突触后致密物蛋白95与疼痛

陈海军(综述)，万燕杰，徐　静(审校)

(1.徐州医学院 江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室，江苏 徐州 221002； 2.上海市浦东新区公利医院疼痛科，上海 200135)

突触后致密物蛋白95与疼痛

陈海军1△(综述)，万燕杰1，2※，徐静2(审校)

(1.徐州医学院 江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室，江苏 徐州 221002； 2.上海市浦东新区公利医院疼痛科，上海 200135)

摘要：突触后致密物(PSD)是位于中枢神经系统突触后膜的特殊结构，它是由一系列细胞骨架蛋白与受体、激酶等传递突触信号相关分子结合形成，包括N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体、神经型一氧化氮合酶(nNOS)等。近年来研究发现，作为PSD中一种重要的结构蛋白——PSD蛋白95(PSD-95)通过与NMDA受体、nNOS的相互作用参与了疼痛信息的处理过程。特异性针对PSD-95的抑制剂可表现出显著的镇痛作用。

关键词：疼痛；突触后致密物蛋白95；N-甲基-D-天冬氨酸；NR2B；一氧化氮合酶

疼痛是一种与组织损伤或潜在损伤相关的不愉快的主观感觉和情感体验。据报道，在全球有15%～25%的成年人正遭受疼痛的困扰，其中以老年人居多[1]。随着我国老龄化社会的到来，疼痛患者也将会越来越多。从目前医疗水平看，疼痛的治疗手段还很有限，或效果不佳或不良反应太大。但大量研究已经证明，N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体的激活在疼痛信息的处理过程中发挥了关键作用[2-3]。在中枢神经系统的突触部位，突触后致密物(postsynaptic density,PSD)蛋白95(PSD-95)作为一个结构蛋白，可以将NMDA受体与神经元内部信号分子连接在一起[4]。这表明，PSD-95可能通过NMDA受体的功能参与到疼痛信息的处理过程并成为疼痛治疗的一个潜在靶点。现就PSD-95的分布、结构、功能以及在疼痛方面的研究进行综述。

1分布

PSD-95是兴奋性突触中分离纯化出来的一种蛋白质，因其聚丙烯酰胺凝胶电泳相对分子质量在95 000附近，而命名为PSD-95。PSD-95是一种胞质内的蛋白质，在中枢神经系统分布广泛，主要存在于神经元细胞中。在脊髓，PSD-95含量丰富，且选择性地分布于脊髓背角的表面，与 NMDA 受体的分布一致；此外，PSD-95广泛存在于皮质结构中，包括小脑、大脑皮质(扣带回、额叶、顶叶和颞叶)和海马等[5-6]。

2结构与功能

PSD-95由N端3个重复的PDZ结构域、中间的SH3结构域以及C端的GK结构域组成。PSD-95的功能发挥主要与PDZ结构域有关，PDZ结构域能够介导蛋白质间的相互作用，并特异性地与离子通道和受体等靶蛋白的C端结合。PSD-95第2个PDZ结构域不仅可以和NMDA受体中NR2B亚基tSXV结构(S：丝氨酸，X：任何一种氨基酸，V：缬氨酸)的C端第7个氨基酸紧密相连，还可以和一氧化氮合酶(nerve monoxide synthase，nNOS)的PDZ结构域形成PDZ-PDZ二聚体[7]。SH3结构域可以与Ras相关效应器蛋白及肌动蛋白结合，是介导蛋白质之间相互作用的模体，由于尚未发现能够和SH3结构域相结合的伴体，因而其具体功能尚不明确。GK结构域因与酵母的胍氨酸激酶同源而得名，但它并不具备胍氨酸激酶催化单磷酸鸟苷合成双磷酸鸟苷的活性，目前对其分子功能尚缺乏深入了解[8]。PSD-95是一种结构蛋白，其本身没有蛋白酶活性，但可通过不同结构域与NMDA受体、nNOS等信号分子相互作用形成信号复合物，在突触水平对兴奋性信号进行整合。此外，PSD-95可通过突触后神经元黏附分子neuroligins与突触前膜外伸蛋白neurexins相互作用，参与突触结构连接和功能的维持。PSD-95 N端两个半胱氨酸残基的棕榈酰化对于PSD-95的突触定位功能十分重要。PSD-95棕榈酰化水平主要受突触活性调节，棕榈酰化的抑制则与突触中PSD-95缺失有关；另外，位于PDZ2和PDZ3之间的残基丝氨酸-295可以双向调节神经元间的突触可塑性变化，丝氨酸-295的磷酸化促进PSD-95的聚集并增强突触的长时程增强，而丝氨酸-295的去磷酸化则促进突触的长时程抑制[9]。有研究证实，PSD-95 使相互作用的膜蛋白在突触水平更加稳定的同时，对这些膜蛋白的功能特性起到调节作用，表现在NMDA受体门控通道呈现出PSD-95剂量依赖式改变和PSD-95对钾通道的内向整合作用[10]。总之，PSD-95在突触部位发挥了多种功能,如NMDA受体锚定作用；串集信号分子，参与受体信号转导；维持突触结构连接状态；调节突触可塑性等。

