5-HT_6R信号转导通路及在物质成瘾研究中的新进展_高菲菲.pdf

基金项目：国家自然科学基金项目（，）；中国博士后基金（）；陕西省自然科学研究计划项目（）通信作者：张玉向，：；阎春霞，：综述 信号转导通路及在物质成瘾研究中的新进展高菲菲，杨茜茜，高靖麒，于东玉，陈振楠，张玉向，阎春霞，（.西安交通大学医学部法医学院，西安；.西安交通大学中国西部科技创新港生物证据研究院，西安）摘要：羟色胺受体 （，）是 羟色胺受体（，）家族中的一员，主要分布于脑内。通过与不同 蛋白偶联，介导细胞内的信号通路，进而在疼痛、认知记忆和物质成瘾中发挥调控作用。本文综述了 在脑神经内亚细胞定位、新发现的信号转导通路（包括、和）、体内对多种生物学过程及物质成瘾记忆调控，以期为深入研究 调控物质成瘾机制和促进成瘾靶向治疗提供新的思路。关键词：；受体信号通路；学习记忆；物质成瘾中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，（.，；.，）：（）（），（，），：；羟色胺是一种存在于血清和中枢神经系统的神经递质，通过与不同 结合发挥广泛的生理作用。哺乳动物 根据其功能、细胞内通路和序列同源性分为 类 种亚型，其中 属于 蛋白偶联型受体（，）。在人类和啮齿类动物中，蛋白和 主要表达在前额叶皮层（，）、伏隔核（，）、尾壳核、海马、杏仁核及下丘脑中。近年，随着 激动剂和拮抗剂等药理学、病毒载体、显微成像等研究工具的发展，进一步丰富了 的研究思路。通过与胞内不同 蛋白（、和）偶联，介导不同的信号通路，参与调节人和动物的情绪、疼痛、学习记忆、饮食、睡眠、奖赏等过程。目前 被证明可能是改善阿尔兹海默病、癫痫、物质成瘾等中枢神经系统疾病的潜在生物学靶点，但其在不同疾病状态下作用的分子机制仍不是十分清楚。近年来，国内外科学家在神经受体信号转导机制的研究中取得重要进展，提出新的观点和思路。本文综述了 信号转导机制及中国药物依赖性杂志（），（）：其在物质成瘾调控研究中的新进展，以期为物质成瘾的预防及特异性治疗提供新策略。功能及其经典信号转导通路.亚细胞定位与功能 主要定位于脑内神经元胞体、树突和神经元初级纤毛的胞膜上，与其他六类 不同，是唯一分布于神经元初级纤毛的。通 过 调 控 乙 酰 胆 碱（，）、谷 氨 酸（，）和 氨 基 丁 酸（，）的传递，调节脑内兴奋性和抑制性信号，参与学习和记忆过程。相关行为学研究证实，拮抗剂可改善学习和记忆能力，且已被开发为药物进行临床试验；但对于激动剂的研究出现差异，有研究发现激动剂会损害大鼠的记忆行为，另有研究认为 激动剂与拮抗剂有相似的功能，可改善动物模型学习和记忆水平。最近研究发现 敲除小鼠出现认知障碍，而将外源性 转入到敲除小鼠海马后，小鼠认知水平又得到改善。这些结果提示 在脑神经疾病中存在重要的作用。.的经典信号转导通路 属于 家族，包含 个跨膜结构域，其中羧基端结构域是受体分子与胞内信号分子作用的功能域。介导的经典通路有 通路、通路和 信号通路。介导的信号通路见图。图 介导的信号通路环磷酸腺苷（，）蛋白激酶（，）反应元件结合蛋白（，）通路是最早发现的、经典的 信号转导通路。脑内 与 结合后，使得细胞内第二信使 表达增加，进而激活。活化的 进入胞核后，促进核内转录因子 磷酸化，激活下游靶基因转录，促进神经细胞的再生、分化，调节突触可塑性，因而对机体学习记忆过程产生重要意义。等研究发现，将 完全性激动剂 给予 小鼠和 大鼠，可显著增强实验动物的记忆水平，且 呈浓度依赖性地增加 表达；当同时给予 选择性拮抗剂 后，所诱导的记忆增强和 水平被完全逆转，提示 可能通过 通路参与学习记忆过程。等发现和证明 介导 原癌基因（，）细 胞 外 信 号 激 酶（，）信号通路。的 端与 的 结构域结合，通过磷酸化 位点，活化抗听源性癫痫发作基因（，）白血病病毒性 癌 基 因（，）通路，从而发挥神经生物学作用；还可使微管相关蛋白（，）磷酸化，但这两种蛋白质是否同时与 相互作用以及它们是否互相影响仍需进一步探究。