焦虑神经环路的TRPV1表达与调控

赵雅丽，杨清湖，3，4，杨 亮，3，4，何 法，刘 霞，3，4，白占涛，3，4

(1.延安大学 生命科学学院；2.延安大学 多肽资源药物研究中心；3.延安市特色资源生物工程技术研究中心；4.陕西省区域生物资源保育与利用工程技术研究中心，陕西 延安 716000)

焦虑是人对未来或不确定事件过度紧张、担心或害怕的本能情绪，过度焦虑将产生神经精神功能障碍性焦虑症和慢性致残性疾病[1]。现代社会焦虑人群的泛化，催生焦虑症已成为新的医学热点和社会难题[2]。焦虑主要包括恐慌症、社交焦虑症、广泛性焦虑症、强迫症和创伤后应激障碍[1]。焦虑主要表现为持续的觉醒、警觉和恐惧，伴随性防御和自主反应变化[3]。

焦虑由不同脑区间局部或长程连接进行调节，涉及的脑区有杏仁核(Amygdala,AMYG)、海马(Hippocampus,HIP)、前额叶(Prefrontal cortex,PFC)、终纹床核(Bed nucleus of the stria terminalis,BNST)等[3]。其中AMYG和PFC在处理恐慌症中发挥重要作用[4]；AMYG、HIP的结构和活动变化被认为是社交焦虑症的生物标记[5]；广泛性焦虑症患者的部分脑区存在功能障碍，主要是PFC[6]；强迫症患者纹状体、丘脑的结构及功能发生了改变[7]。这些焦虑脑区通过局部或长程连接形成焦虑神经环路，经典的焦虑神经环路包括基底外侧杏仁核(Basolateral amygdaloid nucleus,BLA)-腹侧海马(Ventral hippocampus,vHPC)、内侧前额叶皮层(Medial prefrontal cortex,mPFC)-vHPC、BNST-中央杏仁核(Central amygdala,CeA)。AMYG是处理信息的中心[8]，其下游区域是vHPC，vHPC与BLA相互连接[9]，激活BLA-vHPC突触可以促进焦虑的发生，而抑制BLA-vHPC突触可以减少焦虑的发生[10]。BNST和CeA组成一个前脑单元，又被称为拓展杏仁核，这两个核团形成密集的投射调节焦虑[11]。mPFC也参与了恐惧和焦虑的调节，在调节先天性焦虑时，mPFC与vHPC协调工作，发挥重要作用[12]。

神经肽是由神经元在适当刺激下产生和释放的，它被认为是中枢神经系统(Central nervous system,CNS)和周围神经系统(Peripheral nervous system,PNS)中各种生理和病理过程的调节剂。在CNS中，神经肽与经典神经递质共存、共释放，共同调节焦虑反应，起主要作用的神经递质是氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid,GABA)和谷氨酸(Glutamate,Glu)[13]。GABA是CNS中最丰富的抑制性神经递质，它由Glu合成，是调节焦虑状态的一个关键神经递质[14],Glu是大脑中主要的兴奋性神经递质，通过调节边缘脑结构神经元兴奋性参与焦虑[15]。瞬时受体电位香草酸亚型1(Transient receptor potential vanilloid 1,TRPV1)已经被证实能够通过促进突触前Glu的释放而增强兴奋性Glu传递[16]。以往认为，TRPV1是外周伤害性感受器分子。因此，本文重点解析焦虑神经环路中TRPV1的时空分布和调控通路，明确中枢TRPV1与焦虑的相关性机制，为以TRPV1为靶向的焦虑症诊断提供新的策略。

1 TRPV1的表达分布与焦虑

TRPV1，是一种假定的跨膜蛋白，其孔隙区域位于跨膜6段和5段之间，它在CNS和PNS广泛表达。在CNS，TRPV1主要在小脑、皮层、海马、齿状回、杏仁核、缰核、下丘脑、视交叉上核、黑质等脑区表达[17]。在PNS，TRPV1在许多组织中高度表达，包括迷走神经、脊髓感觉神经、胃和脂肪组织。

