，形態多樣。直徑較小的Y1R陽性神經元主要分布于Ⅰ～Ⅲ層，直徑較大的Y1R陽性神經元則分布于Ⅲ～Ⅵ、Ⅹ層[16]。Arcourt等[13]則縮小Y2R陽性神經元在脊髓中的定位，認為其主要定位于Ⅱ層的一群表現出Y2R免疫活性的初級傳入神經元中。

2.2 顱內神經肽Y受體的分布

Y1R和Y2R是在顱內表達最豐富的神經肽Y受體，在各皮層區域、丘腦核、海馬和腦干核中均有表達。利用放射性同位素125I標記神經肽Y受體系統各成員拮抗劑，可在皮層、海馬齒狀回、膝狀核及延髓中發現中高水平的Y1R分布；Y2R則以嗅球的外部叢狀層、前嗅核、嗅結節及腹側海馬分布較多。Y1R多與Y5受體共表達，且Y4和Y5受體的表達量明顯低于Y1R和Y2R[17]。該分布受到多重因素的影響，年齡和熱量攝入限制都可能影響參與急性及慢性傷害性信息處理的前扣帶皮層等腦區的受體表達[18]。神經肽Y受體系統各亞型在中樞和外周神經系統中的分布存在明顯不同，反映出亞型的功能差異。

3 神經肽Y受體系統參與痛覺調制

3.1 脊髓水平

脊髓背角是痛覺調制的重要區域[19]，與其分布相一致，多種證據表明神經肽Y受體主要在此位置參與痛覺調制，神經肽Y通過與Y1R和Y2R共同結合，維持痛覺傳遞過程的穩態。

3.1.1 Y1R

神經肽Y與脊髓Y1R結合，主要發揮鎮痛效應。神經損傷及炎性疼痛后，脊髓Y1R信號明顯增強，且可持續增高至損傷慢性期[20-21]；抑制Y1R在mRNA和蛋白質水平的表達，則可降低實驗動物痛閾。遺傳學上，Y1R蛋白表達缺失的小鼠對急性熱刺激、皮膚和內臟化學刺激及機械刺激痛閾明顯降低[22]；藥理學上，采用多西環素誘導的大鼠內源性神經肽Y缺失，可使大鼠產生機械和熱痛覺過敏反應，鞘內注射Y1R拮抗劑則可糾正痛覺過敏[23]。

Y1R的此類鎮痛作用定位于脊髓背角Ⅱ層的一組Y1R陽性興奮性中間神經元[16]。選擇性破壞此類中間神經元所產生的鎮痛作用不限于急性傷害性痛覺，大鼠慢性炎癥性疼痛[24-25]及神經病理性疼痛[26]的傷害性反射亦可經此抑制。

Y1R的鎮痛作用可通過多種方式調控。炎癥性損傷可增強Y1R與G蛋白受體偶聯的親和力，這一作用可能通過抑制背角傷害性感受遞質P物質的釋放來實現[27]。神經保護性類固醇黃體酮則可提高神經肽Y及Y1R表達量，從而增加脊髓損傷大鼠對痛覺的耐受性[21]。

3.1.2 Y2R

通常認為Y2R在脊髓水平與Y1R拮抗產生促痛效應，但這一理論目前仍存在爭議。光遺傳學方法特異性激活正常小鼠外周一組表達Y2R的有髓Aδ類傷害性纖維傳入神經，可引發小鼠痛覺行為加劇，并觸發防御性條件反射[13]。

而不同痛覺模型的大鼠中這一結果則存在矛盾。Solway等[23]在抑制內源性神經肽Y配體的神經病理性疼痛模型和炎性疼痛模型大鼠中使用Y2R拮抗劑BIIE0246，發現其與Y1R拮抗劑BIBO3304作用類似，均可增加小鼠的痛覺超敏反應。而早先研究中Y2R拮抗并不能抑制慢性炎性疼痛大鼠痛覺體征[28]。時培晟等[29]通過對神經病理性疼痛模型大鼠鞘內使用Y2R反義核苷酸抑制其表達，發現大鼠機械痛閾升高，冷痛閾則無明顯改變。

較新的研究則提示，正確協調地執行Y2R介導的傷害性反射，需要機械性信號和傷害性信號共同參與。已證明神經肽Y可通過背根一組抑制性中間神經元參與機械性疼痛[30]，這一效應可進一步定位于Y2R。脊髓水平Y2R介導的促痛效應，可通過同時激活低閾值機械感受器衍生的機械感覺信號被抑制[13]。經典的門控學說認為，脊髓背角傷害性信號(痛覺)和機械性信號等其他非痛覺信號在上行中相互競爭，機械性刺激可通過突觸前抑制，阻斷有害刺激到達中樞神經系統[31]，這一結果直接證實門控理論的中心預測之一，體現了Y2R在門控痛覺調制中的特殊地位。

3.2 顱內

目前已確認顱內多個核團通過神經肽Y受體系統參與痛覺調制。經典研究認為，中腦導水管周圍灰質腦區的Y1R參與對炎性疼痛熱刺激和機械刺激的鎮痛作用[32]。而最近研究表明，神經肽Y和Y1R激動劑亦可抑制三叉神經核放電，從而抑制硬腦膜模型誘發的三叉神經痛覺，Y2R和Y5R則無此作用[33]。

激活投射至腦干臂旁核共表達刺鼠肽基因相關蛋白(agouti-related protein,AgRP)和Y1R的神經元可實現對炎性疼痛的選擇性抑制，由于這一通路可介導饑餓和痛覺兩種傷害性信號在腦內的競爭性處理過程[34]，處于傷害性信息調控的交叉點，因而具有重要意義。

對延髓頭端腹內側區(rostral ventromedial medulla,RVM)的研究提示神經肽Y受體在顱內傳遞痛覺信號的神經元機制。神經肽Y通過Y1R可同時激活RVM中的促傷害感受ON細胞和抑制傷害感受OFF細胞的興奮性，并主要增加OFF細胞的自發放電，從而實現對慢性痛覺的調控作用[35]。

4 小結

疼痛作為影響患者生活質量的重要體征，長久以來缺乏較為全面持久的處理策略[36]。神經肽Y受體系統作為體內痛覺信號調制的重要組成部分，以Y1R和Y2R為代表，在顱內和脊髓水平廣泛分布，并發揮多重痛覺調制作用。但目前關于Y2R在不同動物模型中的作用、神經肽Y受體系統內不同組成部分的互相作用機制，以及該系統與其他傷害性信號傳遞系統的關系，仍需高質量實驗進一步驗證。積極探索神經肽Y受體系統在痛覺信號調制中的地位，有助于進一步加深神經系統傷害性信號傳播的理解，為鎮痛藥物的開發提供靶點。