食欲素及其受体调节剂在睡眠-觉醒障碍治疗中的应用进展

唐慧玲,李姗姗,祝秋梅,刘宝虎,郭义,3,陈泽林,2,徐枝芳,2

(1天津中医药大学实验针灸学研究中心，天津300193；2天津中医药大学实验针灸推拿学院；3天津中医药大学中医学院)

1998年，由Sakurai等[1]发现了下丘脑外侧神经元产生食欲神经肽及其受体，将其命名为食欲素(Orexin)。Orexin-A与Orexin-B(也称hypoeretin-1和hypoeretin-2)来源于同一Orexin前体，主要通过激活两种G蛋白偶联受体，Orexin-1型受体(OX1R)和Orexin-2型受体(OX2R)发挥相应生理功能。最初，Orexin仅被认为在摄食行为中起关键作用。后期研究发现，Orexin与睡眠-觉醒平衡关系密切，即Orexin通过激活OX1R和OX2R促进和维持觉醒[2, 3]；并且在急、慢性睡眠-醒觉障碍中也显示出治疗潜力。现对醒觉中枢——下丘脑中的Orexin及其受体系统调节醒觉的生理病理作用，及Orexin受体调节剂在急慢性睡眠-觉醒障碍中的应用进展情况综述如下。

1 睡眠-觉醒的神经调节中枢

醒觉是保证意识活动及清晰状态的基础，对维持机体生理活动具有重大意义，包括睡眠和觉醒两方面[4]。Moruzzi等[5]证实，网状上行激活系统(ARAS)在维持醒觉行为中发挥重要作用，即ARAS在网状结构中多次更换神经元，最终刺激皮层产生快节律脑电活动以维持觉醒；当ARAS受损导致兴奋性或抑制性神经递质失平衡时，则会出现睡眠-觉醒障碍[6]。 早期研究发现，下丘脑损伤患者出现睡眠异常，电损毁大鼠、猫和猴子后侧下丘脑亦出现嗜睡或昏迷，证实下丘脑后侧为“觉醒中枢”。Nauta等[7]研究证实，下丘脑后侧与觉醒相关，视前/前下丘脑则为“睡眠中心”，这两个区域在睡眠-觉醒交替中发挥着切换作用；电刺激正常猫的下丘脑后侧，可激活其大脑皮层的脑电，进一步明确了下丘脑为醒觉中枢。有研究结果显示，下丘脑可分泌Orexin、组胺、多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素、乙酰胆碱、谷氨酸及天门冬氨酸等兴奋性神经递质。其中，Orexin可与其他醒觉神经递质相互联系，通过神经纤维投射至脑干(如结节乳头核、蓝斑和5-羟色胺能背中缝)、丘脑、皮质等部位调控醒觉[5]。

2 Orexin及其受体在睡眠-觉醒系统中的作用

大量研究[8]发现，Orexin主要位于下丘脑外侧、背侧和弯窿区，被称为下丘脑的“觉醒启动区”。其相关证据如下：①下丘脑源性Orexin和组胺相互协同维持醒觉：组织学研究发现两种神经元有直接的突触联系；生理学研究证实，组胺H1受体拮抗剂可阻断Orexin-A的促觉醒效应，Orexin-A也可增加下丘脑结节乳头体核和皮层的组胺释放；电生理学实验发现，Orexin能够兴奋分离的组胺能神经元[5]。②含有Orexin的神经纤维投射至除小脑以外的整个中枢神经系统，如大脑皮层、下丘脑、边缘系统、脑干、蓝斑核和脊髓等部位，在以上神经投射通路中，Orexin神经元与胆碱能、肾上腺素能、5-羟色胺能、血清素能、多巴胺能和组胺能神经元相互调节，并直接投射到皮质共同维持觉醒[2, 4]。③研究发现，OX1R和OX2R两种受体的mRNA分布部分重叠，大部分存在差异且互补式地分布于醒觉相关脑区，包括丘脑核、下丘脑弓状核、中缝核、结节乳头核和蓝斑等。因此，下丘脑源性Orexin与单胺类神经元相互作用，并通过神经纤维投射至表达其受体的醒觉相关脑区，形成ARAS特定的神经元通路，为其调控睡眠-觉醒提供了解剖学证据[9]。

Orexin及其受体在睡眠-觉醒神经网络调节中发挥重要作用。许多证据表明，Orexin信号被破坏可引发小鼠、狗和人类的发作性睡病，突出了其维持意识的重要作用[10]。发作性睡病患者尸检结果提示，下丘脑前原Orexin mRNA或Orexin免疫反应神经元数量减少80%～100%，此结果与早期研究报道大约90%该病患者脑脊液中Orexin-A水平降低甚至检测不到的结果相一致。有研究[9]结果显示，将前原Orexin基因、Orexin神经元敲除或OX1R/OX2R双敲除的小鼠表现为在活动时间频繁睡眠发作和非活动时间间断睡眠，与发作性睡病患者的症状具有高度相似性。此外， Orexin神经元在觉醒期间具有生理活性，并随着运动活动增强而活性升高，在睡眠期间降低，如夜间保持清醒的松鼠、猴下丘脑内Orexin-A含量在夜间达到峰值并维持高水平[11]。

