烟碱乙酰胆碱受体作为镇痛靶点的研究进展

诸德源，王一然，蔡国君，徐添颖（第二军医大学 .长海医院，.药学院药理学教研室，上海 200433）

・综述・

烟碱乙酰胆碱受体作为镇痛靶点的研究进展

诸德源a，王一然a，蔡国君b，徐添颖b（第二军医大学 a.长海医院，b.药学院药理学教研室，上海 200433）

烟碱乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）亦称神经型尼古丁受体，在中枢和外周神经系统有广泛表达。该类受体在疼痛的信号调节中发挥重要作用。近几年，人们发现以nAChRs不同亚单位作为靶点的激动剂在多种急性和慢性疼痛模型上显示良好效果，对于发展新型低成瘾性的镇痛药物具有重要的指导意义。nAChRs阳性变构调节剂为进一步提高该类药物的镇痛效能和拓展治疗窗提供了新思路。综述近几年nAChRs与镇痛研究的最新进展，并分析该领域未来的研究热点。

烟碱受体；镇痛；阳性变构调节剂

1 引言

疼痛已成为日益严重的公共健康问题。2011年对欧盟范围的调查显示，16%的人正在承受非癌性疼痛的折磨［1］。目前，阿片类药物和非甾体抗炎药物是最常用的镇痛药物。但这些药物有诸多副作用，如困倦、恶心、呼吸抑制、呕吐、便秘和胃肠道紊乱等［2］。特别是阿片类药物有明显的滥用倾向［3］。患者往往在缓解某种痛苦之后迎来另一种“痛苦”。虽然阿片类药物有强大的镇痛作用，但对某些神经性疼痛效果欠佳［4］。因此，研究者们正在研发高效、低不良反应的疼痛治疗新型药物来代替传统药物。

1.1 烟碱（尼古丁）与镇痛 烟碱乙酰胆碱受体（neuronal acetylcholinergic receptor，nAChRs）是新型镇痛剂的潜在靶点。虽然该类受体的镇痛特性是相对较新的发现，但是烟碱和镇痛作用之间的关系早在16世纪前期就被西班牙历史学家Oviedo y Valdes首先提及［5］。他发现烟草可以缓解梅毒患者的疼痛，但当时烟碱并没有被发现，直到20世纪，当烟碱被分离、提取并应用于动物实验之后，人们才证实烟碱的确具有镇痛效应［6］。

科学家们将小剂量的烟碱注射到不同动物的脑干，发现烟碱具有镇痛的效果。由烟碱诱导的镇痛效应可以被一种非选择性神经烟碱受体拮抗剂——美卡拉明所阻断［7］。所有的发现都表明烟碱是一种新型镇痛剂。尽管人们对于烟碱的成瘾性和耐受性有所顾虑，但烟碱受体介导的镇痛研究正成为世界范围的热点。

1.2 nAChRs介导的镇痛效应 1974年，有研究者发现，从三纹毒镖蛙皮肤提取的一种生物碱能够产生类似于阿片类药物导致的Straub样鼠尾反应（小鼠的尾巴呈竖立状、僵硬、S形）［8］。这种生物碱的活性成分最初被命名为毒镖蛙素，后来证实可诱导nAChR介导的镇痛效应。毒镖蛙素的镇痛效能与吗啡类似，但效价强度是吗啡的100倍［9］。与此同时，它也会引起一些不良反应。比如，剂量依赖的降低体温和活动减少，使得啮齿类动物的血压升高等。由于毒镖蛙素是一种非选择性的nAChRs激动剂，可以激动α4β2、α7和α1β1δγ亚型［10］。这提示人们nAChRs的不同亚型可能分别介导了镇痛作用和不良反应。因此，靶向特定的nAChRs亚型就可能在保持高效镇痛的同时减少不良反应，成为真正意义的新型镇痛靶点。

2 nAChRs作为镇痛治疗的相关靶点

2.1 α4β2 nAChR α4β2 nAChR是大脑中分布最为广泛的烟碱受体亚型。早在1999年，M arubio等［11］利用α4-和β2-敲除的小鼠进行研究，发现烟碱的镇痛效应明显减弱，从而证实α4β2 nAChR的作用。α4β2 nAChR可通过调节多种神经递质如乙酰胆碱、多巴胺、γ氨基丁酸、去甲肾上腺素等，在疼痛信号传递中发挥重要作用［12］。

