神经肽Y受体系统参与痛觉调制的研究进展

赵舒煊，张东亮，沈伟，冯晓飞，刘正，袁文华，周海宇

1.兰州大学第二医院骨科，甘肃兰州市730030；2.甘肃省骨关节疾病研究重点实验室，甘肃兰州市730030

哺乳动物中，神经肽Y同其Y1、Y2、Y4和Y5四类受体共同组成一种高复杂的受体-配体系统，称为神经肽Y受体系统。其中，以Y1受体(Y1 receptor,Y1R)和Y2受体(Y2 receptor,Y2R)为代表的G蛋白偶联特异性受体，通过结合最早发现并主要存在于中枢神经系统的一类36肽胰多肽家族神经递质——神经肽Y，在神经肽Y系统中承担主要作用[1]。这一系统广泛参与个体对伤害性信号的处理和反馈过程，如痛觉、营养代谢失衡[2]、内分泌环境改变[3]、高压力环境[4]和心血管事件[5]等，又以痛觉调制研究较为广泛。本文综述近年来神经肽Y受体系统参与痛觉调制的研究进展。

1 神经肽Y受体系统

1.1 组成

根据与神经肽Y的C-端片段亲和力差异，可将神经肽Y受体分为8种受体亚型，分别称为Y1～Y8受体。其中Y3受体至今尚未成功克隆，Y6受体仅在小鼠等特定种属的哺乳动物中发现，人类和大鼠中无功能性蛋白质表达[6]，Y7和Y8受体仅存在于蛙等非哺乳动物中[7]。因而在哺乳动物中广泛存在的神经肽Y受体系统，主要由Y1、Y2、Y4和Y5亚型组成[8]，以Y1R和Y2R研究较多。

1.2 分子结构

目前认为，神经肽Y的这四类受体亚型均属于具有7次跨膜螺旋的G蛋白偶联受体，并属于该超家族中的视紫红质家族。在中枢神经系统中，神经肽Y被证明为上述四种受体的主要配体。UR-MK299和BMS-193885等多个Y1R小分子抑制剂与Y1R氨基酸突变体的结合实验表明，Y1R的特定螺旋和残端可形成受体-配体结合口袋，特异性识别神经肽Y的N-端和C-端氨基酸结构结合位点，从而引发受体活化[9]。而Y2R结合神经肽Y时，则允许神经肽Y配体N-端和C-端的大幅截短，甚至对特定残基间发生环化的神经肽Y亲和力亦较高[6]，表明不同类型受体对神经肽Y的识别位点亦存在差异。

1.3 参与神经元膜信号转导的主要机制

先前研究认为，神经肽Y受体可通过与细胞膜上Gi/o蛋白偶联结合，调节伤害性输入信号。Y1R可通过偶联G蛋白α亚基抑制腺苷酸环化酶活性，通过调节胞内环磷酸腺苷(cyclic adenosine phosphate,cAMP)浓度间接抑制细胞内Ca2+水平[1]，结合后细胞内外的Ca2+浓度差进一步扩大，持续调节脊髓背根神经节细胞神经肽Y释放水平[10]。Y2R则可通过激活β和γ亚基激活激酶级联，调节胞内外离子浓度[8,11]。细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal regulated kinase,ERK1/2)的间接反式激活也可产生同样的效应，而无需直接激活G蛋白亚基[12]。多种细胞膜上受体活化或抑制构成神经肽Y受体参与痛觉调节生理效应的基础。

2 神经肽Y受体系统的分布

2.1 脊髓神经肽Y受体的分布

Y1R和Y2R与神经肽Y共分布于与痛觉相关的外周有髓Aδ类纤维和C类纤维中。采用光遗传学手段，特异性激活表达Y2R的外周纤维，以及近来的外周神经元大规模转录组测序手段[13]提供了这一推断的直接证据。脊髓背根神经节汇集痛觉相关的初级传入神经元胞体，Y1R和Y2R阳性神经元共表达降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)受体[14]，而这一受体与伤害感受相关性较高[15]。其中Y1R阳性神经元汇聚于灰质Ⅰ～Ⅵ、Ⅹ层中，共包含7种不同类型，形态多样。直径较小的Y1R阳性神经元主要分布于Ⅰ～Ⅲ层，直径较大的Y1R阳性神经元则分布于Ⅲ～Ⅵ、Ⅹ层[16]。Arcourt等[13]则缩小Y2R阳性神经元在脊髓中的定位，认为其主要定位于Ⅱ层的一群表现出Y2R免疫活性的初级传入神经元中。

2.2 颅内神经肽Y受体的分布

Y1R和Y2R是在颅内表达最丰富的神经肽Y受体，在各皮层区域、丘脑核、海马和脑干核中均有表达。利用放射性同位素125I标记神经肽Y受体系统各成员拮抗剂，可在皮层、海马齿状回、膝状核及延髓中发现中高水平的Y1R分布；Y2R则以嗅球的外部丛状层、前嗅核、嗅结节及腹侧海马分布较多。Y1R多与Y5受体共表达，且Y4和Y5受体的表达量明显低于Y1R和Y2R[17]。该分布受到多重因素的影响，年龄和热量摄入限制都可能影响参与急性及慢性伤害性信息处理的前扣带皮层等脑区的受体表达[18]。神经肽Y受体系统各亚型在中枢和外周神经系统中的分布存在明显不同，反映出亚型的功能差异。

