雷曉露，陳美云，馬彥巧 綜述，劉曉紅 審校

(遵義醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，貴州遵義 563003)

NOMA等[1]首先在兔竇房結(jié)細胞中記錄到超極化激活的內(nèi)向電流，將其命名為“funny”電流(If)。隨后在神經(jīng)元中也發(fā)現(xiàn)超極化激活的內(nèi)向電流( hyperpolarization-activated current,Ih)。后來研究證實，Ih是由超極化激活環(huán)核苷酸門控陽離子通道( hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels，HCN通道)介導(dǎo)。HCN通道存在4個亞型，主要表達于心臟和神經(jīng)系統(tǒng)。近年越來越多的研究表明，HCN通道的表達及功能異常促進了病理性疼痛的產(chǎn)生，并且HCN通道還與其他一些與傷害性信息傳遞密切相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)/受體相互作用參與病理性疼痛的調(diào)節(jié)。本文就HCN通道與其他一些與傷害性信息傳遞密切相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)/受體相互關(guān)系方面的研究進行回顧，以期深入了解HCN通道參與病理性疼痛調(diào)節(jié)的機制。

1 HCN通道的結(jié)構(gòu)及生理特性

哺乳動物HCN通道家族包含4個亞型(HCN1～HCN4)，主要表達于心臟和神經(jīng)系統(tǒng)。HCN通道屬于孔環(huán)離子通道超家族中環(huán)核苷酸門控離子通道亞群，與其他的孔環(huán)通道相似，HCN通道是由4個亞基圍繞中心孔隙排列而成。HCN通道的每個亞基由3部分組成：跨膜核心區(qū)，細胞內(nèi)氨基(N)-末端和羧基(C)-末端[1]?？缒ず诵膮^(qū)是由6個跨膜ɑ螺旋片段(S1～S6)組成，包括1個帶正電荷的電壓傳感器(S4)及S5和S6之間形成的離子傳導(dǎo)孔區(qū)。細胞內(nèi)(C)-末端部分包含環(huán)核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域(cyclic nucleotide banding domain,CNBD)，cAMP可結(jié)合CNBD調(diào)節(jié)HCN通道的開放，不同亞型HCN通道對cAMP的敏感度依次為：HCN4>HCN2>HCN3>HCN1[2-3]。 HCN通道具有獨特的電壓依賴性，與其他離子通道在細胞膜電位去極化時被激活不同，細胞膜電位超極化是激活HCN通道必要條件，膜電位為-50～-60 mv時，少部分HCN通道開放，當細胞膜電位超級化至-100 mv之后，HCN通道全部被激活開放，允許大量Na+內(nèi)流、少量K+外流，形成一個凈內(nèi)向電流，導(dǎo)致細胞膜電位去極化接近閾電位，并降低膜電阻，促進動作電位發(fā)放，提高細胞興奮性[4-5]。

2 HCN通道與其他神經(jīng)遞質(zhì)/受體相互作用參與病理性疼痛的調(diào)節(jié)

神經(jīng)系統(tǒng)HCN通道在調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性、細胞膜靜息電位、突觸電位、樹突整合、突觸傳遞及單個神經(jīng)元或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動的節(jié)律性中發(fā)揮重要作用。HCN通道功能發(fā)生改變可導(dǎo)致一系列以神經(jīng)系統(tǒng)興奮性異常改變?yōu)樘攸c的疾病如癲癇、腦缺血、焦慮和抑郁及病理性疼痛等的發(fā)生。近年研究發(fā)現(xiàn)，HCN通道廣泛分布于傷害性感覺傳導(dǎo)通路，參與了病理性疼痛的發(fā)生[6-7]。此外，HCN通道還可與其他一些傷害性信息傳遞密切相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)/受體相互作用，參與病理性疼痛的調(diào)節(jié)。