脊髓上部和脊髓是α4β2 nAChR镇痛相关的分布位置［12］。脊髓上部的许多区域是脑下行抑制通路的组成部分。毒镖蛙素就是部分经由脊髓上部的α4β2 nAChR发挥镇痛作用。另一个α4β2 nAChR镇痛的有关部位是脊髓。研究者们通过在已损伤的动物背根神经节中注射α4β2 nAChR激动剂AB5380，结果伤害感受明显受到抑制，从而镇痛效应得以证实。此外，有实验证实脊髓α4β2 nAChR的激动可以促进5-羟色胺和去甲肾上腺素的释放，而这些物质本身就会参与到大脑的下行抑制通路中［13］。

α4β2 nAChR被认为是神经性疼痛和炎症性疼痛潜在的镇痛靶点［12］。激动α4β2 nAChR对多种神经性疼痛模型，如部分坐骨神经结扎模型、慢性压缩损伤模型、脊椎神经结扎模型、糖尿病和化疗诱导的神经性疼痛有效。机制除了促进脊髓5-羟色胺等递质释放，还与调控脊髓抑制性γ氨基丁酸能神经元和甘氨酸能神经元有关。激动α4β2 nAChR还对多种炎症模型，如福尔马林诱导的疼痛模型、完全弗氏佐剂诱导的痛觉过敏、膝关节炎疼痛和膀胱炎症有效。其机制与抑制炎症因子表达有关。

α4β2 nAChR主要的激动剂为ABT-594［10，12］。Abbott实验室的科学家们在研究α4β2 nAChR激动剂来治疗阿尔兹海默症时，无意中发现一种结构和毒镖蛙素相似的物质［14］，即ABT-594。但ABT-594对α4β2 nAChR有更高的选择性，其产生的镇痛效应比吗啡和烟碱更高，对多种临床前疼痛模型（包括急性和慢性疼痛）的镇痛效果不亚于吗啡和烟碱［12］。与烟碱及毒镖蛙素类似，ABT-594诱导的镇痛作用也可以被美卡拉明所阻断［15，16］，值得一提的是，ABT-594并不会影响心血管系统［17］，在小鼠模型上也不显示躯体依赖现象，而毒镖蛙素则相反。各项临床前数据表明，ABT-594可作为理想的药物来治疗慢性疼痛。然而，ABT-594并未通过临床Ⅱ期试验。其原因在于，与安慰剂组相比，对于神经痛患者来说，低剂量的ABT-594（25～75μg／次，2次／d）可以被患者完全耐受，其本身却没有明显的镇痛效果；高剂量的ABT-594（150～300μg／次，2次／d）可以明显缓解疼痛，却会引发严重的不良反应，如恶心、呕吐、头晕等［10］。虽然ABT-594具有与阿片类药物相仿的镇痛效能，但其广泛、严重的不良反应还是限制了其进一步的应用。

2.2 α7 nAChR 除α4β2亚单位外，α7 nAChR亚单位在慢性神经性和炎症性疼痛的信号通路中起到重要作用。A lsharari等［18］研究了α7受体敲除的小鼠（α7 knockout，α7 KO）和补充α7高敏感受体的小鼠（α7 knockin，α7 KI），发现两种小鼠对急性损伤性的热刺激或机械刺激的反应没有显著差异。然而，在应对慢性神经损伤所致的疼痛模型实验中，α7 KI小鼠对疼痛的反应明显降低。同样，在炎症性疼痛模型中，α7 KO比野生型小鼠表现出更强的痛觉增敏和异常疼痛，而α7 KI小鼠则相反。与来自转基因动物的结果类似，绝大多数受体激动剂实验支持α7 nAChR是镇痛的良好靶点，但也有个别报道指出：有些α7 nAChR激动剂不表现镇痛作用［19］。可能的原因是不同激动剂存在选择性和效能差异，以及反复给药导致的受体脱敏。

有证据显示，脊髓上部的α7 nAChR参与产生镇痛效应［20］。有趣的是，Gao等［19］报道，一种选择性α7 nAChR激动剂复合物Q在50 mg／kg注射剂量下出现了镇痛效应。由于复合物Q本是无法通过血-脑屏障的，这说明外周的α7 nAChRs可能也参与了镇痛效应的发挥。

α7 nAChR激动剂的镇痛作用机制尚不完全清楚。研究认为可能与激活胆碱能抗炎通路有关［18，21］。此外，有报道显示，有些α7 nAChR激动剂可以对抗脊髓的5-羟色胺受体活性从而发挥镇痛作用。因为当机体发生损伤或炎症反应时，5-羟色胺3型受体被激活，可通过脊髓神经通路产生痛感［22］。鉴于此，一种具有该效应的α7 nAChR激动剂托烷司琼被运用到有纤维肌疼痛的患者身上，患者体内α7 nAChRs被激活的同时，5-羟色胺3型受体被抑制，从而起到了较好的镇痛效果［23］。

