脑内烟碱受体6

脑内神经元烟碱受体及其配基的研究进展

汤德生 张 勇 综 述 陈红专 校 审

烟碱（nicotine ）对中枢神经系统有着广泛的作用，包括某些有害及有利的作用。吸烟时因吸入烟焦油、亚硝基化合物、一氧化碳等可使吸烟的相关疾病如肺癌、动脉粥样硬化、慢性支气管炎等的发病率增加[1]，及烟碱强的精神依赖性等有害作用掩盖了烟碱的有利的中枢作用。近年来，通过对分离脑内神经元烟碱受体（neuronal nicotinic receptors ）的亚型受体及其结构和功能的鉴别，特别是对亚型受体配基的研究，初步揭示烟碱的复杂中枢作用的可能机制。由此利用烟碱受体亚型激动剂和拮抗剂的有利作用，为某些中枢疾病的防治开辟了一条新的途径[2 , 3 ] 。

一． 脑内神经元烟碱受体亚型

脑内各型神经元烟碱受体亚型的基本形状是由嵌在细胞膜上的五个亚单位组成，中间为阳离子通道。除五个亚单位外，还有一个调节蛋白lynx1参与组成

[ 4 ]。目前已经从哺乳动物中分离出11个基因编码不同的亚单位，8个α亚单位（从α2到α9），这一类亚单位上含有配基结合部位，和3个不含有配基结合部位的β亚单位（从β2到β4）。每个亚单位均有4个跨膜段（M1、M2、M3、M4）和细胞膜外的N 端及C 端组成。受体阳离子通道由5个亚单位的M2跨膜段及细胞膜外的N 端组成[ 5 ]。

这些亚单位可以是异源性的，也可以是同源性的组成不同的神经元烟碱受体亚型。现已证明脑内较为丰富的异源性神经元烟碱受体亚型为α4β2亚型（2个α4、3个β2亚单位组成）。另有α4β4亚型（2个α4、3个β4亚单位组成）、α3β2亚型（2个α3、3个β2亚单位组成）。也发现更复杂的神经元烟碱受体亚型有3种亚单位（α3、α5、β4）组成及4种亚单位（α3、α5、β2、β4）组成。中枢的异源性神经元烟碱受体与肌型烟碱受体（muscle-type receptors 含1个α1、2个β1、1个γ1、1个ε1）不同的是，它不与α-银环蛇毒素（α-bungarotoxin ）结合。脑内的同源性神经元烟碱受体亚型主要有α7、α8、α9亚单位组成。

不同的亚单位在种系发生的早期可能是同一个基因型，在长期的种系进化过程中衍化成不同的亚单位。故同源性组成的神经元烟碱受体亚型被认为是一种原始形式的受体。现已在卵细胞上证实α7、α8、α9亚单位可以同源性的组成亚型受体。受体的异源性亚单位的表达在个体不同的发育阶段、不同的神经元及在退行性脑病时是不同的，所以每个个体对烟碱类物质的反应也会有所不同[ 2 , 6 ]。

用原位杂交的方法已证实中枢神经元烟碱受体主要分布在皮层区域、大脑导水管周围灰质、基底核、丘脑、海马、小脑及视网膜等部位。尚需进一步用较为精确的免疫定位法来勾画出大致的神经通路[ 5 ]。每种亚型受体的功能不尽相同，对它们的了解也相对来说是贫乏的。已知它们参与大脑认知（如学习记忆）、注意力、觉醒、疼痛的控制、感觉运动的调制、体温的调节和神经系统的发育等[ 7 , 8 ]。有时某一功能有几种亚型受体参与。且它们与脑内的主要神经递质Ach 、 DA 、NE 、5-HT 、glutamate 、GABA 等间有相互的调制作用[ 9 ]。

最近发现烟碱受体激活有调制促神经因子（nerve growth factor、brain derived neurotrophic factor 、α-fibroblast growth factor ）的作用[ 10 ]。另一个特点是神经元烟碱受体被受体激动剂激动后，可引起神经元烟碱受体的脱敏。连续用激动剂

[ 11 ]可引起受体的向上调节。这一现象可部分的解释激动剂停药后的某些中枢反

应。神经元烟碱受体与配基的结合也可发生受体的某些构型的变化，从而影响与其他配基的结合[ 8 ]。

二． 神经元烟碱受体的激动性和拮抗性配基

有选择性的神经元烟碱受体亚型激动性和拮抗性配基是重要的。它们是搞清受体亚型的功能的工具，了解受体亚型的功能才能为从药理上调节脑功能，发挥有利作用，避免不良反应找到理论依据。由于神经性烟碱受体亚型之间差别很小，神经性烟碱受体亚型的数量又很多，故目前已处于临床试验阶段的药物不多。神经元烟碱受体的激动性和拮抗性配基大致可分为以下几类化合物的衍生物。