2.1HCN通道與谷氨酸/谷氨酸受體的關(guān)系 谷氨酸是神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其受體分兩類：(1)離子型谷氨酸受體(ionotropic glutamate receptor,iGluR)，分為NMDA型受體和非NMDA受體(包括AMPA受體和KA受體)，iGluR開放后允許K+、Na+和Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致細胞膜去極化，興奮性增高。(2)G蛋白耦聯(lián)的代謝型谷氨酸受體(metabotropic glutamate receptors,mGluR)，目前已克隆到8個亞型(mGluR1～mGluR8)。谷氨酸受體廣泛表達于痛覺傳導(dǎo)通路,其表達及功能改變與病理性疼痛發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。以往對谷氨酸受體在疼痛中作用的研究主要集中于iGluR，近10年mGluR在疼痛中的作用受到越來越多的關(guān)注：VINCENT等[8]發(fā)現(xiàn)完全弗氏佐劑所致的炎性痛大鼠脊髓背角的神經(jīng)元內(nèi)mGlu5受體及c-fos表達升高，mGlu5受體拮抗劑可降低c-fos表達并緩解炎性痛；中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)(periaqueductal gray，PAG)內(nèi)分別給予mGlu1受體拮抗劑CPCCOEt、mGlu5受體拮抗劑MPEP、NMDA受體拮抗劑DL-AP5均可阻斷PAG內(nèi)注射辣椒素誘發(fā)的神經(jīng)痛[9]。

近年研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸受體可通過影響HCN通道功能來調(diào)節(jié)病理性疼痛的發(fā)生、發(fā)展。GAO等[10]研究表明：坐骨神經(jīng)結(jié)扎(CCI)所致的神經(jīng)痛大鼠前扣帶回皮質(zhì)HCN1表達下降， mGluR1表達增加；腦片膜片鉗記錄發(fā)現(xiàn)CCI大鼠前扣帶回皮質(zhì)第5層神經(jīng)元Ih幅度降低，導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性增加，mGluR1拮抗劑及PKC抑制劑均可逆轉(zhuǎn)CCI大鼠Ih幅度的降低及神經(jīng)元興奮性增加；前扣帶回皮質(zhì)微量注射mGluR1-shRNA的慢病毒顆?？娠@著降低CCI大鼠的熱痛敏，而預(yù)先給予HCN通道抑制劑可消除其鎮(zhèn)痛效應(yīng)。可見，外周神經(jīng)損傷時，前扣帶回皮質(zhì)神經(jīng)元mGluR1表達及功能的增強可通過激活PKC信號途徑抑制HCN通道功能，導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性及神經(jīng)痛的發(fā)生。BRAGER等[11]也發(fā)現(xiàn)mGluR1特異激活PLC-PKC信號通路，激活的PKC致使海馬CA1 區(qū)錐體神經(jīng)元HCN1通道的絲氨酸磷酸化，降低HCN1的表達和Ih電流。 此外，TANABE等[12]發(fā)現(xiàn),表達于非洲爪蟾卵母細胞的mGluR2 被激動可抑制腺苷酸環(huán)化酶激活劑 Forskolin 誘導(dǎo)的環(huán)化腺核苷-磷酸(cAMP)生成；中國倉鼠卵巢細胞內(nèi)克隆表達的mGluR3 、mGluR4激動也能產(chǎn)生同樣的效應(yīng)[13]；隨著mGluR6 、mGluR7 和mGluR8 的克隆成功,人們發(fā)現(xiàn)抑制cAMP生成也是這3種受體實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要機制[14]。cAMP也是HCN通道激活的重要調(diào)節(jié)因子，文獻報道:胞內(nèi)cAMP水平升高可導(dǎo)致HCN通道的半數(shù)激活電位(V0.5)向去極化方向偏移，并加快通道激活速度，Ih增強；而cAMP水平下降會產(chǎn)生相反的效應(yīng)[15]。mGluR2～mGluR8能否通過影響細胞內(nèi)cAMP的水平來調(diào)節(jié)HCN通道的開放及Ih電流，進而影響神經(jīng)元的興奮性及傷害性信息傳遞，有待進一步的研究。

