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综述文献
δ阿片受体研究新进展
2014-10-10 16:20:21 来自:杜新忠戒毒网 作者:金昔陆 周德和 池志 阅读量:1

  1973年证实脑内有阿片受体存在以来,已证明脑内至少存在着μ、κ、δ 3种阿片受体。1992年以来已成功地克隆出了μ、δ、κ阿片受体,属于G蛋白耦联受体〔1〕;并通过基因定点突变、构建嵌合受体等方法对阿片受体结构和功能的研究取得新的进展。本文拟主要就δ阿片受体研究进展进行综述。

    1 δ阿片受体的克隆

  1992年美国Evans和法国Kieffer等〔2,3〕分别应用表达克隆方法首先从NG108-15细胞株克隆出了δ阿片受体,其由372个氨基酸(Evans)和371个氨基酸组成(Kieffer;93年Kieffer报导纠正亦为372个氨基酸)。此后Yasuda等〔4〕从小鼠脑cDNA文库中分离克隆出的δ受体亦为372个氨基酸。克隆出的δ阿片受体对δ受体选择性激动剂DPDPE、DSLET及拮抗剂naltrindole有高亲和力,而对μ、κ受体选择性激动剂及拮抗剂则亲和力低;属于G蛋白耦联受体,激动剂能抑制cAMP形成。Fukuda等〔5〕从大鼠脑中克隆出的δ受体也由372个氨基酸组成,与小鼠δ受体有97%的相同。在NG 108-15细胞、小鼠、大鼠脑中有1.4~9 kb的多种δ受体mRNA〔5,6〕。Knapp、Simonin等〔7,8〕报导克隆表达出人的δ受体,也为372个氨基酸,与小鼠和大鼠δ受体氨基酸序列有94%的相同。人δ受体mRNA分布于皮层、嗅球、海马、杏仁核、基底神经节和下丘脑。此外,我所周德和等在中国仓鼠卵巢(CHO)细胞上表达出δ阿片受体,其对DPDPE、DSLET、etorphine、纳洛酮有高亲和力,而对μ受体选择性激动剂羟甲芬太尼、DAMGO和κ受体选择性激动剂U50488H以及吗啡亲和力低。

    2 δ阿片受体基因

  Southern印迹法分析得编码δ受体的基因分别定位在小鼠染色体的4D带和人染色体lp34,3-lp36,1带间;在小鼠和人δ受体基因编码区域中含2个内含子〔8,9〕。应用小鼠δ受体cDNA序列作探针,从小鼠基因库中分离出跨越整个δ阿片受体编码序列及5′和3′侧翼区的克隆,从位于转译起始密码子ATG上游-140 bp至-390 bp间的转录起始位点到位于终止密码子TGA下游1240 bp处的多聚腺苷酸化位点,长度为32 kb;其间2个内含子分别为26 kb和3 kb;外显子/内含子拼接位点分别位于相对于δ阿片受体cDNA序列中核苷酸255/256和605/606处,即相对于δ阿片受体第1个细胞内环N-末端的Arg76和第2个细胞外环N-未端的Asp193处。此外,规范的5′-AATAAA多聚腺苷酸化信号位于多聚腺苷酸化位点前11 bp处。

  核糖核酸酶(RNase)保护分析结果显示,δ阿片受体基因的转录起始位点存在于转译起始密码子ATG前的-140 bp 至-390 bp序列间,其间存在富含GC碱基的序列,其中最强的2个转录起始位点存在于转译起始密码子ATG前的-142 bp和-324 bp处。对δ阿片受体基因上游5′侧翼区的核苷酸序列分析显示,其启动子区域 不存在TATA和CCAAT盒,整个转录起始区域 存在至少6个潜在的转录因子Spl结合位点,8个潜在的对cAMP反应转录增强子AP-2的结合位点;在强转录起始位点上游-163 bp处存在着一个基因活化因子NF-κ B结合位点;在转译起始密码子ATG前的-817 bp处存在着一个神经生长因子诱导转录活化因子NGF1-B的结合位点;在转译起始密码子ATG前的-1149 bp和-1207 bp处存在着两个细胞因子基因转录活化因子NF-IL6结合位点。

