朱 飛，王湘慶，陳亞楠，郎森陽，張家堂

解放軍總醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，北京 100853

大麻素受體1/食欲素受體1-G蛋白偶聯(lián)受體異聚體及其交叉激活作用研究進展

朱 飛，王湘慶，陳亞楠，郎森陽，張家堂

解放軍總醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，北京 100853

大麻素受體1(cannabinoid receptor 1，CB1)和食欲素受體1(orexin receptor 1，OX1)同屬G蛋白偶聯(lián)受體(G-proteincoupled receptors，GPCRs)，兩者在體內(nèi)分布廣泛，均參與調(diào)節(jié)攝食、能量平衡、睡眠和覺醒、食物和藥物的成癮性等。兩者作用位點接近，足以形成異聚體共同參與各項功能調(diào)節(jié)，多項研究表明，CB1/OX1存在交叉激活作用。本文對CB1和OX1的作用以及CB1/OX1異聚體的交叉激活作用進行綜述，以期對其有更深入的認識，從而對CB1/OX1-GPCR新藥研發(fā)起到一定指導(dǎo)作用。

大麻素受體1；食欲素受體1；G蛋白偶聯(lián)受體；交叉激活

大麻素的應(yīng)用已經(jīng)有5 000年歷史，然而其成癮性限制了其臨床應(yīng)用[1-2]。近年來，隨著大麻素受體的發(fā)現(xiàn)和對內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)的認識，各種大麻素受體激動劑/拮抗劑/相關(guān)復(fù)合物逐漸出現(xiàn)，使得大麻素在保留其藥效的前提下去除其成癮性成為可能。食欲素在1998年被分離出來，參與攝食、能量平衡等各項功能調(diào)節(jié)。大麻素受體1(cannabinoid receptor 1，CB1)和食欲素受體1(orexin receptor 1，OX1)同屬G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptors，GPCRs)，多項研究顯示兩者作用位點接近，足以形成異聚體，兩者共同參與多種功能調(diào)節(jié)，存在交叉激活作用[3-8]。對CB1/OX1-GPCR異聚體的研究有望合理利用大麻素和食欲素，克服大麻素的藥物成癮性，實現(xiàn)新藥的研發(fā)。

1 大麻素和大麻素受體CB1

植物大麻在幾世紀前就已用于治療各種疾病，但是因為其成癮性和藥物濫用的風險限制了其臨床應(yīng)用。1964年，大麻的主要精神調(diào)節(jié)活性成分Δ9-THC(Δ9-tetrohydrocannabina)被提取并純化[9]。之后發(fā)現(xiàn)Δ9-THC主要作用于特殊的G蛋白偶聯(lián)受體，被命名為大麻素受體1和大麻素受體2(cannabinoid receptor 2，CB2)。隨著大麻素受體的發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性大麻素(endocannabinoid，EC)被人們所認識。人體主要有兩種內(nèi)源性大麻素：花生四烯酸乙醇胺和2-花生四烯酸甘油(2-arachiodonoylglycerol，2-AG)，在它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)中都含有磷脂衍生脂化的花生四烯酸鏈。EC的合成與分解酶還在不斷的被認識與克隆，這些蛋白質(zhì)與EC以及大麻素受體1和大麻素受體2一起組成內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)[2]。

CB1和CB2是分別由人染色體6q14-q15(CNR1)和1p36 11(CNR2)基因編碼的7次跨膜抑制性G蛋白偶聯(lián)受體，兩者具有大約48%的序列同源性。CB1主要存在于中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)，在脂肪組織、心肌、血管內(nèi)皮、胃腸道、肝、胰腺和骨骼肌也有不同程度的表達；CB2主要分布在免疫細胞、造骨細胞和破骨細胞，在腦干有極少表達[10-11]。大麻素主要是通過CB1來發(fā)揮作用[12]。鼠類和人類的CB1分別于1990年和1991年克隆成功，兩者具有97%的同源性[10]。神經(jīng)元CB1位于突觸前膜，與配體結(jié)合后使突觸后神經(jīng)元去極化然后通過逆行信使作用于突觸前神經(jīng)末梢[13-14]。CB1通過抑制性G蛋白(Gi/Go)抑制腺苷酸環(huán)化酶(adenylyl cyclase，AC)的活性，使細胞內(nèi)環(huán)腺苷酸水平下降，激活絲裂元活化蛋白激酶發(fā)揮作用，也可以通過鈣離子通道和鉀離子通道來發(fā)揮作用[10]。