2.3 α9-和α10 nAChR 现有证据显示，α9α10 nAChR可能是慢性疼痛，特别是神经性疼痛的潜在作用靶点［1］。慢性疼痛可由炎症性伤害性疼痛和神经性疼痛导致。而现有的药物对于神经性疼痛普遍效果欠佳。α芋螺毒素是从食肉海螺中提取的一类小肽，其中含有的RgIA和Vc1.1（或ACV1）是α9α10 nAChR的选择性拮抗剂。在多种疼痛模型特别是神经性疼痛模型上，这2个小肽可发挥快速、长效的镇痛作用。比如Vc1.1在给药后24 h还能观察到镇痛效果，虽然此时血清中已几乎检测不到该物质。值得一提的是，RgIA和Vc1.1还能加速受损神经功能的修复，其机制可能与免疫调节或炎症调节有关。由于在动物模型上的良好表现，Vc1.1被快速推向临床试验。但遗憾的是，研发止步于Ⅱ期临床试验。因为同期的一项研究显示，由于人和鼠单位点氨基酸的差异，导致Vc1.1对人型α9α10 nAChR的阻断作用明显弱于鼠型。目前，科学家们已经新合成了一些对人型α9α10 nAChR有更高亲和力的α芋螺毒素衍生物，以及一些非肽类的α9α10 nAChR拮抗剂，如ZZ-204G，这些新结构的拮抗剂也已证实对多种炎症性和神经性疼痛的动物模型有效，期待它们会有更好的临床表现。

2.4 α5-和α3β4 nAChR 研究发现，有些nAChRs介导的小鼠镇痛模型中，小鼠体内并无α4或者β2亚单位的nAChR。因此，有人推测其他的nAChR亚单位也可能具有镇痛作用，例如，含α5亚基的nAChRs和α3β4 nAChR［24］。α5亚基并不能单独发挥作用，它通常和α4β2、α3β4、α3β2 nAChR亚单位协同发挥药理学作用。在使用烟碱镇痛治疗时，缺乏α5亚基的小鼠相比野生型小鼠的镇痛效果弱［24］。进一步研究表明，在对表达α5亚基的小鼠进行基因敲除后，毒镖蛙素诱导的镇痛效果完全丧失。以上说明α5亚基很有可能在镇痛效应中发挥了较大作用，但仍需要将其运用到临床前实验的疼痛模型中，从而验证这一观点。

α3β4 nAChRs亚单位在自主神经节中大量表达，对于该亚单位的研究较少，仅有研究证实，选择性拮抗剂芋螺毒素Au IB在烟碱介导的镇痛效应中不发挥作用［25］。

2.5 nAChR阳性变构调节剂 nAChR阳性变构调节剂（positive allosteric modulators，PAM s）是一种特定的分子，通过作用于变构位点从而增强激动剂的效价强度［12］。它可以降低受体激活所需的能量，从而使nAChRs更易激活。PAMs可分为两大类：Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型主要增强受体的功能但不影响受体的去敏感化；Ⅱ型可以减少受体的去敏感化，从而延长受体的激活时间［10］。

2.5.1 α4β2 nAChR阳性变构调节剂 PAM s给人们提供了激活nAChRs的新思路。NS9283是一种Ⅰ型PAM，单独运用时对急、慢性神经性或炎症性疼痛并没有显著的镇痛作用。但将NS9283和ABT-594联合运用可显示良好的镇痛效果［26，27］。在临床前疼痛模型中，NS9283能增强ABT594的镇痛效能，但并不增加催吐阈值［28］，这一点非常关键，说明ABT594的不良反应得到了较好的控制。NS9283和ABT594联合运用能够增加药物镇痛作用的治疗窗。

2.5.2 α7 nAChR阳性变构调节剂 研究显示，以α7 nAChR为靶点的Ⅱ型PAM比Ⅰ型PAM在缓解疼痛方面更有优势［10，27］。该现象表明内源性的类胆碱信号可以诱导显著的受体去敏感化，如果对该信号传递的过程加以限制，那么就有可能抑制疼痛感受的神经冲动传达入脑。在损伤后6 h进行的疼痛测试中，Ⅱ型的α7 PAM PNU-120596在缓解疼痛方面显著优于Ⅰ型的α7 PAM NS-1738［10］。Freitas等［29］通过小鼠甲醛实验证实，在向患有慢性疼痛的小鼠模型注射PNU-120596后，其伤害感受行为明显减弱，且减弱程度与剂量成正相关。此外，当PNU-120596和α7 nAChR激动剂胆碱共同注射时，伤害感受行为下降更为显著。依循这一思路，有人提出将PNU-120596和α7 nAChR激动剂联合运用，而不是α7 nAChR激动剂或PAM单独使用［24］。