  人δ阿片受体基因两个拼接位点也位于δ阿片受体的Arg76和Asp193处。人δ阿片受体基因有潜在的翻译后修饰信号,例如两个在氨基端的公认的N-糖基化位点和在第3个细胞内环和胞浆区域5个激酶同感序列。

    3 δ阿片受体的结构和功能

  Kong等〔10〕结果表明在克隆小鼠δ阿片受体第2跨膜域中高度保守的天门冬氨酸95(Asp95)残基被天门冬酰胺(Asn)置换后,此突变体与δ受体选择性激动剂DPDPE、DSLET、Met-enkephalin、SIOM、deltorphin的亲和力显著降低;而对δ受体选择性拮抗剂naltrindole、NTB、BNTX以及如bremazocine、(-)buprenorphine非选择性阿片受体激动剂的亲和力没有改变。突变的δ受体仍与G蛋白耦联。在90 mmol.L-1NaCl存在下,突变的δ受体与其激动剂的结合活性几无变化。此结果提示δ受体上可能有激动剂和拮抗剂不同的结合区域;Asp95对高亲和力的δ受体选择性激动剂的结合是必需的,也可能是Na+介导阿片受体与其激动剂结合活性下降的作用部位。

  Kieffer等〔11〕结果表明将小鼠δ阿片受体第Ⅲ跨膜域中保守的Asp128残基突变为丙氨酸(Ala)除去羧化基团后,此突变体并不改变δ受体选择性肽类激动剂〔3H〕-DTLET和非选择性生物碱类拮抗剂〔3H〕-diprenorphine的亲和力;对于bremazocine、diprenorphine,纳洛酮,DTLET, DADLE, DPDPE, deltrophine Ⅱ,BW373U86,naltrindole的Ki值均无明显改变,说明Asp128残基突变为Ala后,并不影响这些阿片物质与δ受体的结合。在120 mmol.L-1NaCl存在下,COS细胞中表达的δ受体对DTLET, DADLE 的Ki值分别增加50和18倍,而BW373U86的Ki值则无明显改变(1.3倍)。但在此突变体上,在120 mmol.L-1NaCl存在下,DTLET, DADLE和BW373U86的Ki值分别增加150,2 800和8倍,这一结果提示在Na+诱导的阿片受体低亲和力状态下,Asp128羧化基团有助于δ受体激动剂与δ受体的结合。

  当进一步将Asp128残基突变为更为保守的Asn后,此突变体与〔3H〕-diprenorphine的结合表现几乎检测不到,而〔3H〕-naltrindole的亲和力仍然在 nmol.L-1水平;DTLET, DADLE, DPDPE以及deltrophin Ⅱ的亲和力显著降低(Ki>5~7 μmol.L-1);BW373U86和naltrindole与此突变体的结合强度降低25倍(但仍在 nmol.L-1水平);纳洛酮的亲和力降低50倍(Ki为1330 nmol.L-1),bremazocine的亲和力也显著降低(Ki>5 μmol.L-1);表明Asp128突变为Asn128后,可明显影响与阿片配体的结合,对肽类配体的影响更大。这一现象与近年在构建μ/δ和μ/κ嵌合受体中发现有肽类和非肽类配体的不同结合区域的现象相类似。上述结果表明,在高亲和力状态下,δ阿片受体第Ⅲ跨膜域中Asp128羧化基团并没有与阴离子阿片配体引成离子键(盐桥);Asp128羧化基团被Asn128的氨基取代后,此突变体可明显影响与阿片配体的结合,表明Asp128是处于受体结合位点的关键区域。