实验研究显示 分子在学习和记忆形成过程中具有重要的作用。运用 拮抗剂 可激活 介导的 通路，增加突触可塑性相关的 受体和 的表达，从而发挥抗癫 痫 和 改 善 癫 痫 合 并 认 知 障 碍 的 作 用。等研 究 发 现 家 族 激 酶 抑 制 剂 可有效抑制，并恢复 转基因小鼠的空间记忆缺陷和突触缺失。这些研究结果表明，是改善学习和认知能力的候选靶点。活化域结合蛋白（，）通路是由 等人 年发现。激活 后，其胞内第 环和 端可直接活化偶联的，促进 转位到细胞核，引起 氨基末端激酶（，）及 磷酸化，参与突触可塑性的调控。突触可塑性改变是学习记忆的生物学基础，研究证实 拮抗剂 可通过抑制 通路，从而改善癫痫大鼠的学习记忆能力，然而其机制仍有待澄清，未来可以通过 等基因编辑技术进一步验证。中国药物依赖性杂志（），（）：新发现的 信号通路.信号通路哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（，）是丝氨酸 苏氨酸蛋白激酶，主要形成两个结构和功能上截然不同的复合物，分别称为 复合物（，）和 复合物（，），其中 调节细胞生长和代谢，控制细胞增殖和存活。研究表明，参与多个信号通路，通过与磷脂酰肌醇激酶（，）蛋白激酶（，）结节性 硬 化 症 复 合 物 亚 基，（，）脑 同源蛋白（，）通路及 之间物理相 互 作 用 的 双 重 机 制 招 募 并 激 活，活化的 通过影响转录和蛋白质合成而最终调控细胞的增殖、自噬和凋亡。介导的 通路在认知功能中起重要作用。拮抗剂在情景记忆、工作记忆和其他一些学习记忆测试中均有改善效果，是通过增加齿状回中多聚唾液酸神经细胞黏附因子免疫反应神经元的数量，抑制 表达来发挥作用。通路也被证实在癫痫、抑郁症等精神疾病中发挥功能，这些结果为该通路调控物质成瘾提供了证据支持。.信号通路周期蛋白依赖性激酶（，）是周期蛋白依赖性激酶家族中的一个独特成员，在中枢神经系统发育中对神经元迁移、分化、突触形成、记忆巩固等方面具有重要作用。分子 端结构域可直接招募 蛋白，以激动剂非依赖性的方式与之结合，同时还可招募并激活 通路，通过诱导 激活剂 的表达来激活 通路，因此认为 介导的 信号影响神经元迁移等神经发育过程可能涉及双重机制。与细胞周期蛋白依赖性激酶家族的经典成员不同，通常情况下 在细胞周期中是沉默的，当神经元受到病理因子刺激时，才被过度激活，导致淀粉样前体蛋白、蛋白、神经丝等多种 底物过度磷酸化、神经原纤维缠结形成等，进而引起阿尔茨海默病等神经退行性疾病；利用 干扰等方法抑制 活性可防止记忆衰退和神经元细胞丧失，其机制是通过抑制 淀粉样蛋白诱导的神经毒性和 病变。近年研究表明，功能失调也与突触异常、神经元细胞凋亡、线粒体功能障碍和细胞周期的重新激活有关，这些结论都为 信号通路参与物质成瘾过程提供证据支持。.信号通路神经肿瘤腹侧抗原（，）是中枢神经系统特异性的 结合蛋白，在大脑中广泛表达，作为神经元剪接调节因子介导 受体、多巴胺 受体（，）、促性腺激素释放激素 的可变剪接，参与 加工及突触传递。尽管 和 具有不同的亚细胞定位，但在细胞内外，和 之间均可发生相互作用。研究显示，过表达 促进 从细胞核向细胞质的易位，从而抑制其剪接活性；相反，过表达，则可促进 的蛋白酶体降解，从而削弱 的活性和稳定性。既往研究显示，下丘脑垂体肾上腺轴的紊乱可影响 和 的表达水平，酵母双杂交实验也证实了二者存在直接结合，因此 在调节 介导的信号事件中具有的重要作用。最近研究表明，参与调控神经发育性疾病的发生和发展，也参与缺血再灌注损伤后的神经修复，但是否受到上游的调控尚不清楚，值得进一步研究。调控物质成瘾分子机制研究进展 和 蛋 白 质 多 分 布 于 多 巴 胺（，）能神经元末梢密集支配的脑区，这些脑区与学习记忆、奖赏、成瘾等功能密切相关。成瘾是一种病理性的学习记忆，成瘾戒断后强烈而顽固的负性情绪记忆是产生复吸的重要原因之一。随着 药理学工具的发展，已有大量研究表明，参与可卡因、甲基苯丙胺、大麻、酒精、尼古丁、吗啡等精神活性物质的成瘾调控。.