此外，近年的研究顯示HCN通道可調(diào)節(jié)神經(jīng)元谷氨酸釋放及谷氨酸介導(dǎo)的突觸傳遞：PAPP等[16]在脊髓薄片電生理實驗中發(fā)現(xiàn)，脊髓背角淺層突觸前HCN2通道激活可促進初級傳入纖維中樞端釋放興奮性遞質(zhì)谷氨酸，導(dǎo)致突觸后神經(jīng)元興奮性增強，促進傷害性信息的傳遞；海馬薄片膜片鉗實驗顯示，HCN通道拮抗劑ZD7288可抑制海馬苔蘚纖維-CA3突觸傳遞，ZD7288還可減弱CA3區(qū)神經(jīng)元由NMDA 及 AMPA 受體介導(dǎo)的興奮性突觸后電流，也提示海馬苔蘚纖維HCN通道的激活可促進谷氨酸釋放[17]。機體組織受損時痛覺傳導(dǎo)通路中各級感覺神經(jīng)元HCN通道的激活是否均引起谷氨酸釋放，促進病理性疼痛的發(fā)生，還有待證實。

2.2HCN通道與GABA/GABA受體的關(guān)系 GABA為中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要的抑制性遞質(zhì)，其受體分為GABAA、GABAB和GABAC 3種亞型。GABAA受體是配體門控離子通道，開放后允許Cl-內(nèi)流；GABAB屬G蛋白耦聯(lián)受體，激活后導(dǎo)致Gi/oα蛋白活化，抑制腺苷酸環(huán)化酶(adenylyl cyclase,AC)活性，降低胞內(nèi)cAMP的濃度，還可耦聯(lián)Gi/oβγ蛋白抑制電壓門控Ca2+通道和內(nèi)向整流K+通道；GABAC受體僅分布于視網(wǎng)膜。GWAK等[18]發(fā)現(xiàn)幼鼠鞘內(nèi)注射GABAA拮抗劑荷包牡丹堿和GABAB受體拮抗劑法克羅芬均可誘發(fā)顯著的機械痛敏；相反，鞘內(nèi)給予GABAA受體激動劑蠅蕈醇、GABAB受體激動劑巴氯芬能減弱脊髓損傷引起的后爪機械痛敏，這說明GABA及其受體在疼痛傳遞過程中發(fā)揮了重要的鎮(zhèn)痛作用。

最近的研究顯示，HCN通道可調(diào)節(jié)GABA能神經(jīng)元釋放GABA：ZHANG等[19]發(fā)現(xiàn)，杏仁核內(nèi)給予ZD7288對外周神經(jīng)損傷所致神經(jīng)痛的鎮(zhèn)痛作用與促進杏仁核抑制性中間神經(jīng)元釋放GABA有關(guān)；TATENO等[20]研究表明，乙醇可通過增強中腦黑質(zhì)抑制性中間神經(jīng)元Ih電流而調(diào)節(jié)GABA的釋放，繼而影響突觸后多巴胺能神經(jīng)元釋放多巴胺。各級感覺神經(jīng)元HCN通道的功能改變是否都能調(diào)節(jié)GABA的釋放，進而調(diào)制病理性疼痛的發(fā)生、發(fā)展，有待于進一步驗證。

