杏仁核NPS/NPSR神经肽系统参与痛情绪过程的研究进展

浙江中医药大学第三临床医学院 杭州 310053

现代医学普遍认为疼痛是一种复杂的生理心理活动，它既是生理上的感觉也是心理上的体验。疼痛包涵两种成分，即痛的感觉分辨(sensory-discriminative)与痛的情绪反应(emotional-affective dimensions)。痛的感觉分辨，指的是感受痛刺激的性质、强度和位置等属性；痛的情绪体验，则包括焦虑、厌恶、恐惧等负性情绪。因此，国际疼痛研究会对痛的定义是：“痛是一种与组织损伤或潜在的损伤相关的不愉快的主观感觉和情绪体验。”强烈的情绪色彩始终是痛区别于机体感受其他刺激的一个显著特征[1]。

临床上慢性痛患者常常由于长期忍受疼痛而诱发焦虑、抑郁等负性情绪，以及由慢性疼痛引起学习、记忆能力减退等问题。负性情绪状态会显著影响患者的痛感受和病情变化，甚至严重影响患者的日常生活。痛感觉与痛情绪往往会相互影响，逐步形成疼痛诱发焦虑，焦虑又加重疼痛的恶性循环[2-4]。因此，由疼痛特别是慢性痛导致的负性情绪问题已经成为一个公共健康问题，越来越受到人们的关注。

神经肽S(neuropeptide S,NPS)是近年来发现的新神经肽，通过其受体神经肽S受体（NPS receptor,NPSR）发挥生理作用，和调节觉醒与睡眠、焦虑与抑郁、学习与记忆、摄食与能量代谢、神经内分泌、免疫和抗氧化等多种重要的生理病理过程相关[5-6]。有研究表明,杏仁核(amygdala)神经通路与疼痛行为及痛情绪反应联系密切，抑制杏仁核活动可以明显缓解疼痛行为相关症状。同时，NPS与杏仁核神经回路的激活有潜在的联系，NPS/NPSR神经肽系统在杏仁核活动的信号传输机制中扮演着重要角色[7]。由此可见，NPS/NPSR神经肽系统与杏仁核调节疼痛行为和痛情绪反应存在关联。本文将简要总结杏仁核NPS/NPSR神经肽系统参与紧张、焦虑、厌恶等痛情绪过程的研究进展，旨在为临床治疗痛情绪提供新思路。

1 杏仁核与痛情绪关系

1.1 杏仁核概述 杏仁核又称杏仁核复合体，于大脑颞叶背内侧部，居海马旁回沟的深部，侧脑室下脚尖端。杏仁核与皮层、下丘脑网状结构及扣带回、海马等有广泛的联系，是边缘系统的重要结构。杏仁核复合体可分为13个核团，通常将其分为两个主要的核群：基底外侧核群和中央核群。基底外侧核群包括外侧核（lateral amygdala,LA）、基底外侧核（basolateral amygdala,BLA）和基底内侧核（basomedial amygdala,BMA），是杏仁核复合体的信息输入端；中央核群包括中央杏仁核内侧部（medial subdivision of the central nucleus of the amygdala,CeM）和中央杏仁核外侧部（lateral subdivision of the central nucleus of the amygdala,CeL），是杏仁核复合体的信息输出端。两大核群之间是插入细胞群，由γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric aeid,GABA）能神经元组成[8]。

影像学、分子生物学、药理学等多方面的研究均为杏仁核参与疼痛感知及镇痛过程提供了证据。Simons[9]等总结了杏仁核内信息传递的两条主要途径：一条起自脊髓背角Ⅰ层和三叉神经核的神经元，经过臂旁核，最后投射到CeL，主要传递单纯的伤害性信息，被称为“脊髓-臂旁核-杏仁核通路”；另一条起自大脑皮层和丘脑，经过LA和BLA(此时基底外侧网络会对信息进行情绪加工)，最后投射到中央杏仁核(central nucleus of the amygdala,CeA)，主要传递多模态感觉信息(包括伤害性感觉信息)。然后CeA可以利用与前脑和脑干(包括额叶皮层、海马、前扣带回、外侧下丘脑、臂旁核、孤束核及参与内源性疼痛调节的脑干核团)的广泛双向纤维联系，来调节疼痛的情感和情绪反应[10]。