1． 烟碱的衍生物：

ABT-418是烟碱的异噁唑衍生物，为α4β2亚型受体的全激动剂，对动物模型有增强认知和抗焦虑作用[ 12 ]。SIB-1508Y 是烟碱的乙炔衍生物，对神经性烟碱受体α4β2亚型激动的选择性作用强于烟碱。可促使鼠纹状体DA 及前脑ACH 的释放，可缓解猴MPTP （1、2、3、6四氢-1甲基-4苯吡啶）Parkinson`s病模型的运动及认知障碍[ 13 ]。ABT-089为α4β2亚型受体的部分激动剂，促使Ach 释放的作用与烟碱相同，但促使DA 释放的作用小于烟碱25倍。在猴的延迟配对实验中促智作用强于哌醋甲酯。RJR-2403对α4β2亚型受体的激动作用强度同烟碱，但促使DA 释放的作用很弱，可改善认知能力，对心血管活动影响小[ 14 ]。AR-R1779是一个α7亚型受体的全激动剂，有抗焦虑及改善学习记忆的作用，而且不被烟碱所取代。拟可作为发展α7亚型受体选择性药物的母体化合物[ 15 ]。

2． Epibatidine

Epibatidine 是从厄瓜多尔树蛙的皮肤中提取的一种生物碱。它是一种很强的烟碱受体激动剂。在pmol/L的浓度下即对含有α2、α3、α4、α7的亚单位的亚型受体有作用。但选择性差。它的治疗指数是4，有中枢、呼吸、心血管等方面的不良反应。Epibatidine 的发现对研究烟碱受体及其功能是一重要的工具药, 其 衍生物的合成及筛选也在进行之中[ 16 ]。

3． 新烟碱（Anabaseine ）的衍生物

新烟碱为植物无叶猬藜中提得的一种生物碱，作用类似于烟碱。GTS-21为新烟碱的2甲基胺亚肉桂的衍生物[ 17 ]，它是α7亚型受体的部分激动药。可改善大鼠的认知功能，已用于Alzheimer`s病患者临床前试验[ 5 ]。

4． 甲基牛扁亭（Methyllycaconitine ）及4-氧芪（4-Oxystilbene ）的衍生物 它们是两个选择性α7亚型烟碱受体的拮抗剂。因烟碱受体兴奋过度可以引起惊厥，故烟碱受体的拮抗剂对治疗癫痫理论上应有效，也可用于烟碱成瘾患者。由于两者毒性大，故不适合用于临床。4-氧芪（4-Oxystilbene ）的衍生物MG624有可能进入临床试验[ 18 ]。

5． 其他

胆碱（Choline ）是一个弱的选择性α7亚型受体的激动药，野靛碱（Cytisine ）是异源性神经性烟碱受体的激动药，虽然有丰富的资源可供利用，但它们的衍生

[ 5 ]物研究甚少。

三． 神经元烟碱受体亚型的激动药和拮抗药的药理与临床

1．神经退行性病变和认知功能障碍

文献报道Alzheimer`s病及Parkinson`s病病人的脑内烟碱受体有丧失。药理流行性调查显示吸烟者的Alzheimer`s病及Parkinson`s病的发病率低。可能与烟碱对神经细胞的保护作用有关。Potter 报道了烟碱及ABT-418急性使用可以改善Alzheimer`s病人记忆的再现能力[ 19 ]。SIB-1508Y 对改善动物MPTP Parkinson`s病模型的运动及认知障碍的作用强于烟碱。动物实验证实烟碱受体的激动药可增加猴MPTP Parkinson`s病模型的认知能力，而且这种作用可被脑中注射α-银环蛇毒素、二氢刺酮定（dihydro-β-erythroidine ）、甲基牛扁亭所阻断[ 13 ]。β2亚单位基因敲除的鼠有一定的记忆障碍，而且消失了烟碱对记忆的改善作用[ 20 ]。基础实验也证实了这些临床和对动物的作用可能与烟碱受体的激动药使NE 、5-HT 、DA 、ACH 等神经递质的释放有关。这些神经递质均参与了学习记忆、注意力及执行功能等活动；而且与调节脑功能及信息储存有关的谷氨酸神经递质的释放有联系。