对可卡因成瘾的调控可卡因是中枢神经系统兴奋剂，是欧美国家年轻人吸食比例很高的毒品，可卡因成瘾已成为严重的全球公共健康问题。整合多种重要的神经化学输入，包括来自中脑的 和 投射，调节毒品奖赏过程。等研究显示，激动剂 可增加可卡因静脉自身给药（，）模型小鼠 和 内 含量，并维持固定比率和渐进比率中的增强效应；拮抗剂 可减弱 的效应，同时降低可卡因引起的 内 含量升高，表明拮中国药物依赖性杂志（），（）：抗 可能是一种可卡因成瘾治疗的策略。研究发现，可调控可卡因成瘾。在可卡因诱导 大 鼠 条 件 性 位 置 偏 爱（，）形成后，基底外侧杏仁核中 和 表达增加；双侧基底外侧杏仁核注射 抑制剂 丁内酯则会抑制 形成，表明 影响大鼠对可卡因线索记忆的巩固，但是否受到上游 的调控尚有待深入研究。.调节甲基苯丙胺成瘾甲基苯丙胺俗称冰毒，成瘾性强，可兴奋中枢神经，滥用会造成精神障碍和认知损伤。近年来使用甲基苯丙胺的人数大幅增长，复吸率也居高不下，已成为严重危害社会治安和公共安全的问题之一。目前普遍认为甲基苯丙胺成瘾与、等神经递质参与的奖赏系统相关。年 等利 用 个 （，和）对日本人群中 例甲基苯丙胺诱发精神病患者和 例对照组进行遗传关联分析，发现 位点与患者密切相关，故认为 可能在日本人群甲基苯丙胺诱发精神病的病理生理学中起到重要作用，这为 在甲基苯丙胺诱导精神疾病中的作用提供了科学证据，未来需进一步探究其下游作用机制，可能成为开发甲基苯丙胺依赖药物的有用靶点。.调节大麻成瘾大麻是目前全球流行的毒品之一，研究表明，青春期滥用大麻会增加日后出现精神分裂样症状和神经 认 知 改 变 的 风 险。四 氢 大 麻 酚（，）是大麻的主要精神活性成分，在青春期长期给予大鼠，可导致成年期行为改变和认知缺陷。等使用出生后 小鼠，建立 诱导的青春期慢性大麻滥用模型，结果发现小鼠 中 信号通路分子持续激活，能和 能突触传递发生改变，影响 层 突 触 的 长 时 程 抑 制（，），待进入成年期后，小鼠新物体识别、社交认知和社会辨别发生明显缺陷，而这些改变均可通过青春期给予 拮抗剂 或 抑制剂雷帕霉素来预防；但在成年阶段阻断 信号通路则不能改善认知，而且这种基于早期给予 拮抗剂的治疗策略比使用 抑制剂的阻断更有效，故可将 作为治疗大麻成瘾的有效靶点。.调节酒精成瘾既往研究表明，酒精成瘾与、等系统相关。在酒精成瘾的机制研究中，发现 基因敲除小鼠对酒精共济失调和镇静作用的反应降低，但代谢过程与野生型小鼠无明显差异，这些发现提示 有助于 能对酒精反应的影响，但不能排除酒精耐受性在其中的作用。等进一步应用一种高效和高选择性 拮抗剂化合物 研究，发现其可显著降低大鼠每日酒精消耗量，并拮抗酒精所产生的镇静和共济失调效应，但它的作用只在慢性处理后才明显，这可能是通过阻断酒精诱导的脑运动皮层中 能和去甲肾上腺素能神经递质的释放来发挥作用。总的来说，拮抗剂的慢性治疗不仅可减少酒精依赖者的过度饮酒，还可减轻酒精对运动的影响，因此，拮抗剂可能是治疗酒精依赖的一种潜在的治疗策略。.调节尼古丁成瘾尼古丁是烟草的主要成分，全球吸烟者数量庞大，吸烟者一旦产生依赖，很难成功戒烟。由于 在学习记忆和物质成瘾中的作用被逐渐挖掘，激发了研究者对其在尼古丁成瘾中功能的研究。研究发现 拮抗剂 可剂量依赖性地降低尼古丁诱导的行为敏化；另一种选择性 拮抗剂 会影响 大鼠对尼古丁的寻求行为，在尼古丁自身给药模型中，可有效减少 大鼠的自身给药量。这些结果增加了 作为控制尼古丁成瘾可行性靶点的证据，未来有必要进一步了解 在成瘾中的作用，并深入研究其作用通路。.调节吗啡成瘾阿片类药物吗啡是目前临床上最有效的镇痛药之一，但因其显著的依赖性和耐受性使临床应用受到诸多限制，同时也是毒品成瘾中最常用的药物。等通过蛋白质组学研究发现，与 相互作用，改变初级纤毛长度和树突形态，影响记忆和认知，提示 与神经元骨架蛋白重排和突触可塑性之间具有重要联系。也可通过 及 通路调节神经细胞生长和结构可塑性等神经生物学过程。这些结果提示