通过以上的信息传递途径，可以发现杏仁核不但能从相关核团接受痛信息，而且能实现对这些信息的情绪加工，实现疼痛信息与情绪成分的整合，将来自内外环境的感觉信息整合成情绪反应的初始动力，并进而投射到皮层、下丘脑及脑干诸核团，这样便构成了杏仁核参与痛情绪反应的结构基础。

1.2 杏仁核与痛情绪 杏仁核功能复杂，与疼痛及其伴发的痛情绪联系密切。目前大多数研究者均认为杏仁核涉及疼痛相关的负性情绪，损毁杏仁核虽然不影响基础痛阈，但可以减弱对于疼痛刺激的情绪反应[10]。利用功能磁共振成像的方法发现，当给予被试者足够引起强烈情绪反应的疼痛刺激时，杏仁核的信号增强[11]。Neugebauer等[12]发现杏仁核活动的强弱已经成为影响动物疼痛模型中情绪行为的重要因素。病变或通过药物干预来减少杏仁核活动可以抑制不同模型中的疼痛相关情绪反应。重要的是，在没有任何组织病理学的情况下，正常条件下外源增加的杏仁核活动可能产生或加剧这种情绪反应。Zussy等[13]认为杏仁核内特定神经调节系统的激活可以消除持续性疼痛的感觉和情感症状，例如对疼痛的高度敏感、焦虑和抑郁相关行为。

LA-BLA和CeA神经网络的可塑性在引起疼痛相关的情绪行为方面起着十分重要的作用。中央外侧核囊部(laterocapsular division of the central nucleus of the amygdala,CeLC)从脊髓和脑干区域接受特异性伤害信息，同时通过LA-BLA网络接收高度加工的多态信息(包括来自丘脑和皮质的伤害性信息)。在疼痛模型中，BLA到CeLC的信息传递可产生突触可塑性，其可塑性由CeLC神经元的反应性和输出增加决定，因而疼痛相关行为具有明显的杏仁核依赖性[14]。多项研究表明，杏仁核内的信号处理依赖于兴奋性的投射神经元和抑制性的GABA能神经元。存在于LA-BLA和CeA之间的GABA能神经元，也被称为GABA能插入细胞(intercalated cell mass,ITC)，可以作为前馈抑制门来控制CeA的信息输出，这被认为是负性情绪如焦虑、抑郁等消退的关键机制[15]。

2 NPS/NPSR神经肽系统与痛情绪

2.1 NPS、NPSR概述 NPS是由一个相对短的前体蛋白(例如在人类前体蛋白只有89个氨基酸残基)裂解产生的含有20个氨基酸的多肽。通过比较不同种类的NPS的主要结构,可以发现丝氨酸(单一氨基酸编码“S”)始终是所有物种的氨基酸残基，因此Reinscheid等根据这种结构特征将其命名为神经肽S。

NPS本身的主要结构与其他已知的神经肽相比没有显示出同源性。NPS前体显示出典型的神经肽前体蛋白的结构特点，其在蛋白质的氨基末端有一段疏水的信号肽和一对碱性氨基酸的酶切位点[16]。NPS的序列在脊椎动物中高度保守，其链中部和C末端变化较多而N末端相对较少。鱼类和无脊椎动物基因组中均不存在NPS基因序列，这表明在脊椎动物进化中NPS基因是相对较晚出现的神经肽基因。这种特殊的进化分布情况显示NPS在脊椎动物中可能执行着特殊的生理功能[17]。

2.2 NPS、NPSR定位分布 Xu等[18]用定量RT-PCR实验发现，NPS及其受体NPSR在各种组织，尤其是在中枢神经系统中分布广泛。随后Xu等[18]又通过原位杂交实验研究了大鼠脑内NPS及NPSRmRNA的定位分布情况。NPS前体mRNA散在高表达于脑干中，如蓝斑核(locus coeruleus,LC)、三叉神经感觉主核(principle sensory trigeminal nucleus,Pry)和臂旁核(lateral parabrachial nucleus,LPB)；中等程度表达于杏仁核和下丘脑。Xu等[19]首次提出在LPB中，NPS阳性神经元与促肾上腺皮质激素释放因子(corticotropinreleasing factor,CRF)共存；而在Pry区，NPS与囊泡谷氨酸转运体共存。

