静注利多卡因抑制甘氨酸转运的研究进展

许宏春，汪芳俊

川北医学院附属医院(四川 南充 637000)

利多卡因是一种酰胺类局麻药，具有良好的安全性和耐受性，已广泛用于局部麻醉，神经阻滞等临床实践。静脉注射利多卡因最初被用于治疗室性心律失常，而近年来大量研究发现静脉注射利多卡因可产生预防性术后镇痛、抗炎等特性[1-2]。但具体的作用机制并未完全阐明，除了经典Na+通道阻滞外，还包括中枢性和外周性作用，抑制神经异常放电和抑制甘氨酸转运等机制[3-4]。本文就利多卡因抑制甘氨酸转运的机制作一综述。

1 甘氨酸转运抑制剂的镇痛机制

非必需氨基酸甘氨酸是中枢神经系统(CNS)中同时具有抑制性和兴奋性的神经递质[5]。甘氨酸主要与甘氨酸受体A位点结合诱导抑制性神经递质释放，作用于突触后膜，使突触后膜的化学门控通道Cl-通道开放，引起CI-内流，使突触后膜发生超极化，产生抑制性作用，并且该位点对士的宁敏感。甘氨酸还可通过结合位于N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA受体)亚单位上对士的宁不敏感的甘氨酸受体B位点，调节谷氨酸能兴奋性神经递质，作为必需的共激动剂[5-8]。

甘氨酸和γ-氨基丁酸(GABA)是成人脊髓和脑干中的两种快速抑制神经递质，甘氨酸或GABA能神经元同时存在于脊髓腹侧和背侧，而背侧的甘氨酸神经元集中在深背角，主要由有髓低阈值(触觉)感觉神经纤维支配；而部分甘氨酸能神经元位于浅层，主要接受无髓高阈值(伤害性)感觉神经元的信号输入；在中间层相对缺乏甘氨酸能神经元，但该层的神经元仍能高度表达甘氨酸受体，可能通过邻近层的神经支配以及从延髓头端内侧下降的轴突[9-10]。慢性疼痛分为痛觉过敏、触觉刺激诱导性疼痛和自发性疼痛[11-12]。在神经病理性疼痛中，炎症因子前列腺素E2可降低甘氨酸受体对生理激动剂甘氨酸的反应性，周围神经病变可诱导脊髓背角GABA能神经元凋亡，以及GABA能神经元能支配减少[8，13]；脊髓背角甘氨酸神经元抑制作用的减弱，使小鼠对广泛性伤害性刺激过敏，脊髓突触抑制解除是病理性疼痛的机制之一，恢复脊髓背角突触间抑制作用有助于恢复生理状态，甘氨酸转运抑制剂可增加甘氨酸浓度以及甘氨酸受体-B位点的结合力，恢复脊髓突触抑制，可有效降低慢性疼痛的发生率[3，8，12，14]。痛觉过敏可能由于触觉刺激(非伤害性)感觉神经元通过多突触输入激活伤害性投射神经所致，而脊髓深背角的甘氨酸能抑制性神经元可抑制这种异常激活[15]。

人类的甘氨酸受体主要有GLRA1、GLRA2、GLRA3、GLRAB四种，甘氨酸受体有四种α1、α2、α3、和β四种亚基[8，14]。功能性甘氨酸受体可以由α亚基单独组成，也可以由α和β亚基构成，而大多数成人甘氨酸受体是α1和β亚基构成的异戊二烯复合物。α2亚基在发育中的神经系统中表达最强，在皮质发育中发挥重要作用[16-17]；α3亚基主要在脊髓浅背角层表达，在脊髓背角对α3亚基的抑制是炎症性痛觉过敏的主要机制之一[3，17-18]；单一的β亚基不能构成甘氨酸受体，但不含有β亚基的甘氨酸受体不能与叶卟啉相互作用，β亚基在突触后部位并不富集，主要集中于突触外和突触前位点，作为神经递质释放促进剂以及紧张性抑制的介质[14]。

