促肾上腺皮质激素释放激素受体在应激反应中的作用研究.pdf
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1、促肾上腺皮质激素释放激素受体在应激反应中的作用研究 曾 纯, 严 灿, 徐志伟, 吴丽丽 (广州中医药大学基础医学院中医基础理论教研室, 广东 广州 510405) 收稿日期: 2006 -01 -15, 修回日期: 2006 -02 -27 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (No 30000217、 No 30271649、 No 30472256 ) ; 广 东 省 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目( No 000359、 No 04010021) 作者简介: 曾 纯 (1981 - ) , 女, 硕士生, 研究方向: 社会心理应激性 损伤的中医药防治, Tel: 020-36
2、585510, E-mail: zengchun56 tom. com; 严 灿 (1970 - ) , 男, 博士, 副教授, 研究方向: 社会心理 应激性损伤的中医药防治 中国图书分类号: R 341. 6; R 347. 51; R 392. 11; R 977. 1 文献标识码: A 文章编号: 1001 -1978 (2006) 05 -0517 -04 摘要: 促肾上腺皮质激素释放激素 (CRH) 是应激反应中的 关键调节因子, 协调应激过程中内分泌、 自主神经、 免疫和行 为反应。CRH 的作用是由其受体所介导的。目前已知的 CRH 受体有 CRH-R1、 CRH-R2、 CRH
3、-R3 3 种。应激时, CRH 主要通过 CRH-R1、 CRH-R2 产生一系列生理、 病理效应。近 年来通过对转基因动物、 选择性 CRH 受体拮抗剂和特异性 CRH 受体激动剂等的应用, 对 CRH 受体在应激中作用有了 更深的了解, 也进一步揭示了应激机制。 关键词: 促肾上腺皮质激素释放激素; 受体; 应激 应激是指过强或有害的刺激破坏了机体内环境 的稳态而引起的机体非特异性反应, 适度应激对维 持机体生存起着重要作用, 过度或持久的应激将导 致一系列病理现象产生。促肾上腺皮质激素释放激 素 (corticotropin-releasing hormone, CRH) 作为应激 反
4、应中的关键调节因子, 通过其受体产生一系列生 物学效应, 调动机体各系统以应答应激刺激, 调节内 分泌、 自主神经、 免疫和行为反应 1。近年来通过 应用基因工程制造转基因动物, 进一步阐明了应激 时 CRH 受体的作用及机制, 选择性 CRH 受体拮抗 剂、 激动剂的应用使得 CRH 受体在应激中作用日益 清晰。 1 CRH 及其相关肽 Saffran 和 Schally (1951) 证明了下丘脑提取物 中存在一种刺激腺垂体分泌 ACTH 的因子, 随后 Vale 等 (1981) 从羊的下丘脑分离得到调节 ACTH 分泌的 41 肽分子, 并测出其氨基酸序列。继之又进 一步分离并证明了大
5、鼠、 人和其它几个种属的 CRH。CRH 和众多的 CRH 类似肽构成一个 CRH 肽家族, 大鼠的 CRH (rCRH) 和人的 CRH (hCRH) 的 氨基酸序列完全相同。两栖类叶泡蛙的叶泡素 (sauvagine, SVG) 及硬骨鱼尿生殖囊的紧张素 uro- tensin (URO) 的结构与 hCRH 相似, 其一致性分别是 48% 和 58%。近年来发现 CRH 肽家族另一成员 urocortin (UCN) , 其氨基酸序列与 URO 及 CRH 的一 致性分别是 63% 和 45%2。最近利用人的 cDNA 克隆得到 stresscopin (hSCP) 和 stressco