大麻素類物質(zhì)具有多種作用，主要包括對食物攝取(促進食欲和降低飽食感)、能量平衡(調(diào)節(jié)能量攝入和能量消耗)、睡眠/覺醒(減少覺醒)、內(nèi)環(huán)境(調(diào)節(jié)脂肪生成、蓄積和生熱作用，以及調(diào)節(jié)脂肪連接蛋白和胰島素耐受性等)的調(diào)節(jié)，以及對神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)(抑制神經(jīng)遞質(zhì)釋放、降低神經(jīng)元興奮性)[12,15]。但大麻素同時也存在認知/記憶力減退、焦慮/欣快、幻覺、食物攝入增加、刺激脂肪生成、導(dǎo)致脂肪堆積等不良反應(yīng)[10]。隨著人們對內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)的認識，人工合成的大麻素激動劑/拮抗劑/大麻相關(guān)復(fù)合物逐漸出現(xiàn)，被認為是有治療價值的。盡管其作用機制尚不完全明確，但已經(jīng)用于或有待用于治療多種疾病，包括厭食、嘔吐、疼痛、多發(fā)性硬化、神經(jīng)變性病(PD、AD、Huntington病、抽動穢語綜合征)、癲癇、青光眼、骨質(zhì)疏松、精神分裂癥、心血管疾病、腫瘤、肥胖和代謝綜合征等[1-2]。

2 食欲素和食欲素受體OX1

食欲素是一對興奮性神經(jīng)肽激素的合稱，包括Orexin A和Orexin B，在1998年由兩個不同的研究小組同時從大鼠下丘腦中分離出來。因為其主要分布于下丘腦攝食中樞，作用與攝食有關(guān)，所以被命名為食欲素[13,16]。在發(fā)現(xiàn)食欲素的同時，食欲素受體1(orexin receptor 1，OX1)和食欲素受體2(orexin receptor 2，OX2)也被發(fā)現(xiàn)。Orexin陽性神經(jīng)元廣泛分布于整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)，如下丘腦、穹窿、海馬等部位；在外周，主要分布在周圍神經(jīng)結(jié)構(gòu)，包括迷走神經(jīng)、腸神經(jīng)系統(tǒng)以及其他結(jié)構(gòu)，如胃腸道內(nèi)彌散神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、胰腺、胃、小腸黏膜，在睪丸、腎上腺、腎、胎盤中也有發(fā)現(xiàn)[17-18]。在生物學(xué)重要性方面，Orexin A比Orexin B更重要。Orexin A較Orexin B穩(wěn)定，其在組織或血液中的含量顯著高于Orexin B。并且，Orexin A較Orexin B有更好的脂溶性，更容易穿透血腦屏障[19]。

OX1和OX2都是7次跨膜G蛋白偶聯(lián)受體，分別由1號和6號染色體編碼，兩者有64%序列同源性。而且，人類與大鼠的OX1和OX2具有高度同源性(分別為94%和95%)。OX1受體選擇性作用于Orexin A；而OX2受體為非選擇性，與Orexin A或Orexin B均可以結(jié)合[20]。

最初食欲素被認為是神經(jīng)遞質(zhì)，在中樞刺激攝食，其后不久便發(fā)現(xiàn)它們的作用范圍非常廣泛，參與調(diào)節(jié)能量平衡(增加能量消耗)、睡眠/覺醒(增加覺醒)、神經(jīng)內(nèi)分泌(調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-腎上腺軸)、獎賞系統(tǒng)及食物與藥物成癮、心血管、生殖、胃腸蠕動及胃、腸、胰腺分泌等[20-22]。開發(fā)OX1激動劑及拮抗劑等藥物對于治療睡眠障礙、肥胖癥、藥物成癮等有廣闊的前景。目前基于食欲素系統(tǒng)開發(fā)的新藥，有OX1激動劑用來治療發(fā)作性睡病，OX1拮抗劑用來治療失眠和肥胖癥[23-25]。最新研究表明食欲素對于癲癇發(fā)作亦有影響，但是研究尚少且結(jié)果存在矛盾，有待進一步研究[26-27]。