与NPS的特异性表达不同，NPSRmRNA在大脑中的分布十分丰富，在嗅球、梨状核、杏仁核、下丘脑、丘脑和脑干中都有检测到[20]。Xu等[19]描述了NPSR在大鼠全脑的表达分布。NPSR mRNA在和参与焦虑和紧张情绪调节有关的许多脑区都有表达，特别是嗅部、杏仁核以及边缘区域。NPSR mRNA在海马体的输出和输入区域以及包括背内侧核、腹内侧核和后弓状核等多个下丘脑区域的高度表达，也说明NPS在学习、记忆以及能量调节中的重要作用。

总之，NPS及其受体NPSR解剖分布的广泛性，提示由NPS激活的NPS/NPSR神经肽系统在各种生理功能中的重要作用。

2.3 杏仁核内NPS/NPSR神经肽系统与痛情绪压力和创伤事件可以产生厌恶情绪，从而诱发焦虑。NPS是大脑中广泛的生理活动的重要内源性调节物质，在紧张、焦虑行为的调节方面发挥了重要作用[20]。NPSR基因编码的遗传学研究表明NPS系统与紧张压力的调节、精神疾病以及免疫系统相关的疾病有很重要的联系。在啮齿类动物模型中，NPS/NPSR神经肽系统被认为在焦虑的发病机制中发挥了重要作用，在提高觉醒相关行为的同时诱发焦虑效应[21-22]。杏仁核内存在的大量NPS结合位点表明，NPS系统在杏仁核的多种生理功能中起到了至关重要的作用。大量研究证实，大鼠和小鼠的杏仁核有高密度的NPSR mRNA表达，因而杏仁核被认为是NPS/NPSR神经肽系统调解压力和抗焦虑样行为的关键场所[23-24]。因此，NPS可以调节杏仁核应激诱导的过度兴奋，从而调节应激诱导引起的情绪行为的变化。

Ebner等[23]用脑微透析结合高度敏感的放射免疫分析研究自由移动的大鼠杏仁核内NPS的释放。NPS在BLA透析液中不断被检测到，并且在局部去极化以及电泳压力下，NPS释放量大大增加。他们的数据首次表明，情绪应激诱导的杏仁核内NPS的释放支持内源性NPS在压力、焦虑相关现象中的功能作用。Chauveau等[24]将选择性NPSR拮抗剂在小鼠应激状态下注射到LA中。10天后，实验组检测到了小鼠的焦虑样行为。压力伤害性刺激使得LA神经元突触兴奋性增加，从而增加了小鼠的焦虑样行为。而杏仁核NPS可防止应激诱导的负性情绪行为的加重，并让持续高水平的突触活动回到正常活动水平。这些结果表明,NPS/NPSR神经肽系统与杏仁核将压力和伤害性信息转化为焦虑行为的机制有着密不可分的联系。

行为学研究证实了NPS在脑中的抗焦虑作用。NPS的脑室内给药在各种测定中皆具有抗焦虑作用。Zhang[25]等提出啮齿动物的周围神经持续性损害后会诱发焦虑样行为。与焦虑有关的内源性NPS在脑区的表达和释放，减少了啮齿动物疼痛伤害和焦虑样行为。而外源性NPS注射到脑室中也能改善疼痛和焦虑相关行为。Smith等[26]证实脑室注射NPS可以明显减轻大鼠的焦虑行为。金旭等[27]通过实验证明侧脑室连续注射高剂量NPS可以有效抑制慢性压迫性神经损伤(chronic constriction injury,CCI)大鼠焦虑和疼痛行为。在CCI大鼠慢性疼痛和焦虑共病的发生发展过程中，伴随着NPSR的明显下调；补充NPS后焦虑和疼痛行为均有改善，NPSR表达明显增加，因而脑室内给予外源性NPS能够同时改善伤害感受和焦虑状态。Grund 等[28]将微量的 NPS（0.2nmol/0.5μl）注射到成年雄性大鼠双侧脑室杏仁核内，行为学结果显示大鼠焦虑相关的行为大大减少。Wegener等[29]用不同的抑郁症动物模型描述了NPS对抑郁症和焦虑样行为的影响，提出在不同的动物模型中NPS都有明显的抗焦虑作用，但是对抑郁相关的行为没有任何影响，不能逆转由基因介导的抑郁症表型。以上实验结果表明，缺乏NPS表型特征的啮齿动物选择性使用NPS受体激动剂或拮抗剂引起的药理作用和效果将极大地扩展我们对镇痛与焦虑的神经生物学机制的认识[30]。