3 小结

简而言之，nAChRs介导的镇痛效应是通过作用于分布在中枢或者外周神经的不同的nAChRs亚型来实现，不同的亚单位在镇痛方面各具特点。人们对α7和α4β2 nAChRs的认识较多，对其余受体的研究还有待深入。虽然运用选择性nAChRs激动剂可以有效镇痛并较少出现类似于阿片类药物和烟碱的成瘾现象，但其严重的不良反应还是成为限制其发展的制约因素。PAM s的发现和运用大大提升了人们对烟碱受体类镇痛剂的期望值，其与nAChRs亚型激动剂的联用在实验中被证明有效且不良反应较低，虽然这些研究还处于实验室研究阶段，但这对新型镇痛药的研发有重要意义。下一步的研究重点应集中于PAM s和nAChRs亚型激动剂联合用药的有效性、安全性方面。当然，寻找高选择性和高效能的人型nAChRs激动剂也是该领域研究的热点之一。

［1］ Del Bufalo A，Cesario A，Salinaro G，et al.A lpha9 alpha10 nicotinic acetylcholine receptors as target for the treatment of chronic pain［J］.Curr Pharm Des，2014，20（38）：6042-6047.

［2］ Woodcock J.A difficult balance——pain management，drug safety，and the FDA［J］.N Engl J Med，2009，361（22）：2105-2107.

［3］ Ballantyne JC，Shin NS.Efficacy of opioids for chronic pain：a review of the evidence［J］.Clin JPain，2008，24（6）：469-478.

［4］ Sm ith HS.Opioids and neuropathic pain［J］.Pain Physician，2012，15（3 Suppl）：ES93-110.

［5］ Corti C.A history of smoking［M］.Montana：Kessinger Publishing，2007：112.

［6］ Davis L，Pollock LJ，Stone T.Visceral pain［J］.Surg Gynecol Obstetr，1932，55：418-427.

［7］ Sahley TL，Berntson GG.Antinociceptive effects of central and systemic administrations of nicotine in the rat［J］.Psychopharmacology，1979，65（3）：279-283.

［8］ Garraffo HM，Spande TF，W illiams M.Epibatidine：from frog alkaloid to analgesic clinical candidates.A testimonial to true grit！［J］.Heterocycles，2009，79：207-217.

［9］ Rupniak NM，Patel S，M arwood R，et al.Antinociceptive and toxic effects of（＋）-epibatidine oxalate attributableto nicotinic agonist activity［J］.Br JPharmacol，1994，113（4）：1487-1493.

［10］ Umana IC，Daniele CA，M cGehee DS.Neuronal nicotinic receptors as analgesic targets：it’s a winding road［J］.Biochem Pharmacol，2013，86（8）：1208-1214.

［11］ Marubio LM，del M ar A rroyo-Jimenez M，Cordero-Erausquin M，et al.Reduced antinociception in mice lacking neuronal nicotinic recep tor subunits［J］.Nature，1999，398（6730）：805-810.

［12］ Nirogi R，Goura V，Abraham R，etal.α4β2*neuronal nicotinic recep tor ligands（agonist，partial agonist and positive allosteric modulators）as therapeutic p rospects for pain［J］.Eur JPharmacol，2013，712（1-3）：22-29.

［13］ Rueter LE，Meyer MD，Decker MW.Spinalmechanisms underlying A-85380-induced effects on acute thermal pain［J］.Brain Res，2000，872（1-2）：93-101.

［14］ Daly JW，Garraffo HM，Spande TF，et al.A lkaloids from frog skin：the discovery of epibatidine and the potential for developing novel non-opioid analgesics［J］.Nat Prod Rep，2000，17（2）：131-135.

［15］ Bannon AW，Decker MW，Holladay MW，et al.Broad-spectrum，non-opioid analgesic activity by selectivemodulation of neuronal nicotinic acetylcholine receptors［J］.Science，1998， 279（5347）：77-81.

［16］ Lynch JJ 3rd，Wade CL，M ikusa JP，etal.ABT-594（a nicotinic acetylcholine agonist）：anti-allodynia in a rat chemotherapy-induced pain model［J］.Eur JPharmacol，2005，509（1）：43-48.

［17］ Holladay MW，Wasicak JT，Lin NH，et al.Identification and initial structure-activity relationships of（R）-5-（2-azetidinylmethoxy）-2-chloropyridine（ABT-594），a potent，orally active，non-opiate analgesic agent acting via neuronal nicotinic acetylcholine receptors［J］.JMed Chem，1998，41（4）：407-412.