6、pin-related- peptide (hSRP) , 用小鼠的 cDNA 克隆得到 urocortin (mUCN) 和 urocortin (mUCN) , 用硬骨鱼 的 cDNA 克隆得 urocortin-related-peptide (URP) 等。 它们的主要功能是促进腺垂体 POMC 来源的肽类 激素释放。Miranda 等 (1997) 报道, CRH 分子 C 端 的1 8 个氨基酸残基是活性部位所在, 若删除 C 端 的 1 6、 1 7 或 1 8 片段, CRH 的活性下降到 10%以下, 由此研制出了 CRHR 的拮抗剂。Rivier 等 (1998) 的工作表
7、明, CRH 分子 N 端第 30 33 个 氨基酸残基、 UCN 的第 29 32 个残基, 对 C 端第 8 位的氨基酸残基的活性起着调节作用。CRH 广泛 分布于中枢及外周神经组织, 中枢内下丘脑含量最 高, 下丘脑中主要存在于室旁核 PVN 的小细胞, 在 下丘脑其它神经核团也存在少量 CRH, 它可与多种 神经肽共存于室旁核神经元, 如 AVP、 催产素、 脑啡 肽、 强啡肽和神经降压肽等。中枢神经系统其它部 位的 CRH 神经元, 主要存在于新皮质、 边缘系统及 脑干与自主神经系统调节有关的核团。其中以杏仁 核、 终纹状核、 中央灰质、 背侧被盖、 蓝斑核及臂旁核 等的密度最高。C
8、RH 也广泛存在于其它外周组织, 如垂体中间叶、 肾上腺皮质和髓质、 睾丸间质细胞, 消化道中主要存在于胰腺分泌胰高血糖素的内分泌 细胞、 胃粘膜上皮细胞和支配小肠的神经纤维以及 胎盘等 3。正常人外周血浆 CRH 的水平很低, 在一 些病理情况下发现了 CRH 的升高, 如炎症时及某些 肿瘤组织中已证明有 CRH 的升高。 2 CRH 受体的分型及分布 目前已知的 CRH 受体有 CRH-R1、 CRH-R2、 CRH-R3 3 种类型, 均属于 B 类 G 蛋白偶联的受体, 其 N 端位于膜外。Dean 等 (1981) 报道 CRH-R1 是 715中国药理学通报 Chinese Pha
9、rmacological Bulletin 2006 May; 22 (5) : 517 20 由 415-420 个氨基酸组成。CRH-R2 由不同基因编 码, 与 CRH-R1 有 70% 同源性。CRH-R1 存在多种 剪接变异体, 在人类至少存在 、 、 c、 d、 e、 f、 g、 和 h 8 种亚型, 但除了 R1 之外大部分没有功能。CRH- R2 有 CRH-R2、 CRH-R2、 CRH-R2 3 种亚型, 其 C 端最后 377 个氨基酸序列相同, 主要区别在 N 端。 CRH-R2 的 N 端有 34 个氨基酸, 而 CRH-R2、 CRH-R2 N 端分别是 61、 2
10、0 个氨基酸, CRH-R2 的 N 端对其与配体间的相互作用有着重要影响 4。 CRH-R1 mRNA 在哺乳动物中枢神经系统表达丰 富, 如下丘脑、 海马、 杏仁核、 大脑皮质、 小脑、 蓝斑; 而外周表达有限。CRH-R2 主要表达在外周如心血 管和骨骼肌等, 中枢神经系统主要表达在皮质下区 域。 CRH-R1、 CRH-R2 与配体有着明显不同的亲和 力。CRH 与 CRH-R1 有着高亲和力, 而 UCN 与 CRH-R1 的亲和力较 CRH 大了 6 倍。CRH-R1 几乎 不能识别 UCN、 UCN。CRH-R2 与 CRH 家族的 结合存在明显梯度, 依次为 UCN UCN U