2.3HCN通道與大麻素/大麻素受體的關(guān)系 大麻素是一種重要的神經(jīng)活性物質(zhì)，參與了機體多種生理及病理過程的調(diào)節(jié)。大麻素受體分為CB1受體(cannabinoid receptor 1,CB1R)和CB2受體(cannabinoid receptor 2,CB2R)。CB1R廣泛表達于與傷害性信息傳導(dǎo)密切相關(guān)的各級感覺神經(jīng)元，CB2R主要表達于免疫細胞及神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細胞。以往研究顯示，大麻素類物質(zhì)對多種病理性疼痛均可產(chǎn)生顯著的鎮(zhèn)痛作用，CB1R和CB2R介導(dǎo)其鎮(zhèn)痛效應(yīng)[21-22]。CB1R和CB2R均為G蛋白耦聯(lián)受體，可激活多重細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：與Gi/o蛋白的α-亞基結(jié)合，可抑制AC活性，胞內(nèi)cAMP生成減少，隨后降低PKA磷酸化[23]；但在一些特殊情況下，CBR可與Gs蛋白耦聯(lián)，發(fā)揮相反的效應(yīng)，AC活性上調(diào)，胞內(nèi)cAMP濃度升高；還可結(jié)合Gi/o蛋白的βγ-亞基，可活化有絲分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和磷脂酰肌醇-3激酶，促進A型K+通道開放，并可使L、N、P、Q型電壓依賴性Ca2+通道關(guān)閉，胞內(nèi)Ca2+濃度降低[23]。

最近，MAROSO等[24]發(fā)現(xiàn)CB1R活化可激活海馬CA1區(qū)錐體細胞層錐體細胞的HCN通道，增強Ih電流，干擾LTP的形成及空間記憶功能。CB1受體激活最常見信號通路是：與Gi/o蛋白α-亞基耦聯(lián)，抑制AC活性，導(dǎo)致胞內(nèi)cAMP降低[25]。但在MAROSO等[24]的研究中，CB1R激活耦聯(lián)Gi/o蛋白的βγ-亞基，激活 MAPKs的JNK通路，JNK通過提高一氧化氮合酶的活性來升高細胞內(nèi)cGMP濃度，促進HCN通道開放，增強Ih電流。以往研究顯示，CB1R和HCN通道在病理性疼痛的產(chǎn)生中起重要調(diào)節(jié)作用，并且二者均廣泛表達于痛覺傳導(dǎo)通路的各級感覺神經(jīng)元。在DRG神經(jīng)元，CB1R激活可通過抑制AC活性及PKA磷酸化而減弱瞬時受體電位香草酸受體1誘發(fā)的電流[26]、抑制NMDA誘發(fā)的背根節(jié)神經(jīng)元Ca2+內(nèi)流[27]。各級感覺神經(jīng)元CB1R是否與Gi/o蛋白α-亞基耦聯(lián)，影響AC活性及胞內(nèi)cAMP水平，進而調(diào)節(jié)HCN通道功能，調(diào)制病理性疼痛的發(fā)生、發(fā)展，有待進一步研究。

2.4HCN通道與PGE2/受體的關(guān)系 前列腺素(prostaglandin，PG)是存在于動物和人體的一類不飽和脂肪酸組成的、具有多種生理作用的活性物質(zhì)。前列腺素分為A、B、C、D、E、F、G、H、I等類型，其中PGE2是最為重要的炎性介質(zhì)，PGE2受體有4種亞型(EP1～4)，均為G蛋白耦聯(lián)受體[28]，不同亞型受體經(jīng)不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑發(fā)揮作用：EP1活化后通過促進肌酸磷酸代謝及Ca2+內(nèi)流發(fā)揮作用；EP2和EP4激活后可增強AC的活性，導(dǎo)致細胞內(nèi)cAMP濃度升高；而EP3激活后抑制AC的活性，降低細胞內(nèi)cAMP的水平[29]。PGE2在炎性刺激的局部可迅速產(chǎn)生，通過提高胞內(nèi)cAMP水平及PKA活性，增強傷害性信息的傳入，促進炎性反應(yīng)及痛敏形成[30]。