研究发现，TRPV1除了参与PNS的伤害性回路，也在CNS中涉及广泛的功能和行为,如恐惧、焦虑、压力，突触可塑性等多种功能[17]。其中突触可塑性是大脑用来让动物适应和响应环境变化的关键细胞机制，这一功能被称为经验依赖可塑性或使用依赖可塑性。在CNS中TRPV1表达于突触前和突触后。TRPV1在突触前表达时通常可增强兴奋性神经递质Glu的释放，例如，在黑质、下丘脑和其它区域；TRPV1在突触前的表达时也会抑制谷氨酸的释放。TRPV1在突触后表达时往往会激活钙敏感信号通路，介导突触可塑性的调节[16]。这些结果表明，焦虑调控中Glu和钙信号都扮演了重要角色。因此，明确TRPV1与焦虑的相关性及调控机制至关重要。

除TRPV1,瞬时受体电位M2亚型 (Transient receptor potential melastatin 2,TRPM2)敲除小鼠表现出焦虑样行为的增加，瞬时受体电位C4亚型 (Transient receptor potential canonical 4,TRPC4)敲除小鼠的焦虑程度会低于野生小鼠，瞬时受体电位C5亚型(Transient receptor potential canonical 5,TRPC5)敲除小鼠比野生型小鼠表现出较少的先天性恐惧；TRPC4和TRPC5双敲小鼠在受到触发先天恐惧的刺激时，表现出焦虑样表型的减少[18]。这些中枢神经TRP通道是否具有相似或相同的分子细胞机制，有待阐明。

2 TRPV1与焦虑相关分子

GABA、Glu、血清素、促肾上腺皮质激素释放因子(Corticotropin-releasing factor,CRF)都参与了焦虑行为的调控。药理学和遗传学研究学表明，GABA受体功能障碍是焦虑症的诱因，其中GABAB受体在焦虑症发病机制中起关键作用，代谢型GABAB受体通过诱导超级化或通过兴奋性神经递质释放在突触后或突触前发挥其对焦虑样行为的调节[19]。缺乏GABAB1亚基或GABAB2亚基的小鼠表现出更多的焦虑。GABAB受体可直接调节血清素系统[20]。血清素是中枢信息处理中的单胺类神经递质[21]，主要参与恐慌症的调节[22]，它也参与广泛性焦虑症的调节[23]。GABA可通过介导促肾上腺皮质激素释放因子去调节焦虑，当CRF被激活后，GABA转换为CRF介导的抗焦虑作用。Glu是合成GABA的一种兴奋性神经递质，主要参与突触可塑性和认知，Glu受体是一种位于神经元细胞膜上的突触受体，负责Glu介导的神经细胞突触后兴奋[24]。突触可塑性和空间记忆与焦虑密切相关[25]。

综上，TRPV1主要通过调节Glu的产生介导焦虑。TRPV1激动剂辣椒素可以激活孤束中的一个神经元亚群，诱导内向电流和自发活动的增加，从而促进Glu的释放，而TRPV1对钙水平的调节是促进Glu释放所必需的。同时，辣椒素通过激活海马神经末梢的TRPV1，激活钙调神经磷酸酶，从而抑制钙离子通道减少其诱发的Glu释放。TRPV1在初级传入纤维上的激活可刺激脊髓中的抑制性神经元，从而导致GABA的释放增加[26]，且TRPV1和GABAB受体被发现在初级痛觉神经元中共表达[27]。据此推测，中枢TRPV1以和GABAB同样的方式调节焦虑，即TRPV1通过兴奋性神经递质释放在突触后或突触前发挥其对焦虑样行为的调节。在炎症条件下，通过PKC和PKA介导的信号通路激活血清素受体的生物合成的增加会促进TRPV1的功能增强，从而在体内产生炎症性过敏[28]。这些结果提示，在中枢GABAB通过调节血清素，促进TRPV1功能增强，从而调节焦虑相关行为。