3 神经肽Y受体系统参与痛觉调制

3.1 脊髓水平

脊髓背角是痛觉调制的重要区域[19]，与其分布相一致，多种证据表明神经肽Y受体主要在此位置参与痛觉调制，神经肽Y通过与Y1R和Y2R共同结合，维持痛觉传递过程的稳态。

3.1.1 Y1R

神经肽Y与脊髓Y1R结合，主要发挥镇痛效应。神经损伤及炎性疼痛后，脊髓Y1R信号明显增强，且可持续增高至损伤慢性期[20-21]；抑制Y1R在mRNA和蛋白质水平的表达，则可降低实验动物痛阈。遗传学上，Y1R蛋白表达缺失的小鼠对急性热刺激、皮肤和内脏化学刺激及机械刺激痛阈明显降低[22]；药理学上，采用多西环素诱导的大鼠内源性神经肽Y缺失，可使大鼠产生机械和热痛觉过敏反应，鞘内注射Y1R拮抗剂则可纠正痛觉过敏[23]。

Y1R的此类镇痛作用定位于脊髓背角Ⅱ层的一组Y1R阳性兴奋性中间神经元[16]。选择性破坏此类中间神经元所产生的镇痛作用不限于急性伤害性痛觉，大鼠慢性炎症性疼痛[24-25]及神经病理性疼痛[26]的伤害性反射亦可经此抑制。

Y1R的镇痛作用可通过多种方式调控。炎症性损伤可增强Y1R与G蛋白受体偶联的亲和力，这一作用可能通过抑制背角伤害性感受递质P物质的释放来实现[27]。神经保护性类固醇黄体酮则可提高神经肽Y及Y1R表达量，从而增加脊髓损伤大鼠对痛觉的耐受性[21]。

3.1.2 Y2R

通常认为Y2R在脊髓水平与Y1R拮抗产生促痛效应，但这一理论目前仍存在争议。光遗传学方法特异性激活正常小鼠外周一组表达Y2R的有髓Aδ类伤害性纤维传入神经，可引发小鼠痛觉行为加剧，并触发防御性条件反射[13]。

而不同痛觉模型的大鼠中这一结果则存在矛盾。Solway等[23]在抑制内源性神经肽Y配体的神经病理性疼痛模型和炎性疼痛模型大鼠中使用Y2R拮抗剂BIIE0246，发现其与Y1R拮抗剂BIBO3304作用类似，均可增加小鼠的痛觉超敏反应。而早先研究中Y2R拮抗并不能抑制慢性炎性疼痛大鼠痛觉体征[28]。时培晟等[29]通过对神经病理性疼痛模型大鼠鞘内使用Y2R反义核苷酸抑制其表达，发现大鼠机械痛阈升高，冷痛阈则无明显改变。

较新的研究则提示，正确协调地执行Y2R介导的伤害性反射，需要机械性信号和伤害性信号共同参与。已证明神经肽Y可通过背根一组抑制性中间神经元参与机械性疼痛[30]，这一效应可进一步定位于Y2R。脊髓水平Y2R介导的促痛效应，可通过同时激活低阈值机械感受器衍生的机械感觉信号被抑制[13]。经典的门控学说认为，脊髓背角伤害性信号(痛觉)和机械性信号等其他非痛觉信号在上行中相互竞争，机械性刺激可通过突触前抑制，阻断有害刺激到达中枢神经系统[31]，这一结果直接证实门控理论的中心预测之一，体现了Y2R在门控痛觉调制中的特殊地位。

3.2 颅内

目前已确认颅内多个核团通过神经肽Y受体系统参与痛觉调制。经典研究认为，中脑导水管周围灰质脑区的Y1R参与对炎性疼痛热刺激和机械刺激的镇痛作用[32]。而最近研究表明，神经肽Y和Y1R激动剂亦可抑制三叉神经核放电，从而抑制硬脑膜模型诱发的三叉神经痛觉，Y2R和Y5R则无此作用[33]。

激活投射至脑干臂旁核共表达刺鼠肽基因相关蛋白(agouti-related protein,AgRP)和Y1R的神经元可实现对炎性疼痛的选择性抑制，由于这一通路可介导饥饿和痛觉两种伤害性信号在脑内的竞争性处理过程[34]，处于伤害性信息调控的交叉点，因而具有重要意义。

对延髓头端腹内侧区(rostral ventromedial medulla,RVM)的研究提示神经肽Y受体在颅内传递痛觉信号的神经元机制。神经肽Y通过Y1R可同时激活RVM中的促伤害感受ON细胞和抑制伤害感受OFF细胞的兴奋性，并主要增加OFF细胞的自发放电，从而实现对慢性痛觉的调控作用[35]。

4 小结

疼痛作为影响患者生活质量的重要体征，长久以来缺乏较为全面持久的处理策略[36]。神经肽Y受体系统作为体内痛觉信号调制的重要组成部分，以Y1R和Y2R为代表，在颅内和脊髓水平广泛分布，并发挥多重痛觉调制作用。但目前关于Y2R在不同动物模型中的作用、神经肽Y受体系统内不同组成部分的互相作用机制，以及该系统与其他伤害性信号传递系统的关系，仍需高质量实验进一步验证。积极探索神经肽Y受体系统在痛觉信号调制中的地位，有助于进一步加深神经系统伤害性信号传播的理解，为镇痛药物的开发提供靶点。