3PSD-95在疼痛中的作用研究

3.1PSD-95与NMDA受体相互作用参与疼痛信息处理NMDA受体是介导PSD-95参与疼痛的重要物质，NMDA受体在多种生理病理过程中发挥了关键作用，其中包括中枢神经系统中疼痛信息的处理过程。NMDA受体是一种由NR1、NR2(A-D)和NR3(A、B)三种不同亚基组成的异聚体复合物。大多数NMDA受体是由2个功能亚基NR1和2个不同亚型的NR2调节亚基构成。突触中，NR2B亚单位通过C端PDZ结构域与PSD-95直接结合，当PSD-95的PDZ结构域缺失时，不仅影响NR2B与PSD-95之间的结合作用，还会导致细胞膜上NR2B聚集量大量减少[11]。近年来研究发现，NR2B与PSD-95相互作用在NMDA受体介导的疼痛信息处理过程中发挥了关键作用，鞘内注射PSD-95反义寡脱氧核苷酸将脊髓部位的PSD-95沉默，可以延缓大鼠神经损伤性疼痛的形成并减轻疼痛维持过程中的机械痛敏、热痛敏反应[12-13]。有关蛋白质间相互作用的研究从另外一个角度支持了上述观点。慢性坐骨神经缩窄性损伤模型大鼠手术侧脊髓NR2B与PSD-95的免疫共沉淀比对侧脊髓明显增加，即与非手术侧比较，手术侧的PSD-95更多地与NR2B结合[14]。Tao等[15]为了进一步研究介导NMDA受体/PSD-95相互作用的PDZ结构域在炎性痛中的作用，将PSD-95的PDZ结构域和人类免疫缺陷病毒1型Tat蛋白的蛋白转导域融合在一起，形成有细胞穿透功能的Tat-PSD-95 PDZ2；腹腔注射Tat-PSD-95 PDZ2 后，Tat-PSD-95 PDZ2可以进入小鼠脊髓背角并呈剂量依赖性地阻断NMDA受体NR2亚基和PSD-95第2个PDZ结构域之间的连接作用；在足底注射完全弗氏佐剂引起的炎性痛小鼠，无论是完全弗氏佐剂注射前2 h或注射后1.5 h给予腹腔注射TatPSD-95 PDZ2，均明显增加小鼠的机械痛阈值。这说明脊髓背角中NMDA受体NR2亚基和PSD-95之间的相互作用在炎性疼痛的形成和维持过程中发挥了重要作用。

3.2PSD-95与nNOS相互作用参与疼痛信息的处理nNOS是介导PSD-95参与疼痛的另一重要物质。一氧化氮是神经元细胞内一种重要的神经递质，在神经系统中nNOS是一氧化氮合成的关键酶。nNOS作为NMDA受体下游一个重要的信号分子在疼痛形成中发挥了重要作用。脊神经结扎后大鼠脊髓水平nNOS 表达明显增加；鞘内注射nNOS抑制剂会减轻慢性坐骨神经缩窄性损伤模型大鼠的热痛敏反应；而nNOS基因剔除的小鼠其神经损伤所致的机械痛敏反应明显降低[16-18]。另外，Kolesnikov等[19]发现，在足底注射甲醛的炎性痛大鼠脊髓背角中NMDA受体的亚单位NR2B和nNOS均出现表达上调，同时证明了NR2B和nNOS在功能上可以相互活化。PSD-95作为PSD中的重要结构蛋白，一方面与NR2B亚基的C端紧密相连，同时也与nNOS蛋白连接，通过PSD-95形成的复合物是NR2B和nNOS功能上互相活化的结构基础；神经元中PSD-95的表达被特异性抑制后，并没有影响NMDA受体激活所致的胞质内钙离子的升高，但nNOS合成一氧化氮的能力显著下降[20-21]。总之，PSD-95对与其相连的蛋白功能及这些蛋白之间的相互作用可能起到某些调节作用，并成为将位于细胞膜上的NMDA受体和位于细胞内的信号转导系统联系起来的重要结构，参与疼痛信息的处理过程[22]。