3 TRPV1与焦虑环路3.1 TRPV1与BLA-vHPC焦虑环路

BLA-vHPC神经环路参与焦虑行为调控[29]。通过光遗传方法与体内药物操作和体外全细胞膜片钳记录相结合，剖析此焦虑环路机制，证明激活BLA的末端为vHPC锥体神经元提供了单突触的，谷氨酸能输入,从而调节焦虑相关行为。TRPV1在BLA和vHPC中都有表达，它主要在AMYG皮质后内侧亚核和海马OLM间神经元亚群中表达，同时TRPV1还在海马区的CRs质膜上表达，CR末端的TRPV1可以有效的控制Glu释放到突触后GABA能靶点上。BLA-vHC神经环路参与的焦虑行为主要是通过调节BLA或vHPC脑区神经递质浓度以及神经递质受体，进而影响神经兴奋性，调控焦虑行为[30]。其中BLA受到包括胆碱能、去甲肾上腺素能、血清素能和多巴胺能输入在内的多种中脑神经递质系统的支配，并受神经肽、胆囊收缩肽、垂体腺苷酸环化酶激活肽和催产素等神经肽的调节。BLA内神经递质和神经调节因子相互作用，共同调节焦虑过程。神经递质可促进或阻断突触可塑性，对焦虑产生相反作用。例如，AMYG中5-羟色胺1A(5HT1A)受体中血清素的激活会抑制钾电流的产生并具有抗焦虑作用，而5-羟色胺2C(5HT2C)受体中血清素的激活会引起细胞内钙浓度升高，导致神经元过度兴奋，从而促进焦虑[30]。抑制投射到vHPC的Glu会减少焦虑样行为，同时vHPC中超极化激活的环核苷酸门控通道1的下调也会抑制焦虑样行为[29]。TRPV1已经被证实能够通过促进突触前Glu的释放而增强兴奋性Glu传递[16]。TRPV1或血清素受体中枢阻断可减弱受损和未受损神经中枢末端的敏化、机械痛觉过敏。已有研究表明，在vHPC中阻断TRPV1的表达具有抗焦虑的作用，而BLA通过调节大麻素1型(Cannabinoid type 1,CB1)受体和TRPV1的表达来调节焦虑，且花生四烯酸乙醇胺(Anandamide,AEA)通过激活BLA边缘区域的TRPV1和CB1受体来调节焦虑[31]。因而，在BLA-vHPC这一焦虑神经环路中，TRPV1主要是通过调节谷氨酸神经递质的释放和再摄取来调节焦虑，重点是调节社交焦虑症。

3.2 TRPV1与mPFC-vHPC焦虑环路

mPFC-vHPC神经环路参与了焦虑行为的调控[32]。利用全细胞膜片钳技术监测在焦虑相关行为实验中海马局部场电位的变化，发现在焦虑状态下，vHPC和mPFC之间的频率是同步变化的。TRPV1在PFC和HIP中都有表达，它主要分布在PFC的II/III和V层，接收来自边缘前区的投射。mPFC-vHC神经环路参与焦虑行为主要是通过调节内源性大麻素的转运，调控焦虑相关疾病。vHPC中内源性大麻素神经传递的增加会诱发焦虑样行为。在海马中，CB1受体主要在GABA能而不是谷氨酸能的末端表达，且广泛表达于突触前末端调节神经递质的释放，如GABA和Glu，进而控制焦虑行为。结果表明，在vHPC中促进内源性大麻素系统的神经传递会调节焦虑样行为[33]。将vHPC中TRPV1的药理学阻断，可显著降低小鼠的焦虑样行为 ，在PFC中注入TRPV1激动剂辣椒素也会产生抗焦虑反应。TRPV1还与其它的神经递质相互作用，如内源性大麻素，共同参与焦虑调控。内源性大麻素在调节情绪相关障碍中起着基础性的作用，在大脑中，该系统主要由CB1、内源性大麻素激动剂以及负责其合成和降解的酶组成[34]。内源性大麻素是一类重要的非典型神经递质，可以从神经元的胞膜合成，以响应细胞内钙的升高，这些神经递质参与调节与焦虑相关的行为反应[35]。CB1受体是在中枢神经系统中普遍表达的G蛋白偶联受体家族的成员，激活CB1受体会抑制焦虑相关反应，在大脑部分区域，如HIP和PFC中CB1受体与TRPV1受体标记的神经元位于同一位置，但它们的激活却以不同的效应调节情绪反应[35]。CB1受体的激活会抑制相关的焦虑反应，而TRPV1的激活则会促进相关的焦虑反应，阿南酰胺可能通过与CB1和TRPV1受体相互作用，分别参与焦虑样行为的抑制或促进过程[36]。据报道，大麻素2型(Cannabinoid type 2,CB2)受体也可能参与调节焦虑样行为。这些结果进一步提示，在mPFC-vHPC这一焦虑神经环路中，TRPV1主要是通过调控内源性大麻素神经递质的转运来调节焦虑，重点调控的是广泛性焦虑症。