  Fukuda等〔12〕使用大鼠δ和μ受体的cDNA的不同片段构建δ/μ嵌合受体,分析它们与配体的结合性质,发现δ受体中第5跨膜域至第7跨膜域部分对DPDPE的高亲和力结合选择性是主要的作用部位,δ受体中第3跨膜域靠近羧基端的一半处到第2细胞外环,以及羧基末端胞浆部分只是部分参与DPDPE的高亲和力结合;δ受体氨基末端胞外部分和第1跨膜域直至第3跨膜域靠近氨基末端一半处的部分对DPDPE的高亲和力结合没有影响。Meng等〔13〕也发现δ阿片受体的第6跨膜域和第3细胞外环对δ受体选择性配体的高亲和力结合是必需的。

  Varga等〔14〕把人δ阿片受体的第3个细胞外环用人μ阿片受体中相应的第3个细胞外环部分置换,结果表明在野生型人δ受体和δ/μ嵌合受体中对〔3H〕-diprenorphine的亲和力并没有改变,但却显著降低了δ受体选择性肽类激动剂pCI-DPDPE和deltrophineⅡ及δ受体选择性非肽类激动剂SNC 121和(-)TAN-67的亲和力;而对μ受体选择性激动剂DAMGO,dermorphin,吗啡的亲和力没有改变,纳洛酮的亲和力却增加约5倍;说明人δ受体的第3个细胞外环决定了δ受体激动剂的选择性。另有结果表明δ受体的第3个细胞外环也决定了δ受体选择性拮抗剂naltrindole选择性〔18〕。Varga等进一步分别把第3细胞外环区域内芳香氨基酸色氨酸(Try284)突变为亮氨酸(Leu284),带正电荷的精氨酸(Arg291)突变为丝氨酸(Ser291),Arg292突变为谷氨酸(Glu292),组氨酸(His301)突变为Asn301,突变体对〔H3〕-naltrindole和〔H3〕-pCl-DPDPE的亲和力没有影响。另有结果表明如果同时将Arg291和Arg292突变为中性氨基酸谷氨酰胺(Gln),则显著降低DSLET对δ受体的亲和力达30多倍。Try284突变为Leu284后对SNC 121的亲和力显著下降约42倍,而(±)TAN-67的亲和力仅降低3.6~5倍。这些结果说明δ阿片受体的第3个细胞外环决定了δ受体选择性配体对δ受体的选择性;但与之相作用的环内氨基酸残基对每一种结构类型的配体来说似乎是不同的。

  王春和及周德和等〔15,16〕证实C末端截短31个氨基酸的突变δ阿片受体对diprenorphine及DADLE的亲和力没有改变,说明δ阿片受体的C末端与受体结合配体的亲和力及选择性无关;并且证明δ阿片受体的C末端在抑制激动剂DPDPE激活的AC活性及受体转移和定位于细胞膜上的过程中并不重要。Trapaidze等〔17〕证明δ阿 片受体的C末端15或37个氨基酸中含Ser344到Gly365这一区域参与δ阿片受体由激动剂DADLE介导的快速内吞过程。

  Fukuda等发现δ受体中从第1细胞内环到第3跨膜域靠近氨基末端一半处的部分被相应的μ受体中此部分取代的δ/μ嵌合受体除了对DPDPE表现出了与野生型δ受体上的高亲和力结合外, 对μ受体选择性肽类激动剂DAMGO也表现出了与野生型μ受体上的高亲和力结合,而吗啡则无此作用;只要含有μ受体上述部分的δ/μ嵌合受体,均可表现出与DAMGO的高亲和力结合。为什么δ受体中的第1细胞外环被μ受体中相应部分取代就对DAMGO表现出高亲和力结合呢?Minami等〔19〕进一步分析δ受体此部分与相应的μ受体中此部分的氨基酸序列,发现只有7个氨基酸残基不同;因而在δ受体中将上述7个氨基酸残基逐个点突变为μ受体相应位置上的氨基酸残基,结果发现7个δ突变受体中只要赖氨酸(Lys108)残基突变为μ受体相应位置上的Asn时,就表现出了对DAMGO的高亲和力结合,接近于野生型μ受体上的亲和力,说明Lys108残基有重要作用。当Lys108残基用另19种氨基酸残基取代后,与野生型δ受体相比较,DAMGO在此19种突变δ受体中的亲和力均显著提高。当μ受体相应位置上Asn127残基突变为Lys后,DAMGO在此突变μ受体中的亲和力降低约13倍,说明DAMGO为何区别μ和δ受体是因为δ受体中的Lys108残基阻止了DAMGO与δ受体的结合。此结果与Fukuda等结果相似 。