3 CB1/OX1-GPCR異聚體及其交叉激活作用

CB1和OX1均屬G蛋白偶聯(lián)受體家族，分布在細胞膜上，作用位點非常接近[13,28]。Cristino等[4]應(yīng)用電鏡顯示內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)成分在OX神經(jīng)元上表達。Hilairet等[5]證實CB1和OX1同時分布在細胞膜上，作用位點接近，足以形成異聚體，強烈提示兩受體之間存在某種聯(lián)系。有證據(jù)顯示CB1和OX1有交叉激活作用，當兩個受體同時表達時，CB1增強食欲素介導(dǎo)的有絲分裂激活蛋白激酶活性，給予特異性CB1拮抗劑可阻斷上述反應(yīng)[5]。目前對于CB1/OX1相互作用的研究主要集中在調(diào)節(jié)鎮(zhèn)痛、食欲、覺醒、肥胖和成癮性方面。

Haj-Dahmane和Shen[6]采用膜片鉗技術(shù)研究食欲素的覺醒作用時，意外發(fā)現(xiàn)Orexin B誘導(dǎo)的抑制谷氨酸釋放作用可由CB1受體激動劑(WIN55，212-2)模擬出來，并被CB1受體拮抗劑(AM251)阻斷。提示Orexin B誘導(dǎo)抑制5-羥色胺神經(jīng)元谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)釋放的作用，是通過內(nèi)源性大麻素逆行信使介導(dǎo)。Ho等[7]研究Orexin A在大鼠中腦腹外側(cè)導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)的鎮(zhèn)痛機制時發(fā)現(xiàn)，Orexin A產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛作用是通過激活突觸后OX1受體，刺激內(nèi)源性大麻素合成、逆行作用于突觸前膜CB1受體，從而抑制GABA的釋放，抑制GABA能抑制性突觸后電位。這一過程可以通過OX1拮抗劑阻斷，而不是被OX2阻斷。Orexin A介導(dǎo)的抑制性突觸后電位可以被CB1受體激動劑(WIN55，212-2)模擬出來，并被CB1受體阻滯劑(AM251)阻斷。

在對攝食的研究中，Huang等[8]采用膜片鉗技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，食欲素神經(jīng)元可釋放內(nèi)源性大麻素，大麻素通過逆行信使作用減少突觸前谷氨酸的釋放，降低食欲素神經(jīng)元的活性。CB1受體激動劑(WIN55，212-2)使鄰近食欲細胞超極化，減少其自發(fā)放電，這一效果可以被AM251阻斷。WIN55，212-2作用于細胞的軸突，減少自發(fā)的抑制性突觸后電位的頻率但是不減少其波幅。WIN55，212-2介導(dǎo)的放電頻率降低歸因于突觸前膜谷氨酸釋放的減少，從而減少了興奮性突觸后電位的頻率。

Cristino等[4]研究CB1和肥胖之間的關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)在消瘦的小鼠中，CB1的表達絕大多數(shù)是興奮性的。通過共聚焦超微顯微鏡分析，觀察到在瘦素敲除的肥胖小鼠和食物過剩引發(fā)肥胖的小鼠中，食欲素神經(jīng)元主要接受CB1表達的抑制性輸入信號，同時過表達2-AG合成所需酶，這些反過來抑制了CB1能突觸末梢的突觸傳遞。膜片鉗結(jié)果顯示，對于瘦素基因敲除小鼠的食欲素神經(jīng)元，CB1抑制性神經(jīng)支配增加。Flores等[29]在研究食欲素對于大麻素成癮性的調(diào)節(jié)作用時，發(fā)現(xiàn)OX1的激活可以增強CB1受體激動劑(WIN55，212-2)的作用，這一發(fā)現(xiàn)在OX1基因敲除小鼠中得以證實。關(guān)于CB1/OX1交叉激活作用的機制，近期多項研究表明突觸后食欲素神經(jīng)元可以釋放內(nèi)源性大麻素2-AG，通過逆行信使作用于突觸前CB1，繼而激活磷脂酶C和二酰基甘油脂酶來發(fā)揮作用，有待于進一步研究證實[7,30-33]。

4 結(jié)語

CB1和OX1同屬GRCRs，兩者均廣泛分布在中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等，均參與調(diào)節(jié)攝食、能量平衡、睡眠/覺醒、癲癇發(fā)作及食物/藥物的成癮性等。兩者作用位點接近，作為異聚體參與多種功能的調(diào)節(jié)，其表現(xiàn)出的交叉激活作用值得進一步探討。針對CB1/OX1-GPCR異聚體進行新藥研發(fā)有一定意義。

1 Akbas F， Gasteyger C， Sj?din A， et al. A critical review of the cannabinoid receptor as a drug target for obesity management［J］. Obes Rev， 2009， 10（1）： 58-67.