11、CN CRH 5。故认为 CRH、 UCN 是 CRH-R1 的天然配 体, 而 UCN、 UCN、 UCN是 CRH-R2 的天然激动 剂。 2001 年 CRH-R3 被分离出来, 由 428 个氨基酸 组成, 与 CRH-R1 有着较高的同源性, 其特性和作用 有待于进一步研究。 CRH 受体都是与 G 蛋白相偶联的跨膜 7 次的 受体, 第二信使为 cAMP。位于细胞膜外的 N 端有6 个比较保守的半胱氨酸, 它们通过二硫键形成能与 CRH 结合的位点。CRH 受体上还有 5 个可以糖基 化的位点。CRH 与受体结合后, 通过偶联的 G 蛋白 活化细胞内 AC, 使细胞内 cAMP 浓
12、度增加, 后者激 活蛋白激酶 A(PKA) , CRH 的诸多作用都是通过此 信使途径实现的。即 CRH受体G 蛋白AC cAMPPKA功能蛋白表达生物学效应 4。 CRH 还可以通过 DG/ PKC 途径调节 ACTH 的释放 和生物合成。其作用途径为 CRH受体特定的 G 蛋白 (Gq)磷脂酰肌醇特异性磷脂酶 CDG 和 IP3PKC功能蛋白表达生物学效应。另外, CRH 受体 7 次跨膜形成的细胞内 3 个环和 C 端, 都 可以被蛋白激酶 C (PKC) 或 PKA 磷酸化, CRHR 磷 酸化可以使 cAMP 的生成进一步增加, 进而加强其 生物学效应。由于 CRH 受体存在多种亚型
13、且有着 不同的组织分布, 故存在组织特异性 G 蛋白偶联, 激活多种信号转导途径, 产生丰富的生物学效应。 3 CRH 受体在应激反应中的作用 3. 1 调节应激时 HPA 轴反应 3. 1. 1 CRH-R1 启动应激时 HPA 轴反应 应激源 刺激下, 下丘脑 PVN (室旁核) 处 CRH 以超短正反 馈的方式使自身分泌迅速增加, 即通过上调 CRH- R1 的表达, 再以旁分泌或自分泌的方式作用 CRH- R1 进一步促进自身分泌。CRH 经垂体门脉到达垂 体, 作用于垂体前叶细胞上高度表达的 CRH-R1, 激 活腺苷酸环化酶系统, 诱导 ACTH、 -内啡肽和其它 POMC 源性肽
14、释放入血, 最终导致糖皮质激素 (GC) 分泌, 调动机体各系统应答应激刺激 6。通过应用 CRH-R1 基因敲除鼠发现, 基础和应激状态下 HPA 轴功能明显受损。强制游泳应激后, 血浆 ACTH 和 皮质酮的释放较野生型鼠明显减少, 这主要与垂体 CRH-R1 缺失不能保持 ACTH 分泌有关 7。边缘系 统 CRH-R1 对调控应激时 HPA 轴反应至关重要。 最近通过应用选择性边缘系统和前脑 CRH-R1 缺失 鼠 (垂体 CRH-R1 保留) 发现, 急性制动应激后 90 min, 其血浆 ACTH 和皮质酮水平仍显著增高, 表明 边缘系统 CRH-R1 在中枢水平对 HPA 轴进行
15、负反 馈调控 8。研究发现 CRH 是海马 MR (盐皮质激素 受体) 重要调节者, 而海马 MR 对 HPA 轴起着负反 馈作用。应激能使野生型鼠 MRmRNA 表达明显增 多, 而不能在条件性突变体上产生该效应, 从而从基 因水平证明了边缘 CRH/ CRH-R1 通路对 MR 的调 节作用 8。下丘脑室旁核及边缘系统 GR (糖皮质 激素受体) 高度表达, 能抑制 HPA 轴过度反应, 对应 激恢复阶段有着重要作用。给予选择性 CRH-R1 受 体拮抗剂能使小鼠海马和杏仁核的 GRmRNA 增加, 从而促进 GR 对过度反应的 HPA 轴的负反馈调节; 这同时也表明 CRH-R1 介导慢
