作者：刘鹤曹君利
作者单位：徐州医学院江苏省麻醉学重点实验室&江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室，221004
221004，徐州医学院江苏省麻醉学重点实验室&江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室;徐州医学院附属医院麻醉科
国际麻醉学与复苏杂志2013，34(10)
摘要：
背景：
组织酸化是炎症、缺血/缺氧、骨质破坏等多种疼痛条件下的共同病理特征。酸敏感离子通道(acid-sensingionchannels，ASICs)是一类兴奋性阳离子通道，表达在神经系统，可直接被细胞外质子激活，介导组织酸化所致的伤害性感受。
目的：
以ASICs为疼痛治疗靶标，将为疼痛治疗提供一条新途径。
内容：
综述ASICs参与组织酸化所致伤害性感受的相关研究。
趋向：
近年来，研究发现ASICs在介导组织酸化所致伤害性感受过程中发挥重要作用，以ASICs为靶点，将为开发新型镇痛药物和疼痛治疗提供新思路。
pH是反映机体内环境酸碱程度的重要生理指标，其常伴随机体功能异常而改变。在各种生理和病理条件下，如组织炎症、缺血/缺氧、感染，骨折所引起的血肿、关节炎性水肿和恶性肿瘤，细胞外质子浓度都升高，且这些生理和病理条件都会使机体产生疼痛，提示局部组织酸化与这些疾病和与疾病相关的疼痛和痛觉过敏有根本联系。Lindahl等研究证实酸性溶液作用于皮肤可引起疼痛，且疼痛程度随酸性溶液pH值的降低而增强。我们已知疼痛信号由感觉神经元亚群的神经末梢产生：这些神经元胞膜上有各种离子通道和受体的表达，能感受有害的细胞外信号，并将其转变为动作电位，介导疼痛信号的产生和转导，这一神经元亚群被称为伤害性感受器。外周伤害性感受器可以感受到机体局部组织pH的降低，并以去极化方式对这些改变做出反应，这一反应特征为存在质子门控通道提供了起初的理论依据。1980年，Krishtal等先在神经细胞膜上记录到一种可以被质子激活的电流，并认为细胞膜上可能存在质子受体，其研究为质子门控通道提供了重要的实验依据。直到1997年，Waldmann和Caterina等分别在世界上首初次克隆出两种通道蛋白：酸敏感离子通道(acid-sensingion channels，ASICs)和瞬时感受器电位(transient receptorpotential，TRP)离子通道，人们才逐渐开始认识质子门控通道。TRP离子通道家族中瞬时受体电位香草酸受体1(transientreceptor potential vanilloid subfamily member 1，TRPV1)除可以被质子激活外，还被细胞外热和多种化学刺激物激活，提示其反应的多模式特性，且TRPV1的激活需要较低的pH值(<5．9)；与之比较，ASICs可以被相对缓和的pH值(6．5～6．9)激活，免疫组化也证实ASICs比TRPV1有更广泛的分布，因此，ASICs在感受机体组织pH变化，尤其在组织酸化引起的疼痛过程中具有更普遍意义。本文就ASICs参与组织酸化引起酸性伤害性感受的有关研究进展作一综述。
1 ASICs结构与功能
ASICs是一类可以被细胞外质子激活的钠离子选择性通道，属于表皮钠通道/退化蛋白家族，由4个功能基因asic1、asic2、asic3、asic4编码，其转录产物分别为ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3、ASIC4等至少6个亚单位，可以被质子激活或调节其他亚单位。ASICs共同的结构特征为2个跨膜结构域，1个富集半胱氨酸的细胞外结构域和一小部分保守氨基酸模序。人和大鼠的大多数亚单位序列具有高度同源性，然而ASIC3的序列差异具有统计学意义。