3.3PSD-95相关抑制剂的应用进展机体受到致痛刺激后，神经冲动从外周传入脊髓、大脑皮质等高位中枢，导致神经元突触前膜释放大量兴奋性氨基酸——谷氨酸，谷氨酸与突触后膜的NMDA受体结合引起钙离子通道开放，致钙离子内流，此时PSD-95作为PSD中的重要结构蛋白，不仅与NMDA 受体NR2B亚基紧密相连，同时也与nNOS连接，形成NMDA受体/PSD-95/nNOS信号复合物，这有利于钙调蛋白与钙离子结合活化nNOS，促进一氧化氮的生成。生成的一氧化氮一方面通过自由扩散方式作用于突触前膜促进谷氨酸的释放，另一方面激活下游信号通路参与疼痛的中枢敏化形成。随着疼痛分子机制研究的不断深入，治疗疼痛的药物也随之发展。NMDA受体拮抗剂(如氯胺酮、右美沙芬和MK-801等)虽然临床或基础研究中仍然在用，但应考虑其在自主运动功能和学习记忆、认知等方面产生的不良反应。随着分子生物学和基因学的发展，反义寡核苷酸技术得到应用，Tao等[11,15]应用此技术特异性抑制脊髓中PSD-95的表达，明显改善了神经损伤性疼痛或炎性疼痛动物模型的痛觉过敏反应。Tat-NR2B9c可特异性地抑制NMDA受体的NR2B亚基与PSD-95第2个PDZ结构域连接作用，在神经损伤性疼痛模型大鼠鞘内注射Tat-NR2B9c可减弱大鼠的机械痛敏和热痛敏反应，其自主活动能力没有受到影响[14]。Andreasen等[23]比较了PSD-95二聚体拮抗剂UCCB01-125(特性阻断PSD-95的PDZ1和PDZ2两个结构域)和NMDA受体拮抗剂MK-801在炎性痛小鼠中的镇痛作用以及对小鼠认知功能和自主活动能力的影响；结果显示，UCCB01-125和MK-801均可以抑制完全弗氏佐剂所致的机械超敏反应，即均具有镇痛作用；在使用镇痛剂量的MK-801时，炎性痛模型小鼠出现了认知能力的减退和自主活动障碍，而UCCB01-125即使用到镇痛剂量的30倍时，小鼠的认知功能和自主活动能力仍没有受到明显影响。

4小结

PSD-95作为PSD中一个重要的结构蛋白，虽然自身不具备生物活性，但可以与NMDA受体、nNOS等疼痛信号转导蛋白在结构上紧密相连，通过对这些信号蛋白功能以及它们之间相互作用的调节发挥关键性作用。与NMDA受体拮抗剂相比，针对PSD-95的抑制剂不仅具有显著的镇痛作用，而且在自主运动功能、认知等方面产生的不良反应较小。因此，PSD-95有可能成为疼痛治疗的一个潜在治疗靶点，针对PSD-95 的特异性拮抗剂的研发有着十分广阔的前景。

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Postsynaptic Density Protein 95 and PainCHENHai-jun1,WANYan-jie1,2,XUJing2.(1.JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAnesthesiaandAnalgesiaApplicationTechnology,XuzhouMedicalCollege,Xuzhou221002，China；2.DepartmentofPainClinic,PudongNewAreaGongliHospital,Shanghai200135，China)

Abstract：Postsynaptic density (PSD) is a special structure of the postsynaptic membrane in the central nervous system,which is composed of a series of cytoskeletal proteins and synaptic transmission-related signaling molecules:N-methyl-D-aspartate(NMDA) receptor,nerve monoxide synthase(nNOS) etc.Recent studies have found that,as an important structural protein of the PSD,PSD-95 is involved in the information processing of pain by the interaction with the NMDA receptor and nNOS.Inhibitors which is specific for PSD-95 show significant analgesic effect.

Key words:Pain; Postsynaptic density-95; N-methyl-D-aspartate; NR2B; Nitric oxide synthase

收稿日期：2014-12-16修回日期：2015-03-09编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.011

中图分类号：R441.1

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)17-3100-03