2．镇痛

早在1932年Davis 报道了烟碱的镇痛作用。一直到1992年Daly 发现了蛙皮生物碱Epibatidine ，其镇痛作用强于吗啡200倍后引起了重视[ 16 ]。Bannon 报道了ABT-594有良好的镇痛作用，不良反应小。ABT-594的镇痛作用可被鞘内注射毒蕈碱、5HT 或α-肾上腺素受体的拮抗药而使动物的NE 及5HT 秏竭后下降或消失, 说明ABT-594的镇痛作用与烟碱受体兴奋后的多种神经递质释放参与有关[ 21 ]。脑干直接注入烟碱也有镇痛作用，推测烟碱的镇痛作用部分可能与起于大缝核的下行抑制通路的激活有关[ 2 ]。

3．多动症（Attention deficit hyperactivity disorder ADHD ）

目前ADHD 的治疗用苯丙胺、匹莫林、哌醋甲酯等中枢兴奋药，其疗效与增加中枢内的DA 释放有关。ABT-418贴片可显著的改善ADHD 患者的症状，作用机制可能与烟碱类激动药可促使DA 释放，改善认知能力有关[ 22 ]。 特别是用于儿童多动症的治疗时，可减少抑制儿童生长等不良反应。

4．戒烟

烟碱有较强的精神依赖性，吸烟一支后血浆烟碱浓度可达15-40 ng /ml，而且血浆烟碱浓度下降很快。成瘾者会通过吸烟来维持这个烟碱血浓度。成瘾是一个复杂的涉及奖罚、强化等行为。中脑边缘系统及伏膈核等部位的多巴胺系统对烟碱的强化也起重要作用[ 1 ]。现用的烟碱口香糖及贴片替代疗法用于戒烟，但疗效不满意，成瘾者不易克服各种精神上的紊乱。第二代的替代疗法是用鼻吸入烟碱法。该替代疗法的烟碱药代动力学与吸烟时相似。该替代疗法结合给予非烟碱类的烟碱受体激动药如洛贝林（Lobeline ）及拮抗药美加明(Mecamylamine)已用于三期临床试验。双盲试验显示这种疗法优于对照组。在用拮抗药期间，可预防烟碱的强化作用，从而减轻撤药反应[ 23 ]。

5．其他

流行性调查显示精神分裂症病人也有吸烟的倾向，停止吸烟后精神分裂症症

3状会加重[ 24 ]。H-烟碱的脑内结合试验显示精神分裂症病人的脑烟碱受体数水平

低[ 25 ]。研究也发现精神分裂症病人的听觉诱导电位P50的阈值下降。烟碱类激动药可提高听觉诱导电位P50的阈值。由于激动药可使受体脱敏，药物只有短期的效果。但 GTS-21(一个α7亚型受体的部分激动药) 重复使用有一定疗效。烟碱的抗焦虑的作用常与停吸烟时的焦虑相混淆。动物实验证实烟碱及其同类物ABT-418、ABT-594有抗焦虑的作用，作用弱于苯二氮卓类，但没有苯二氮卓类的镇静和肌松等副作用[ 26 ]。有报道抑郁病人也有用吸烟来缓解抑郁症状，这可能与烟碱受体激活后增加NE 、5-HT 、DA 释放有关，显示其抗抑郁的机制与抗抑郁药有相似之处，近期报道烟碱亚型受体激动药SIB-1508Y 有抗抑郁的作用

[ 27 ]。图雷特（Tourette`s）综合征的临床表现为抽搐并带有秽亵言语。目前临床用氟哌啶醇治疗有效，但锥体外系不良反应大。临床试验显示用烟碱口香糖及贴片可以缓解患者的症状[ 28 ]。

四．结束语

从药理角度看，脑内神经元烟碱亚型受体及其配基的研究是分清烟碱复杂作用中的某些有害及有利作用的关键问题。由于近年来分子生物学、免疫学和化学等学科的新技术的应用。对烟碱亚型受体结构和功能的了解，及新的亚型受体有选择性配基的发现均取得一定进展。但仍有许多问题尚待进一步的深入探索、研究及开发。例如，可为烟碱亚型受体功能的了解及为开发选择性配基提供工具的不同烟碱亚型受体转基因动物模型的制作，烟碱亚型受体的选择性拮抗配基的开发及研究，从选择性拮抗性配基中也许可发现有更多的临床应用前途的药物等等。总之，将烟碱亚型受体定为新药研制的靶位极具启发性的[ 2 , 14 ]。脑内神经性烟碱亚型受体及其配基的研究为脑功能的研究又开辟了一个新的领域，有一定的借鉴意义，初步的研究结果显示其前景是令人鼓舞的。

The Research Progresses of Neuronal Nicotinic Receptors in Brain and Their Ligands