因剪切变异体的不同，ASICs不同亚单位在机体分布和功能表现出差异：ASIC1a、ASIC2a和ASIC2b分布相对广泛，在中枢和外周都有表达；ASIC3在背根神经节(dorsal root ganglion，DRG)和脊髓中大量表达，但在啮齿动物脑中分布少。ASIC1a是先被证实的具有酸敏感特性的ASICs，其pH50为6．1～6．8，产生可以被阿米洛利所阻断的快速失活的短暂电流。ASIC1a去敏化pH50约7．3，但在持续酸化条件下如炎症时也处于去敏化状态，且ASIC1a受细胞外Ca2+浓度的调节。ASIC1b是ASIC1序列的剪接变异体，其pH50为5．1～6．3，去敏化pH50约6．7，可以被比激活ASIC1a更低的pH所激活，ASIC1b电流可被锌离子抑制。ASIC2a是先在人和大鼠中被克隆ASICs亚单位，pH50<5．0，其可能参与机械性感觉。ASIC2a是ASICa的剪接变异体，可与其他ASICs亚单位构成异源通道，而不能构成有功能的同源通道，可能是一种调节亚基；ASIC2b的分布与ASIC2a重叠，广泛分布于中枢和外周神经系统，与其他亚单位形成的异源复合物分布于舌乳头，可以感知与酸味物质有关的pH变化。ASIC3的pH50相对缓和，约6．2～6．5，其被激活后可以产生伴有持续性非去敏化的双相电流，参与感知特殊组织的代谢状态；大鼠的ASIC3主要分布在感觉神经元上，而在人类分布更广泛。ASIC4主要分布在脑和脊髓中，但目前对其研究甚少。
2 ASICs介导局部组织酸化引起的疼痛伤害感受及其机制
2．1炎性痛
ASICs在外周和脊髓伤害传导通路的广泛分布和这些通道的质子门控特性证实：在炎症和组织损伤过程中，ASICs在伤害感受尤其是酸伤害感受中起重要作用。
炎症是能被ASICs感受局部组织酸化并引起疼痛的一种病理状态。在炎症和组织损伤过程中，由于细胞溶解、肥大细胞脱颗粒等而释放大量质子，细胞外局部pH可以降低至5．4，且实验疼痛模型中也检测到ASICs亚单位表达。大量实验证实ASICs参与炎性疼痛伤害感受：如炎症过程中，ASICs亚单位在DRG中的表达增加。在完全弗氏佐剂(complete Freund’s asdjuvant，CFA)诱导的大鼠后足炎性痛模型中，注射同侧DRG神经元中ASIC1a/b、ASIC2b和ASIC3 mRNA水平大量增高，且能被非甾体抗炎药阻断并明显减轻酸引起的疼痛。然而，ASIC3基因敲除小鼠的研究得出不一致的结论，这些结果可能的解释，与其他种属动物比较：
①小鼠DRG中ASICs的表达相对较低；
②敲除或沉默的ASICs基因后可能伴随其他代偿机制的出现。
此外，在原代培养的DRG神经元中，加入前炎症介质神经因子、血清素、白介素-1、和缓激肽，这些神经元中表达ASICs的神经元和ASICs样电流幅度都增加。Lazdunski研究组发现：炎症因子可以通过作用于ASIC，编码基因的启动因子增加该通道的表达。他们还发现神经生长因子作用于ASIC3编码基因启动因子的APA1反应元件，通过TrkA/PKC和TrkA/JNK两条信号通路调控ASIC3表达，这些研究从分子水平阐明了炎症因子对ASICs调控机制。一氧化氮，一种在炎症过程中达到高水平的介质，也增加ASICs活性。炎症时炎性渗出液呈高张状态，且高张调节一些参与疼痛感受的离子通道，如FRPV4、TREK-1和ASIC3。炎症的另一个特性是PLA2的表达水平大量增加，PLA2使磷脂水解成AA，Smith等已经证实AA能直接激活ASICs。
FMRF-酰胺(苯丙-甲硫-精-苯丙氨酸多肽)本身不存在于哺乳动物，但其结构相关肽类神经肽FF(neuropeptideFF，NPFF)，神经肽AF(neuropeptide AF，NPAF)，和神经肽SF(neuropeptide SF，NPSF)在中枢神经系统大量表达，且NPFF在慢性炎症过程中表达增加。研究发现，FMRF-酰胺及其结构相关肽类NPFF、NPAF、NPSF通过增加ASIC1和ASIC3的峰电位幅度和/或减慢其失活而增强质子门控电流，但对ASIC2a没有影响。因此，通过内源性FMRF-酰胺结构相关肽类调节，ASICs在对伤害性酸反应中发挥作用。然而，FMRF-酰胺结构相关肽类对ASICs的调节所需pH7．4，此时通道处于关闭状态，这些肽类在体条件下如何影响ASICs的功能尚不清楚。