甘氨酸转运蛋白可调节细胞外甘氨酸浓度，是抑制性和兴奋性神经递质的关键调节成分。人体内主要的甘氨酸转运蛋白包括高亲和力的选择性甘氨酸转运蛋白-1(GlyT-1)和甘氨酸转运蛋白-2(GlyT-2)[6-8]。GlyT-1和GlyT-2具有50%的氨基酸同源序列，属于Na+依赖性溶质家族，同源的还包含多巴胺、去甲肾上腺素、GABA转运蛋白等[18-19]。GlyT-1转运需两个Na+和一个Cl-的化学单位，GlyT-2的转运需3个Na+和1个Cl-化学单位[6，8]。GlyT-1在整个中枢神经系统中广泛表达，尾部局域(小脑、脑干和脊髓)中表达水平最高，而在前脑区域(海马、纹状体)显著降低;在后脑区域内，甘氨酸转运蛋白主要位于星形胶质细胞上，转运甘氨酸受体突触间隙中的甘氨酸，最终导致抑制性甘氨酸能神经传递的终止。GlyT-2与甘氨酸受体共定位于突触前轴突末端表达，并通过囊泡抑制性甘氨酸转运蛋白(VIAAT)促进甘氨酸再摄取到细胞质中实现再循环[8，18]。因此，GlyT-1和GlyT-2在后脑内具有协同作用，共同调节甘氨酸浓度。甘氨酸转运蛋白抑制剂导致突触甘氨酸浓度的增加，同时伴随的是增强的甘氨酸受体和NMDA受体的活性。

在慢性疼痛或持续性疼痛状态时，神经元处于高度活动性，导致抑制性中间神经元释放的甘氨酸逃逸突触间隙，通过溢出到达附近的NMDA受体，NMDA受体是一种配体和电压门控离子化谷氨酸受体，需要同时结合激动剂谷氨酸和辅助激动剂甘氨酸才能激活，甘氨酸溢出突触间隙有助于促进NMDA受体的激活，而这种机制被认为是慢性疼痛发展的基础[8，14]。但甘氨酸抑制剂会增加细胞外甘氨酸浓度，增加NMDA受体的兴奋性，可能导致慢性疼痛的产生，这与实验结果得出的结论矛盾，可能与甘氨酸是NMDA受体激动的辅助剂，不会导致NMDA受体的过度兴奋有关，而甘氨酸的抑制作用大于兴奋作用，总体上呈抑制性，因此镇痛作用大于致痛作用。

2 利多卡因及其代谢产物抑制甘氨酸转运的生理作用

2.1利多卡因及其代谢产物抑制甘氨酸转运产生的镇痛作用Muth-Selbach U等[20]在急性疼痛模型中，观察到静脉注射利多卡因的镇痛作用可被D-丝氨酸(NMDA受体的甘氨酸结合位点激动剂)拮抗，但不能被L-丝氨酸(NMDA受体B位点拮抗剂)和的士宁(甘氨酸拮抗剂)拮抗；而在神经病理性疼痛慢性收缩损伤模型中，的士宁、D-丝氨酸和CGP78608(NMDA受体甘氨酸结合位点拮抗剂)可拮抗利多卡因的镇痛作用。利多卡因对NMDA受体具有抑制作用，与NMDA受体介导的慢性疼痛一致，利多卡因对于慢性疼痛的镇痛作用可被的士宁拮抗，这证实利多卡因具有类似甘氨酸样作用，其代谢产物可抑制甘氨酸受体。然而D-丝氨酸和CGP78608均能拮抗利多卡因的镇痛作用，这无法用常理解释，可能与在鞘内注射后D-丝氨酸和CGP78608的扩散程度不同，在脊髓内到达的深度不同相关。

为了进一步研究利多卡因及其代谢产物对于甘氨酸转运抑制的作用。Werdehausen R等[4]观察到甘氨酸在卵母细胞中对GlyT-1的表达呈典型的浓度依赖性电流反应,ALX5407(GlyT-1抑制剂)可有效抑制兴奋电流，而肌氨酸可产生与甘氨酸相似的内向电流。研究者将利多卡因4 μM、单乙基甘氨酸(MEGX)2.5 μM、甘氨酰二甲苯胺(GX)0.3 μM和N-乙基甘氨酸(EG)30 μM混合注射模拟连续静脉注射利多卡因，观察到在低浓度的甘氨酸环境中(10 μM)，甘氨酸摄取率并未发生变化，而随着细胞外甘氨酸浓度的增加(25～100 μM)，甘氨酸摄取率从43%下降至27%。因此，利多卡因及其代谢产物抑制甘氨酸摄取的抑制作用取决于细胞外甘氨酸的浓度。静脉注射临床治疗剂量(1～10 μM)以及大剂量(100 μM)利多卡因后，细胞内外的甘氨酸浓度与对照组无差异，只有细胞毒浓度的(1 mM)利多卡因才可轻微抑制甘胺酸的摄取，表明常规剂量的利多卡因对GlyT-1无作用。然而，MEGX、GX、EG均可抑制甘氨酸的摄取，并且呈浓度依赖性[4]。静脉注射EG能改善小鼠的炎症性痛觉过敏和神经病理性疼痛痛觉过敏[21]。在卵母细胞中，EG孵育后，可获得浓度依赖性甘氨酸样反应，预先对卵母细胞孵育ALX5407，可完全抑制EG诱导的电流，但在GlyT-2表达的卵母细胞中，没有观察到EG诱发的电流，甘氨酸和EG的混合物与单独应用甘氨酸相比无差异，说明EG不是GlyT-2的底物或部分抑制剂，而是GlyT-1的底物的类似物[20-21]。在非洲瓜蟾卵母细胞中，孵育利多卡因的代谢产物MEGX后，甘氨酸结合甘胺酸转运体诱导的电流明显降低[4]，表明MEGX可直接对GlyT-1产生抑制作用。