  Claude等〔20〕在构建δ和μ受体的δ/μ嵌合受体时发现,δ受体中的N-末端到第1个细胞外环部分被μ受体此相应部分置换形成的δ/μ嵌合受体对DPDPE和亲和力没有明显变化,DPDPE抑制forskolin刺激诱导的AC活性的强度与在野生型δ受体上的抑制强度相近;然而多种阿片受体拮抗剂如纳洛酮、naltriben、 naltrindol、 naltrexone,δ受体选择性拮抗剂TIPP、TIPPΨ不能从功能上拮抗DPDPE的作用,并且都剂量依赖性抑制forskolin刺激AC活性的作用,其最大抑制与DPDPE相似。当此嵌合受体与G蛋白耦联内向整流钾通道(GIRK1)在非洲蟾蜍卵母细胞上表达时,纳洛酮、TIPPΨ能 活化GIRK1电流。对此δ/μ嵌合受体进行核苷酸序列分析发现是587位的核苷酸C突变为T,结果导致第4跨膜域中的丝氨酸(Ser196)被突变为亮氨酸(Leu196)。当把Leu196突变回Ser196,DPDPE的亲和力和抑制强度并没有改变,然而纳洛酮和naltriben在μmol.L-1浓度并不能抑制forskolin刺激AC的活性,但能翻转DPDPE的抑制AC活性;TIPPΨ也能部分翻转DPDPE的作用,纳洛酮并不能活化GIRK1;说明Ser残基恢复取消了上述拮抗剂的激动剂活性,这个Ser残基的重要性又进一步在野生型δ阿片受体上进行研究,即把δ受体中的Ser177突变为Leu177,在突变的δ受体上,DPDPE和deltorphinⅡ都有高亲和力,纳洛酮,naltriben, naltrexone,TIPPΨ能抑制forskolin刺激的AC活性约45%;在表达突变的δ受体和GIRK1的卵母细胞中,DPDPE和TIPPΨ也能活化GIRK1电流。这些结果认为第4跨膜域中的Ser残基在δ阿片受体活化中有重要作用;这个Ser残基被突变并不影响激动剂的亲和力及活性,但可使经典拮抗剂被给予激动剂的性质。

  使用基因定位突变、构建嵌合受体方法深化了δ阿片受体结构和功能关系的研究。

    4 δ阿片受体介导阿片物质的镇痛效应

  Pasternak等〔21〕在NG108-15细胞及小鼠整体鞘内中给予针对δ-受体特异的反义寡聚脱氧核苷酸(18~20)碱基能降低与〔3H〕-DPDPE的结合;并降低DPDPE和DeltorphinⅡ的镇痛作用,而对DAMGO、U50488 H的镇痛作用无影响。Wang等〔22〕在小鼠脑室内给予DPDPE、deltorphin Ⅱ,其镇痛作用可被针对δ受体的反义寡聚脱氧核苷酸所阻断,而对DAMGO、U50488 H的镇痛作用无影响。Garzon等〔23〕给小鼠侧脑室注射抗δ阿片受体IgGs后,DPDPE、DADLE、deltorphin Ⅱ、β-endorphin(1~13)的镇痛作用被降低,与选择性δ阿片受体拮抗剂ICI174864降低程度相同;而对吗啡、DAMGO的镇痛作用无影响。小鼠P2脑膜受体制备与抗血清预先温孵后可显著降低〔3H〕-DPDPE与膜结合达30%~65%;而对〔3H〕-DAMGO与膜的结合无影响。此证明克隆的δ阿片受体参与阿片类脊髓上的镇痛作用。

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