2 Kogan NM， Mechoulam R. Cannabinoids in health and disease［J］. Dialogues Clin Neurosci， 2007， 9（4）：413-430.

3 J?ntti MH， Mandrika I， Kukkonen JP. Human orexin/hypocretin receptors form constitutive homo- and heteromeric complexes with each other and with human CB1 cannabinoid receptors［J］. Biochem Biophys Res Commun， 2014， 445（2）： 486-490.

4 Cristino L， Busetto G， Imperatore R， et al. Obesity-driven synaptic remodeling affects endocannabinoid control of orexinergic neurons［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 2013， 110（24）： E2229-E2238.

5 Hilairet S， Bouaboula M， Carrière D， et al. Hypersensitization of the orexin 1 receptor by the CB1 receptor： evidence for crosstalk blocked by the specific CB1 antagonist， SR141716［J］. J Biol Chem， 2003， 278（26）： 23731-23737.

6 Haj-Dahmane S， Shen RY. The wake-promoting peptide orexin-B inhibits glutamatergic transmission to dorsal raphe nucleus serotonin neurons through retrograde endocannabinoid signaling［J］. J Neurosci， 2005， 25（4）： 896-905.

7 Ho YC， Lee HJ， Tung LW， et al. Activation of orexin 1 receptors in the periaqueductal gray of male rats leads to antinociception via retrograde endocannabinoid （2-arachidonoylglycerol）-induced disinhibition［J］. J Neurosci， 2011， 31（41）： 14600-14610.

8 Huang H， Acuna-Goycolea C， Li Y， et al. Cannabinoids excite hypothalamic melanin-concentrating hormone but inhibit hypocretin/ orexin neurons： implications for cannabinoid actions on food intake and cognitive arousal［J］. J Neurosci， 2007， 27（18）： 4870-4881.

9 Gaoni Y， Mechoulam R. Isolation， structure and partial synthesis of an active constituent of hashish［J］. J Am Chem Soc， 1964， 86：1646-1647.

10 Howlett AC， Barth F， Bonner TI， et al. International union of pharmacology. XXVII. classification of cannabinoid receptors［J］. Pharmacol Rev， 2002， 54（2）： 161-202.

11 林碧雯，趙梓綱，趙華，等．大麻素Ⅱ型受體在結(jié)節(jié)病、環(huán)狀肉芽腫中的組織分布［J］.軍醫(yī)進修學(xué)院學(xué)報，2009，30（3）：279-280．

12 Kyrou I， Valsamakis G， Tsigos C. The endocannabinoid system as a target for the treatment of visceral obesity and metabolic syndrome ［J］. Ann N Y Acad Sci， 2006， 1083： 270-305.

13 Sakurai T， Amemiya A， Ishii M， et al. Orexins and orexin receptors：a family of hypothalamic neuropeptides and G protein-coupled receptors that regulate feeding behavior［J］. Cell， 1998， 92（4）：573-585.

14 Galiègue S， Mary S， Marchand J， et al. Expression of central and peripheral cannabinoid receptors in human immune tissues and leukocyte subpopulations［J］. Eur J Biochem， 1995， 232（1）：54-61.

15 Munro S， Thomas KL， Abu-Shaar M. Molecular characterization of a peripheral receptor for cannabinoids［J］. Nature， 1993， 365（6441）：61-65.

16 De Lecea L， Kilduff TS， Peyron C， et al. The hypocretins：hypothalamus-specific peptides with neuroexcitatory activity［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 1998， 95（1）： 322-327.

17 Marcus JN， Aschkenasi CJ， Lee CE， et al. Differential expression of orexin receptors 1 and 2 in the rat brain［J］. J Comp Neurol， 2001，435（1）： 6-25.

18 陳旭紅．Orexin功能的研究進展［J］.醫(yī)學(xué)綜述，2010，16（15）：2262-2266．

19 Kastin AJ， Akerstrom V. Orexin A but not orexin B rapidly enters brain from blood by simple diffusion［J］. J Pharmacol Exp Ther，1999， 289（1）：219-223.

20 Spinazzi R， Andreis PG， Rossi GP， et al. Orexins in the regulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis［J］. Pharmacol Rev，2006， 58（1）： 46-57.

21 Borgland SL， Taha SA， Sarti F， et al. Orexin a in the VTA is critical for the induction of synaptic plasticity and behavioral sensitization to cocaine［J］. Neuron， 2006， 49（4）： 589-601.