3 Orexin及其受体调节剂在睡眠-觉醒障碍治疗中的应用

睡眠-觉醒障碍分为急性睡眠障碍和慢性觉醒障碍[12]。美国“全国睡眠基金会”公布，美国人口中约48%患失眠症，其中22%为严重失眠，长期失眠会威胁患者生理和心理健康，增加自杀概率[13]。目前，治疗睡眠-觉醒障碍手段(如多巴胺激动剂、阿片肽受体拮抗剂、胆碱能激动剂和神经刺激等)多样，但存在疗效证据不足和诸多不良反应等问题，故研发有效疗法和降低不良反应的睡眠调节剂仍是神经科学界的难点[2]。近年Orexin及其受体调节剂治疗急慢性睡眠-觉醒障碍的研究备受关注。

3.1 Orexin及其受体激动剂在急性睡眠-觉醒障碍治疗中的应用 急性觉醒障碍是由各种原因导致大脑皮层和(或)脑干网状结构受损或功能抑制造成意识水平降低的疾患，如急性创伤性脑损伤(TBI)和急性酒精中毒等[14]。研究[15]证实，Orexin缺乏或者Orexin神经元被破坏可引起意识障碍，如重型TBI主要集中在下丘脑和中脑，可导致患者脑部Orexin神经元显著丧失，意识水平下降。此外，炎症反应在中枢神经损伤病理发展中亦起着重要作用。研究[16]证明，中枢炎症产生的肿瘤坏死因子α可抑制Orexin活性，说明中枢损伤性炎症—促炎因子-Orexin通路也可能导致意识障碍。

各种急性觉醒障碍常用一些共通的促醒疗法。其中，Orexin及其受体激动剂被证实为有效的促醒疗法。脑室内直接注射Orexin-A可促醒，使用多巴胺及谷氨酸也可激活部分Orexin神经元以促醒[14,17]。基于光遗传学的光控技术可特异性活化Orexin神经元，进而促使动物从睡眠向觉醒状态转换[18]。另有研究[19]证实，脑室微量注射Orexin-A也能缩短急性酒精中毒大鼠的昏迷时间，其作用机制是Orexin促使前额皮层神经元放电，并通过激活组胺能、去甲肾上腺素能和血清素能系统参与Orexin的兴奋作用，从而促进觉醒。Cooper等[20]发现，右正中神经刺激(内关穴)可一定程度改善急性、亚急性和慢性昏迷患者的昏迷程度 。之后，Feng等[17]发现，正中神经刺激可上调TBI昏迷大鼠前额叶皮质中Orexin-A以及OX1R蛋白的表达，且OX1R在前额皮层和蓝斑中表达量最高，提示Orexin系统可能是正中神经刺激促醒的重要通路。此外，研究[21]证实直接鼻内补充体内缺乏的Orexin或给予OX2R激动剂可治疗嗜睡症/猝倒症。

3.2 Orexin受体拮抗剂在慢性睡眠-觉醒障碍治疗中的应用 慢性觉醒障碍的分型虽仍未明确区分，但在《国际睡眠疾病分类第三版》(ICSD 3)指南中，将所有原发性和继发性失眠合并诊断为慢性失眠，如原发性失眠、继发性睡眠障碍、昼夜节律睡眠觉醒障碍、发作性睡病等[12]。其中，失眠是另一大类慢性觉醒障碍疾患，传统药物GABA-A受体激动剂、镇静抗抑郁药和褪黑素受体激动剂虽能在一定程度上改善失眠症状，但存在诸多不良反应[2]。近年Orexin受体拮抗剂作为新型抗失眠药物已开展诸多基础和临床研究。

目前，多个Orexin受体拮抗剂已用于治疗慢性失眠。OX2R受体拮抗剂(MK-3697、MK1064)可改善快速眼球运动(REM)睡眠，在大鼠和狗口服MK-3697实验中，其能有效减少觉醒及增加慢波睡眠时间，并已应用于Ⅱ期临床试验；Merck公司近期公布MK-1064及MK-3697已成为临床治疗慢性失眠备选药物[22,23]。JNJ42847922可显著延长REM及慢速眼球运动睡眠(NREM)的睡眠时间，已被鉴定为治疗失眠的临床备选药物，目前应用于Ⅱ期临床试验[24]。研究证实，双重Orexin受体拮抗剂(针对OX1R和OX2R)较单Orexin受体拮抗剂(主要针对OX2R)具有更好的促睡眠作用。默克公司研发的suvorexant(MK-4305)已于2014年被美国食品药品监督管理局批准上市，目前已在美国和日本被批准用于治疗成年人失眠症；它能通过血脑屏障且与OX2R高效结合后促进睡眠，可有效增加健康人群总体睡眠时间和提高睡眠质量，可缩短失眠患者睡眠潜伏期和增加总体睡眠时间[25,26]。研究[27,28]报道，Orexin调节剂潜在的不良作用较少，故其在上述睡眠-觉醒障碍疾病中具有极大的发展潜力。

综上所述，Orexin在睡眠-觉醒系统中发挥重要作用，Orexin受体调节剂可用于治疗急慢性睡眠-觉醒障碍。随着相关研究日趋深入，期待开发越来越多Orexin系统相关的新型药物和疗法应用于急慢性睡眠-觉醒障碍的临床治疗。