2.4 杏仁核内NPS/NPSR神经肽系统作用的相关通路与痛情绪 越来越多的证据表明，NPS/NPSR神经肽系统痛情绪相关的抗焦虑作用是通过杏仁核神经通路的活动实现的。Meis等[31]发现了一条NPS相关的神经通路，此通路从小鼠内梨状皮质(endopiriform cortex,EPC)至BLA：NPS引起细胞膜电位去极化，引起神经细胞的兴奋性活动增加，EPC的投射神经元通过谷氨酸神经递质将兴奋传递至BLA，引起BLA的投射神经元和中间神经元兴奋，同时该中间神经元又可通过抑制性的GABA递质对BLA投射神经元形成前馈抑制，这表明NPS通过BLA环路进行信息处理，从而实现对疼痛负性情绪的调控。Jungling等[32]通过小鼠行为研究和电生理体外实验表明，往BLA中注射NPS，能够激活突触前投射神经元上的NPSR，增加BLA向谷氨酸能的突触传递，进而通过GABA能抑制CeA的活动而产生抗焦虑效果。

Zhang等[25]发现，往中枢中注射NPS，能够增加MeA的中间神经元的GABA能活动，促进杏仁核内的抑制性突触传导，进而缓解生理伤害导致的焦虑样行为。Ren等[14]认为NPS可以通过对抑制性ITC细胞的直接作用来控制杏仁核输出和疼痛相关情感行为。研究发现NPS选择性地增强了ITC依赖的CeA神经元的前馈抑制以产生强大的抗焦虑作用[12]。数据表明，NPS可以增加ITC细胞的突触驱动和输出，从而增强CeLC中与疼痛加工相关的前馈抑制，并减少疼痛相关的行为[14]。Zhang等[33]通过电生理实验证明NPS通过激活NPSR抑制大鼠杏仁核中超极化激活环核苷酸门控（hyperpolarization-activated cyclic nucleotidegated,HCN）的活动，而HCN活动的抑制具有明显的抗伤害诱导的焦虑样行为的作用。NPS对HCN活动的抑制作用加速了谷氨酸释放到杏仁核中的GABA能神经元中，同时也促进GABA能神经元释放到锥体状神经元中，从而产生抗焦虑效果。

综上所述，NPS/NPSR神经肽系统的抗焦虑作用明确，在疼痛伴发的焦虑、紧张等负性情绪的调控中扮演着重要的角色。无论是内源性NPS系统还是外源性NPS/NPSR受体激动剂的应用，都通过杏仁核相关神经通路在调控疼痛及其伴发的痛情绪过程中发挥了重要作用。

3 展望

随着近年来NPS的作用越来越受到人们的关注，NPS/NPSR神经肽系统作为一个新的相关疾病治疗的关键靶点，越来越被研究者重视。此次综述中，笔者简要回顾了该领域主要研究进展，得出结论：NPS/NPSR神经肽系统通过作用于杏仁核信息传递相关通路参与调控疼痛伴发的厌恶、焦虑、恐惧等痛情绪行为，并在其中发挥了重要的作用。NPS受体激动剂或拮抗剂的应用极大地扩展了我们对镇痛与焦虑的神经生物学机制的认识，为治疗疼痛行为以及抗焦虑提供新的认识。

当今社会中，慢性痛伴发的痛情绪深深困扰着人们，在患者生活中造成各种问题。因此，深入研究NPS/NPSR神经肽系统在痛情绪行为中的神经生物学机制，有望为临床治疗慢性痛以及其伴发的痛情绪提供新的治疗思路与手段。