ASICs的基因和药理学研究显示，ASICs抑制剂可治疗部分疼痛：局部或全身使用非选择性ASICs抑制剂可减轻CFA引起的原发性痛觉过敏；注射ASIC3选择性抑制剂APETx2或鞘内注射ASIC3的siRNA可抑制CFA引起的热痛觉过敏以及辣椒素、血清素或福尔马林注射引起的缩足行为；破坏ASIC3显著减轻CFA注射后引起的痛觉过敏。尽管ASICs可作为治疗疼痛的新靶标，但是一些研究发现ASICs功能与两类治疗疼痛的药物非甾体抗炎药和阿片类药物具有部分重叠：非甾体抗炎药通过直接与ASICs结合而抑制ASIC电流，并能抑制炎症引起的ASICs表达。我们已知非甾体抗炎药通过抑制环氧化酶和减少前列腺素合成发挥镇痛、抗炎作用，然而，其通过阻断ASIC或降低ASIC表达在发挥镇痛作用中所占比重尚不清楚。一种ASIC1a特异性抑制剂——南美狼蛛毒素PcTx1中枢使用产生的镇痛作用可被mu受体和δ受体抑制剂所阻断，此外PcTx1增加脑脊液中内源性脑腓肽水平，且前脑腓肽基因敲除小鼠，PcTx1的镇痛作用缺失。鉴于PcTx1镇痛耐受的形成与反复多次注射吗啡产生阿片耐受相似，ASICs或许可被用于降低吗啡引起的耐受和成瘾。
然而，目前有关ASICs抑制剂的研究只限于临床前动物实验，尚未有临床研究报道。因此，只有可用于临床试验的ASICs抑制出现，这些抑制剂在治疗炎性疼痛的价值才能确定。
2．2缺血性疼痛
3种疾病以缺血性疼痛为特征：心绞痛、间歇性跛行和镰形细胞性贫血。缺血性疼痛不同于其他形式的疼痛如组织损伤、烧伤或炎症。有研究发现心脏传入纤维上有ASIC3电流产生，提示可能介导缺血性心绞痛。后来研究发现ASIC3表达于93％的心脏交感神经元和74％的心脏副交感神经元，进一步支持同源ASIC3复合体为“心脏ASIC”。Naves和McCleskey等运用逆行示踪和电生理学技术证实：乳酸可以增强ASIC1a和ASIC3所介导的电流，在支配心肌的感觉神经元中，乳酸可以增强ASIC3电流幅度达2倍以上。ASIC3具有更适合的表达方式和生理特征，成为乳酸的探测器，能更好地感受缺血引起的局部组织酸化。心肌缺血伴随细胞内外pH的降低，这种缓和且持续的酸化(pH7．0～6．0)可激活心脏交感伤害性神经元上的ASIC3。缺血条件下一种脂质代谢产物花生四烯酸也增强ASICs的电流幅度。多种蛋白酶在缺血条件下被激活，活化的蛋白酶通过催化ASIC1a调控通道的开放和失活，从而介导缺血引起的疼痛。
2．3骨痛
异常增高的骨破坏吸收是疼痛性骨病的一个标志。这些疾病包括骨质疏松、纤维发育异常、成骨不全和癌症骨转移等。伴有骨转移的癌症患者，骨痛是其共同的并发症。Jahr等研究发现，在人体骨骼中有大量的ASIC2和ASIC3表达在软骨组织中有ASIC1表达。在人类造骨细胞中存在着ASIC1、ASIC2和ASIC3mRNA。这些疾病共同的病理基础是破骨细胞通过质子泵分泌大量的质子破坏骨质，使局部微环境酸化，肿瘤周围的这种酸性环境引起与癌症相关的疼痛。抑制骨质的破坏吸收可以有效地减轻与这些疾病相关的疼痛。
3结语与展望
ASICs分布在与疼痛相关的神经纤维上，能监测局部组织中pH的变化，并产生疼痛伤害感受。这些通道被拮抗剂阻滞产生镇痛作用。虽然ASIC1a和ASIC3的特异性拮抗剂PcTA1、APETx2加速了对ASIC1a、ASIC3功能的研究，但是ASICs其他成员尚缺乏特异性拮抗剂，限制了对其功能的深入研究。结合以前的大量研究结果，ASICs可能比原来认为更复杂的方式影响疼痛伤害感受。因此，我们需要深入研究ASICs在疼痛感受中的作用，以便为疼痛治疗开辟新的途径。