［18］ A lsharari SD，Freitas K，Damaj M I.Functional role of alpha7 nicotinic recep tor in chronic neuropathic and inflammatory pain：studies in transgenic mice［J］.Biochem Pharmacol，2013，86（8）：1201-1207.

［19］ Gao B，H ierl M，Clarkin K，etal.Pharmacological effects of nonselective and subtype-selective nicotinic acetylcholine receptoragonists in animalmodels of persistent pain［J］.Pain，2010，149（1）：33-49.

［20］ Bagdas D，Sonat FA，Hamurtekin E，etal.The antihyperalgesic effect of cytidine-50-diphosphate-choline in neuropathic and inflammatory pain models［J］.Behav Pharmacol，2011，22（5-6）：589-598.

［21］ 刘献文，张宗旺.尼古丁镇痛作用机制的研究进展［J］.国际麻醉学与复苏杂志，2013，34（4）：368-370.

［22］ Cordero-Erausquin M，Changeux JP.Tonic nicotinic modulation of serotoninergic transm ission in the spinal cord［J］.Proc Natl Acad Sci（USA），2001，98（5）：2803-2807.

［23］ Färber L，Stratz T，BrückleW，etal.Efficacy and tolerability of tropisetron in primary fibromyalgia--a highly selective and competitive 5-HT3receptor antagonist.German Fibromyalgia Study Group［J］.Scand JRheumatol Suppl，2000，113：49-54.

［24］ Ram irez-Latorre J，Yu CR，Qu X，et al.Functional contributions of alpha5 subunit to neuronal acetylcholine receptor channels［J］.Nature，1996，380（6572）：347-351.

［25］ Jackson KJ，Sanjakdar SS，M uldoon PP，et al.a3b4*nicotinic acetylcholine recep tor subtype mediates nicotine rew ard and physicalnicotine withdrawal signs independently of the a5 subunit in the mouse［J］.Neuropharmacology，2013，70：228-235.

［26］ Lee CH，Zhu C，Malysz J，et al.a4b2neuronal nicotinic recep tor positive allosteric modulation：an approach for imp roving the therapeutic index of a4b2 nAChR agonists in pain［J］.Biochem Pharmacol，2011，82（8）：959-966.

［27］ U teshev VV.The therapeutic p rom ise of positive allosteric modulation of nicotinic recep tors［J］.Eur J Pharmacol，2014，727：181-185.

［28］ Zhu CZ，Chin CL，Rustay NR，et al.Potentiation ofanalgesic efficacy but not side effects：co-adm inistration of an alpha4beta2neuronal nicotinic acetylcholine recep tor agonist and its positive allostericmodulator in experimentalmodels of pain in rats［J］.Biochem Pharmacol，2011，82（8）：967-976.

［29］ Freitas K，Negus SS，Carroll FI，etal.In vivo pharmacological interactions between a type II positive allosteric modulator ofα7 nicotinic ACh receptors and nicotinic agonists in a murine tonic painmodel［J］.Br JPharmacol，2013，169（3）：567-579.

Advance in nicotinic acetylcholine receptors as analgesic targets

ZHU Deyuana，WANG Yirana，CAIGuojunb，XU Tianyingb（a.ChanghaiHospital，b.Departmentof pharmacology，Second M ilitary Medical University，Shanghai200433，China）

Nicotinic acetylcholine receptors（nAChRs），also known as neuronal nicotinic receptors，are w idely expressed throughout the centraland peripheralnervous system.nAChRs play crucial roles in pain signaling.Recently，agonists that target specific nAChR subtypes have shown substantial efficacy in a wide range of acute and chronic painmodels，contributing to developing novel analgesic drugs w ith low drug dependence.Positive allostericmodulators offer new approaches for increasing the potency and therapeutic w indow of these drugs.This review summarizes the advances in nicotinic acetylcholine receptors as analgesic targets and anticipate the future directions in this field.

nAChRs；analgesia；positive allostericmodulators

R338；R971

A

1006-0111（2015）04-0309-05

10.3969／j.issn.1006-0111.2015.04.005

2015-01-07

2015-05-05［本文编辑］陈 静

国家自然科学基金青年科学基金项目（81102487）；国家科技重大专项“重大新药创制”（2009ZX09303-002）；第二军医大学教学改革重点项目（临床医学8年制课程整合-心血管系统，BMB2014016）

诸德源，8年制临床医学本科生.E-mail：18801765077＠163.com

徐添颖，讲师.研究方向：心脑血管药理学.Tel：（021）81871277-201；E-mail：x ty7910＠163.com