22 Xu TR， Yang Y， Ward R， et al. Orexin receptors： multi-functional therapeutic targets for sleeping disorders， eating disorders， drug addiction， cancers and other physiological disorders［J］. Cell Signal， 2013， 25（12）： 2413-2423.

23 Cao M， Guilleminault C. Hypocretin and its emerging role as a target for treatment of sleep disorders［J］. Curr Neurol Neurosci Rep，2011， 11（2）： 227-234.

24 Hoever P， Dorffner G， Bene? H， et al. Orexin receptor antagonism， a new sleep-enabling paradigm： a proof-of-concept clinical trial［J］. Clin Pharmacol Ther， 2012， 91（6）： 975-985.

25 Cason AM， Smith RJ， Tahsili-Fahadan P， et al. Role of orexin/ hypocretin in reward-seeking and addiction： implications for obesity［J］. Physiol Behav， 2010， 100（5）： 419-428.

26 Doreulee N， Alania M， Vashalomidze G， et al. Orexinergic system and pathophysiology of epilepsy［J］. Georgian Med News， 2010，11（188）： 74-79.

27 Ida T， Nakahara K， Katayama T， et al. Effect of lateral cerebroventricular injection of the appetite-stimulating neuropeptide，orexin and neuropeptide Y， on the various behavioral activities of rats［J］. Brain Res， 1999， 821（2）： 526-529.

28 Deshpande LS， Blair RE， Nagarkatti N， et al. Development of pharmacoresistance to benzodiazepines but not cannabinoids in the hippocampal neuronal culture model of status epilepticus［J］. Exp Neurol， 2007， 204（2）： 705-713.

29 Flores á， Maldonado R， Berrendero F. The hypocretin/orexin receptor-1 as a novel target to modulate cannabinoid reward［J］. Biol Psychiatry， 2014， 75（6）： 499-507.

30 Chiou LC， Hu SS， Ho YC. Targeting the cannabinoid system for pain relief?［J］. Acta Anaesthesiol Taiwan， 2013， 51（4）： 161-170.

31 Turunen PM， J?ntti MH， Kukkonen JP. OX1 orexin/hypocretin receptor signaling through arachidonic acid and endocannabinoid release［J］. Mol Pharmacol， 2012， 82（2）： 156-167.

32 J?ntti MH， Putula J， Turunen PM， et al. Autocrine endocannabinoid signaling through CB1 receptors potentiates OX1 orexin receptor signaling［J］. Mol Pharmacol， 2013， 83（3）： 621-632.

33 Maejima T， Ohno-Shosaku T， Kano M. Endogenous cannabinoid as a retrograde messenger from depolarized postsynaptic neurons to presynaptic terminals［J］. Neurosci Res， 2001， 40（3）： 205-210.

Advances in CB1/OX1-GPCR heterodimer and their cross-talk interaction

ZHU Fei, WANG Xiangqing, CHEN Yanan, LANG Senyang, ZHANG Jiatang
Department of Neurology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

LANG Senyang. Email: langsy@263.net; WANG Xiangqing. Email: bjxqwang@yahoo.com.cn

Cannabinoid receptor 1 (CB1) and orexin receptor 1 (OX1) belong to the GPCRs superfamily, and both of them are widely distributed in the body. They participate in modulating food-intake, energy balance, sleep/awake and food/drug addiction, etc. Former experiments reveal that the distribution of CB1 and OX1 are close enough to form heterodimer. They have "cross-talk" interaction in many aspects. The function of CB1/OX1 and their “cross-talk” interaction are summarized in this article, in order to make a deeply recognition of CB1/OX1-GPCR which may offer entirely novel sets of potential therapeutic targets.

cannabinoid receptor 1; orexin receptor 1; G-protein-coupled receptors; cross-priming

Q428；Q493；Q423

A

2095-5227(2015)01-0094-03

10.3969/j.issn.2095-5227.2015.01.029

時間：2014-08-15 10:32

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20140815.1032.002.html

2014-06-30

基金課題：國家自然科學(xué)基金項目(81271438)

Supported by the National Natural Science Foundation of China (81271438)

朱飛，女，在讀博士，醫(yī)師。研究方向：癲癇。Email: zhufei327@163.com

郎森陽，女，博士，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師。Email: langsy@263.net；王湘慶，女，博士，副教授，副主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師。Email: bjxqwang@yahoo.com.cn