研究表明PGE2可促進HCN通道開放、增強Ih電流，促進病理性疼痛的發(fā)生、發(fā)展： PGE2可促進豚鼠結(jié)狀節(jié)及三叉神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元HCN通道開放，增強Ih電流[31]；RESTA等[32]的研究表明，PGE2可通過升高cAMP濃度促進DRG神經(jīng)元HCN通道開放及Ih電流，增加初級感覺神經(jīng)元的興奮性，促進熱痛敏形成。最近,SUN等[33]發(fā)現(xiàn)PGE2調(diào)節(jié)HCN通道功能參與了蜂毒誘發(fā)的炎性痛：蜂毒炎性痛大鼠DRG大型神經(jīng)元HCN1與HCN2表達增加，Ih電流密度及神經(jīng)元興奮性增強；PGE2可以增加大型DRG神經(jīng)元的興奮性及Ih電流；蜂毒炎性痛大鼠DRG大型神經(jīng)元環(huán)氧合酶-1(Cox-1)表達升高，Cox-1抑制劑吲哚美辛可抑制蜂毒誘導(dǎo)的大型DRG神經(jīng)元HCN1、HCN2表達及Ih電流；吲哚美辛和ZD7288均可緩解蜂毒誘導(dǎo)產(chǎn)生的炎性痛?？梢姡涠菊T導(dǎo)的Cox-1活性增強導(dǎo)致的PGE2生成促進了HCN通道開放及增強Ih電流，導(dǎo)致DRG神經(jīng)元興奮性增加，促進炎性痛的發(fā)生、發(fā)展。

2.5HCN通道與阿片肽/阿片受體的關(guān)系 內(nèi)源性阿片類物質(zhì)主要有強啡呔、腦啡呔、內(nèi)啡呔和內(nèi)嗎啡呔，參與了機體多種生理功能的調(diào)節(jié)。阿片受體屬于G蛋白耦聯(lián)受體，神經(jīng)系統(tǒng)主要存在4種亞型：μ、κ、δ、σ。阿片受體廣泛分布于腦、脊髓、DRG等部位，在疼痛傳導(dǎo)過程中發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用，阿片受體的表達及功能改變與病理性疼痛發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[34-36]。阿片受體激活可抑制AC的活性，使Ca2+內(nèi)流減少、K+外流增加，抑制突觸前膜P物質(zhì)等興奮性遞質(zhì)的釋放，導(dǎo)致突觸后膜超級化，發(fā)揮鎮(zhèn)痛效果[37]。

HCN通道與阿片肽/阿片受體在傷害性信息的產(chǎn)生與傳遞中也存在著相互影響。INGRAM等[38]發(fā)現(xiàn)阿片類物質(zhì)自身對結(jié)狀節(jié)神經(jīng)元Ih沒有調(diào)節(jié)作用，但可逆轉(zhuǎn)腺苷酸環(huán)化酶激活劑forskolin對Ih的增強作用，而在cAMP類似物存在時，此效應(yīng)消失，納洛酮可阻斷阿片類物質(zhì)的作用，說明阿片受體是通過抑制AC活性來抑制HCN通道及Ih電流，降低神經(jīng)元興奮性。而VASILYEV等[39]的研究表明，阿片受體激動劑洛哌丁胺抑制Ih發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用與阿片受體無關(guān)：洛哌丁胺致使培養(yǎng)的大鼠DRG神經(jīng)元HCN通道激活曲線向超級化方向偏移，降低Ih電流幅度；阿片受體拮抗劑納絡(luò)酮不能逆轉(zhuǎn)洛哌丁胺對Ih電流的抑制作用，說明洛哌丁胺抑制Ih發(fā)揮鎮(zhèn)痛效果不是通過阿片受體活化。隨后觀察到：胞內(nèi)給予洛哌丁胺不影響Ih的動力學(xué)及振幅，而胞外應(yīng)用洛哌丁胺時Ih的激活動力學(xué)與Ih半數(shù)激活電位(V0.5)變化明顯。該結(jié)果顯示洛哌丁胺的結(jié)合部位在胞外，通過直接結(jié)合HCN通道抑制Ih電流發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[40]。這可能也是阿片類物質(zhì)抑制HCN通道發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用的新機制。

