内源性下行抑制/易化系统与5-羟色胺对脊髓伤害感受性信息的调制
作者：张玉秋 吴根诚
单位：张玉秋(上海医科大学医学神经生物学国家重点实验室，上海 200032)(中国科学院上海生理所神经生物学开放实验室，上海 200031)；吴根诚(上海医科大学医学神经生物学国家重点实验室，上海 200032)
关键词：下行抑制；下行易化；5-HT受体；镇痛
生理科学进展000305 摘要 内源性下行抑制系统在痛觉传递与调制中具有重要作用。近年来，与这一系统相对的下行易化系统开始引起人们的关注。中枢神经系统通过下行抑制/易化系统对外周伤害性信息进行双向调制。5-羟色胺(5-HT)是痛觉下行调制系统的主要神经递质，电刺激或微量注射兴奋性氨基酸于中缝大核(NRM)或巨细胞网状核(NGC)内，既可兴奋也可抑制脊髓伤害性反应。这种相互矛盾的效应可能与脊髓内的多种5-HT受体亚型有关。
学科分类号 R338
, 百拇医药
Endogenous Descending Inhibitory/Facilitatory System and Serotonin (5-HT) Modulating Spinal Nociceptive Transmission
ZHANG Yu-Qiu WU Gen-Cheng
(State Key Laboratory of Medical Neurobiology, Shanghai Medical University, Shanghai 200032)
ZHANG Yu-Qiu
(Key Laboratory of Neurobiology, Shanghai Institute of Physiology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031)
, 百拇医药
Abstract Endogenous descending inhibitory system plays an important role in the modulation of nociceptive transmission. In recent years, descending facilitatory system has been noted. CNS bi-directionally modulates the peripheral nociceptive transmission at the spinal cord level via the descending inhibitory/facilitatory system. Serotonin (5-HT) is the main neurotransmitter in descending pain modulation. Intrathecal application of 5-HT or electrical stimulation or glutamate microinjection into the nucleus raphe magnus (NRM) and nucleus reticularis gigantocellularis(NGC) may produce inhibition and / or facilitation of spinal nociceptive transmission. The contradictory results may be attributed to the nonselective action(s) of 5-HT at multiple subtypes of 5-HT receptor in spinal cord.
, http://www.100md.com
Key words Descending inhibition; Descending facilitation; Serotonin receptor; Analgesia
一、脑干下行抑制/易化系统
(一) 脑干下行抑制系统 有关痛觉下行抑制系统的研究开始于本世纪60年代，我国学者邹岗(1964)首先发现微量注射吗啡于第三脑室和中脑导水管周围灰质可以引起强烈的镇痛作用。不久，Reymold (1969) 报道了电刺激大鼠中脑导水管周围灰质(PAG)可使动物耐受剖腹探查手术而不影响其它活动。以后许多实验进一步证实，脑内刺激镇痛的有效部位可以从第三脑室尾端到PAG并一直延续到中缝大核(NRM)及其邻近的网状结构。Meyer(1976)和Fields(1978)等分别提出了在脑干后部存在一个以PAG和NRM为主体，下行到脊髓背角的内源性镇痛系统的概念。这个概念不断获得新的实验证据。目前，为多数学者认可的脑干内源性下行抑制系统主要由PAG、延髓头端腹内侧核群(RVM)和一部分脑桥背外侧网状结构组成，经脊髓背外侧束(DLF)下行对延髓和脊髓背角痛觉感受性信息的传入产生抑制性调制[1]。
, 百拇医药
1. PAG：除源于脊髓的纤维传入外，大鼠PAG还接受来自间脑和脑干的许多核团的纤维传入，包括丘脑的束旁核、未定带、下丘脑背内侧和腹内侧核、下丘脑前部的腹侧部、弓状核、中缝大核、脑干网状结构、苍白球、蓝斑和腹侧臂旁核等。此外，视前内侧区、外侧隔核及扣带回前部也有部分纤维投射到PAG。PAG的传出纤维主要分为三部分，第一部分是投射到前内侧斑周区，即Barrington's核，蓝斑及蓝斑下核等；第二部分投射到包括巨细胞网状核等在内的延髓内侧网状结构；第三部分，也是最重要的一部分传出纤维则投射到NRM[1，2]。