2.2利多卡因及其代谢产物对中枢系统的作用精神分裂症是一种复杂而具有破坏性的神经精神障碍，它包括阳性症状(听觉、视觉和妄想行为)、阴性症状(感情迟钝)和认知功能障碍(工作记忆和选择性注意力缺陷)，皮质下和皮层NMDA受体功能低下是导致精神分裂症的原因之一，高特异性的NMDA受体通道阻滞剂氯胺酮可导致一系列精神分裂症相关症状，因此增强NMDA受体可能改善精神分裂症的相关症状[22]。GlyT-1抑制剂可使细胞外甘氨酸浓度的增加，伴随着甘氨酸受体和NMDA受体活性的增加。在体外循环下冠状动脉旁路移植术中持续泵注利多卡因后，可降低术后认知功能障碍发生率，但目前具体作用机制并不明确，其中微栓子学说认为微栓子是体外循环术后脑损伤的主要原因之一，而利多卡因通过减少微栓子的形成影响术后脑功能的恢复[23]。利多卡因抑制甘氨酸摄取，增加细胞外的甘氨酸浓度，抑制性神经元表达有助于神经元以及脑功能的保护[24]，而且甘氨酸浓度的增加可导致NMDA受体兴奋性表达。GlyT-1抑制剂已被广泛研究作为一种潜在的方法治疗中枢系统疾病，包括精神分裂症、抑郁症、焦虑、强迫症和成瘾等。

2.3利多卡因及其代谢产物对内分泌系统的影响糖尿病和肥胖患者血糖和能量平衡失调的原因之一是肝脏生成葡糖糖异常增加和能量摄入增加，恢复代谢稳态对于糖尿病和肥胖患者的治疗至关重要[25]。抑制GlyT-1可降低糖尿病动物模型的葡萄糖耐量、葡萄糖生成量、摄食量和体质量增加，而且还可以改善葡萄糖稳态，而不依赖于胰岛素水平的升高[25]。可能与抑制GlyT-1增加脊髓背角的甘氨酸浓度，增强NMDA受体的表达，激活脑-肝轴,从而降低健康动物体内的葡萄糖生成有关，但GlyT-1对葡萄糖的影响依赖于肝迷走神经在大脑和肝脏的沟通[26]，具体的作用通路并不清楚。持续静脉注射利多卡因可有效抑制糖尿病性触觉性疼痛，糖尿病引起的高血糖可导致脊髓背角小胶质细胞由静止状态转为活化表型，利多卡因主要抑制小胶质细胞p38的通路改善糖尿病性触觉性疼痛，而且利多卡因下调IFN-γ诱导型氧化合成酶和IL-1的基因诱导，利多卡因预处理可显著降低IFN-γ对单核细胞趋化蛋白的趋化反应。

3 小结

利多卡因的代谢产物单乙基甘氨酸直接抑制GlyT-1，N-乙基甘氨酸是GlyT-1替代底物，均可抑制甘氨酸的转运，增加脑脊液和血液中甘氨酸浓度。脑脊液和血液中甘氨酸浓度增加，恢复了脊髓甘氨酸的抑制作用，降低慢性疼痛的发生率；甘氨酸浓度的增加可导致NMDA受体的兴奋，可缓解精神分裂症症状；甘氨酸浓度的增加可降低糖尿病动物模型的葡萄糖耐量、葡萄糖生成量、摄食量和体质量增加，而且还可以改善葡萄糖稳态，而不依赖于胰岛素水平的升高。但甘氨酸转运抑制剂作为一种潜在的慢性疼痛以及认知功能障碍的药物，值得人们进一步研究。