2.6HCN通道與腺苷三磷酸(ATP/P2)受體的關(guān)系 細胞內(nèi)ATP是機體的儲能、供能物質(zhì)，而細胞外ATP是一種具有廣泛生理作用的神經(jīng)遞質(zhì)或調(diào)質(zhì)。ATP及其分解產(chǎn)物所結(jié)合的受體稱為“嘌呤受體”，分為腺苷受體(P1受體)和腺嘌呤核苷酸受體(P2受體)。P2受體又分為離子通道型P2X受體(P2X1-7)和代謝型P2Y受體(P2Y1，P2Y2，P2Y4，P2Y6，P2Y11～15)[41]。近20年的研究發(fā)現(xiàn)ATP/P2受體與感覺尤其是痛覺傳導(dǎo)密切相關(guān)，多種傷害性刺激均可引起受損細胞釋放ATP，ATP激活P2受體參與病理性疼痛的調(diào)節(jié)：組織損傷時，與傷害性信息傳導(dǎo)相關(guān)部位的神經(jīng)元或膠質(zhì)細胞P2受體表達及功能發(fā)生改變，給予P2受體激動劑或拮抗劑可促進或抑制病理性疼痛的發(fā)生、發(fā)展[42-43]。

三叉神經(jīng)中腦核是傳遞口面部本體感覺信息的初級神經(jīng)元所在部位,近年研究顯示嘌呤P2受體可能調(diào)節(jié)三叉神經(jīng)中腦核HCN通道功能：KHAKH等[44]的研究顯示P2X受體激活可抑制三叉神經(jīng)中腦核神經(jīng)元Ih電流，該效應(yīng)可被鈣離子螯合劑BAPTA反轉(zhuǎn)，提示P2X受體激活所致的Ca2+內(nèi)流可能參與了P2X受體對Ih電流的抑制效應(yīng)；HUANG等[45]采用腦片全細胞膜片鉗記錄發(fā)現(xiàn)P2Y受體激動劑ADP-β-s可促進三叉神經(jīng)中腦核神經(jīng)元Ih電流向去極化方向偏移，該效應(yīng)可被P2Y1受體選擇性拮抗劑MRS2179阻斷，說明P2Y1受體激活可增強HCN通道功能，導(dǎo)致三叉神經(jīng)中腦核神經(jīng)元興奮性增高，但P2Y1受體調(diào)節(jié)HCN通道功能的機制尚不清楚。鑒于P2Y1受體激活可通過多條信號通路發(fā)揮效應(yīng)：P2Y1受體激活可提高細胞內(nèi)cAMP水平[46]；可激活磷脂酶C/三磷酸肌醇/Ca2+/PKC途徑[47]，文獻也報道PKC可調(diào)節(jié)HCN通道表達及功能[48]，P2Y1受體調(diào)節(jié)三叉神經(jīng)中腦核HCN通道功能的機制究竟通過何種信號通路，有待證實。此外，P2受體與HCN通道廣泛表達于痛覺傳導(dǎo)通路各級神經(jīng)元，P2受體能否通過調(diào)節(jié)HCN通道功能進而影響神經(jīng)元的興奮性及傷害性信息傳遞，有待進一步研究。

3 展 望

綜上所述，HCN通道的表達及功能異常促進病理性疼痛的發(fā)生與維持，同時HCN通道與其他一些與疼痛密切相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)/受體存在著復(fù)雜的調(diào)節(jié)關(guān)系，它們之間的作用或相互促進、或相互拮抗，共同調(diào)節(jié)疼痛的發(fā)生與發(fā)展。由于HCN通道在病理性疼痛的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，HCN通道有望成為治療疼痛及開發(fā)新型鎮(zhèn)痛藥的靶點。

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