16、性应激时 CRH 引起 的室旁核及边缘系统 GR 下调 9。同时, GR 对 CRHR 有着调节作用。应用转基因 GR 功能障碍小 鼠研究发现, 长期 GR 功能缺失可以导致室旁核 CRH 神经元活动减少, 并降低垂体 CRH-R1mRNA 对应激导致其下调的敏感性, 进一步导致 HPA 轴的 紊乱 10。 3. 1. 2 CRH-R2 对 HPA 轴的影响 CRH-R2 缺失 动物对应激高度敏感, 束缚应激后血浆 ACTH 和皮 质酮水平较对照组快速达到高峰 11。而 Coste 的实 验发现, 尽管应激应答的起源比较正常,CRH-R2 缺失鼠表现出 ACTH 释放终止较早, 提示 CRH-
17、R2 参与 HPA 轴动力的维持, 缺乏 CRH-R2 实验鼠的血 浆皮质酮水平在应激后 90 min 仍维持在高水平, 推 测 CRH-R2 影响 HPA 轴应答的恢复期 12。 目前对 CRH-R3 在应激中的作用尚不清楚。 815中国药理学通报 Chinese Pharmacological Bulletin 2006 May; 22 (5) CRH-R1/2 敲除鼠中枢注入 CRH 不能激活 HPA 轴 反应表明该受体可能不参与应激时 ACTH 的释放。 3. 2 对行为、 情绪的影响 应激时实验动物表现出 焦虑样行为能被预先给予选择性 CRH-R1 受体拮抗 剂阻断, 表明应激时主要
18、由 CRH-R1 介导产生焦虑 样行为。常规 CRH-R1 基因敲除鼠应激后, 用高架 十字迷宫实验和明暗包厢实验测试其行为, 发现焦 虑水平较对照组降低 7。对条件性边缘脑和前脑 CRH-R1 敲除鼠进行行为测试发现, 在高架十字迷 宫实验中, 其进入开放臂的时间和次数较野生型鼠 显著下降, 表明边缘 CRH-R1 通过独立于 HPA 轴功 能的途径, 调节应激时行为变化 8。目前通过对应 激与饮酒行为关系的研究发现, 应激能增加或逐渐 增加缺乏功能性 CRH-R1 小鼠的酒精摄入, 重复应 激导致延迟和持久的酒精摄入。这可能由于 CRH- R1 缺失使 NMDA 受体亚型 NR2B 适应性
19、上调所致, NR2B 是酒精敏感部位同时也能被应激影响 13。 CRH-R2 主要调节中枢抗焦虑反应, 拮抗 CRH- R1 介导的产生焦虑的作用 14。中枢给予选择性 CRH-R2 激动剂 UCN、 UCN能产生抗焦虑样作 用 15。CRH-R2 基因敲除鼠表现出焦虑行为亢 进 11。Kishimoto 等16发现 CRH-R2 缺失雄鼠与情 绪和自主神经功能有关的脑区 CREB 磷酸化减少, 表明 CRH-R2 缺失雄鼠焦虑行为亢进是不依赖与 HPA 轴功能的。目前对 CRH-R2 的行为效应存在 一些矛盾的地方。如 Coste 的研究发现 CRH-R2 敲 除鼠焦虑样行为没有明显改变,
20、这很可能是由于基 因敲除鼠基因背景不同所致, 还可能是由于基因敲 除后产生了不同的补偿基因表达, 如 Bale 等 2的研 究发现 CRH-R2 缺失鼠中央杏仁核 CRH 水平上升。 CRH-R2 有着较为复杂的行为效应, 与实验动物行 为测试的时间及受体的位置有关 17。急性拮抗电 击足后大鼠外侧隔区的 CRH-R2, 发现应激导致的 防御行为减少。最近研究发现中缝核 CRH-R2 介导 不可控制应激后的行为结果, 如习得性无助和焦虑 的产生。CRH-R2 还可以介导 CRH 和 UCN 应激时 产生厌食行为。Stecker 等 18认为 CRH-R1 与认知 性行为包括注意、 执行、 情感
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- 肾上腺皮质激素 释放 激素 受体 应激 反应 中的 作用 研究
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