3.3 TRPV1与BNST-CeA焦虑环路

研究表明BNST-CeA神经环路参与焦虑行为的调控[37]。通过光遗传技术刺激CeA投射到背外侧终纹床核(dlBNST)神经元末端，看是否会影响雄性大鼠的焦虑样行为。结果表明dlBNST神经元突触到CeA神经元上，并且对CeA投射到dlBNST神经元末端的光刺激产生了焦虑作用。TRPV1主要在AMYG皮质后内侧亚核中表达，而BNST是连接AMYG与下丘脑的一个区域。研究发现，BNST-CEA神经环路参与焦虑行为主要是通过调节BNST或CeA脑区相关信号通路及受体的表达，进而影响神经元活性，调控焦虑行为。CeA中的GABAARs可以作为焦虑的潜在治疗靶点，而甲基丁子香酚能够增强CeA神经元的GABA能抑制性，从而抑制其它神经元的兴奋性，所以通过干扰AMYG中GABA能的抑制性来调节焦虑过程[38]。CeA中还存在δ蛋白激酶C(protein kinase Cδ,PKCδ)信号通路，该通路被CRF受体刺激激活，介导神经末梢的GABA释放，并参与焦虑调控[39]。激活BNST中的降钙素基因相关肽(Calcitonin gene-related peptid,CGRP)受体会诱发焦虑样行为，并在与焦虑有关的BNST传出结构中诱导了神经元的激活[40]。大量数据表明，位于BNST-AL椭圆形核中的CRF神经元发挥了促焦虑作用[41]。dlBNST中的神经元，包括生长抑素神经元，可以通过改变对中脑的投射来调节焦虑，或者通过与其它BNST核(如前嗅BNST和腹侧BNST)中神经元的相互作用来调节焦虑，证明这些神经元参与影响焦虑相关行为[42]。大多数从CeA投射的dlBNST神经元，无论是II型还是III型，都是GABA能的[37]。在BLA中特异性介导的焦虑分解需要同时使CB1受体激活和TRPV1失活，而内源性大麻素AEA可能通过激活BLA边缘区域的TRPV1和CB1受体来调节焦虑状态。在PNS，生长抑素受体可以调节TRPV1的表达[43],炎症条件下，炎症介质会刺激TRPV1使其释放肽物质和CGRP等神经肽，且TRPV1与CGRP在小鼠背根神经节中有大量共定位[44]。推测在中枢，TRPV1与SSTRs和CGRP存在着互作关系。已有的证据表明PKCδ能够调节TRPV1的反应，TRPV1活性的增强需要PKCδ的直接磷酸化[45]。暗示在BNST-CeA焦虑神经环路中，TRPV1主要是通过调控相关信号通路及受体的表达来调节焦虑，重点调节恐慌症。

4 结语

本文基于TRPV1在中枢表达的新视角，探析其在焦虑神经环路的时空分布和调控通路，明确了中枢TRPV1与焦虑的相关机制，确定了中枢TRPV1可作为新的焦虑分子，提出基于TRPV1的不同焦虑类型诊断和治疗策略。在经典焦虑神经环路BLA-vHPC、mPFC-vHPC、BNST-CeA中，TRPV1拮抗剂作用于vHPC、BNST脑区或在PFC脑区注入TRPV1激动剂都可缓解相关焦虑症状。BLA-vHPC、mPFC-vHPC、BNST-CeA可通过调节TRPV1活性影响Glu、内源性大麻素等神经递质合成释放及相关PKCδ等信号通路的激活，分别调节社交焦虑症、广泛性焦虑症、恐慌症。虽借助特异性药理手段，可实现基于TRPA1的焦虑控制，但中枢TRPV1的内源性分子调制机制仍有待深度阐明，更亟需脑区TRP通道靶向性新焦虑药物设计和发现。除此之外，TRPC4、TRPC5、TRPM2在调节焦虑方面也发挥着重要作用，但目前关于它们调节焦虑的作用方式尚不清楚，有待进一步探究。