刺激PAG各区都有镇痛作用。但刺激其背外侧区主要表现为交感神经兴奋、防御反射增强和镇痛，而刺激其腹外侧区则主要表现为交感神经抑制和镇痛[3]。PAG内存在两类痛觉调制神经元，即与甩尾反射相关的“停止”和“启动”神经元，其机能意义可能与RVM内的“停止”和“启动”甩尾反射相关神经元类似(详见2. RVM)。
, 百拇医药 有关PAG是否具有紧张性下行抑制作用，目前尚不十分清楚。有研究发现，用的卡因阻断PAG可明显易化甩尾反射。而另有一些报道表明，用利多卡因阻断PAG对张颌反射无影响，电解损毁PAG腹外侧部也不影响大鼠甩尾反射的基础值[4]。
2. RVM：起源于PAG的下行抑制作用，需经过其它核团的中继，其中证据最为确凿的就是RVM。PAG与RVM之间的兴奋性联系提示它是PAG下行抑制通路的一个关键性结构[1]。RVM包括NRM及其邻近的腹侧网状结构。在猫，这个腹侧网状结构大体上和NGC的范围相当，在大鼠则包括NGC和NGCα。RVM的下行纤维主要是通过DLF和腹外侧束(VLF)下行到达延髓和脊髓背角。
RVM内50%左右的神经元为5-HT能的，其余50%包括去甲肾上腺素(NE)、多种神经肽和GABA能神经元。其中，5-HT 与NE、5-HT与阿片肽、5-HT与GABA 以及GABA与阿片肽等也多有共存现象。
, http://www.100md.com
Fields(1983)等在大量实验研究的基础上，根据RVM神经元对伤害性烫尾的反应特性将其分为三类：“停止”神经元(off-cell)、“启动”神经元(on-cell)和中性神经元(neutral-cell)。Off-cell 一般在甩尾反射发生前250～400ms左右自发放电骤然减少或完全停止；on-cell 在甩尾反射发生前骤然出现放电或放电骤然增加；neutral-cell在甩尾反射发生前后，放电活动没有变化。一般认为，off-cell阻抑伤害性信息的传递而出现镇痛效应；on-cell 则增强伤害性信息传递而产生易化效应。Potrebic[5]等采用抗体微电极技术对RVM内三种类型的神经元进行了5-HT 免疫组化研究，发现上述神经元均呈5-HT免疫阳性反应。其中，5-HT免疫阳性反应在neutral-cell分布最多，off-cell次之，on-cell最少。
3. 蓝斑/蓝斑下核：源于PAG的下行抑制作用，除主要经由NRM的5-HT递质系统介导外，还可经背外侧脑桥的蓝斑(LC)和蓝斑下核(SC)的NE能神经系统作用于脊髓[1]。
, http://www.100md.com
LC/SC是脊髓NE纤维投射的主要来源，来自LC/SC的下行纤维大都投射到双侧脊髓的Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ层，以同侧为主。
行为学和电生理学的研究表明，电刺激或微量注射兴奋性氨基酸于LC/SC内，可产生明显的镇痛作用。该作用可被双侧或同侧切断VLF明显减弱，但切断双侧DLF对LC/SC的镇痛作用无影响，表明LC/SC对脊髓背角神经元的抑制效应主要是经双侧(以同侧为主)VLF传导的，鞘内注射或脊髓微电泳NE和α2受体激动剂可明显延长正常大鼠的热板反射、甩尾反射以及炎症大鼠的缩爪反射的潜伏期，而给予α2受体阻断剂可部分阻断LC/SC的镇痛作用，表明LC/SC的镇痛作用至少部分是由脊髓α2受体介导实现的。
(二) 脑干下行易化系统 近三十年来，尽管人们的研究重心大都集中在以PAG和RVM为核心的内源性下行抑制系统对脊髓痛觉传递的影响方面，但在研究过程中偶然发现的电刺激PAG、NRM及NGC对脊髓背角神经元和甩尾反射的兴奋(易化)作用也逐渐引起人们的研究兴趣。
, http://www.100md.com
McCreery(1979)首先报道了单脉冲刺激猫的NRM或NGC可以易化/抑制脊丘束神经元对机械刺激的反应。接着，Haber(1980)等发现，以小于50μA的低强度电刺激猴的NGC区可兴奋11/57个脊丘束神经元。Giesler(1981)和Yezierski(1990)又分别在猴和猫上观察到，电刺激内侧网状结构也可兴奋脊丘束神经元。此外，Light(1986)等也报道了电刺激NRM和PAG可使半数脊髓背角Ⅰ、Ⅱ层神经元发生初始兴奋反应。90年代以来，卓敏和Gebhart针对NGC在痛觉下行抑制/易化中的作用进行了系列研究，并首次提出：“下行易化系统是一个不同于下行抑制系统而独立存在的机能系统”[6]。
1. 下行易化系统的中枢起源：如前所述，在PAG和RVM内均存在有off-cell和on-cell。有研究表明，以短串脉冲刺激PAG可兴奋58%的RVM on-cell和44%的off-cell，提示脑干对脊髓伤害性输入具有双向调节作用[7]。
, 百拇医药
鉴于RVM内的off-cell和on-cell在分布上具有明显的同源性。电刺激或谷氨酸微量注射于PAG、NRM和NGC对脊髓背角神经元的抑制/易化作用可发生于同一个刺激位点的不同刺激强度和同一注射点的不同谷氨酸浓度，即在刺激或注射位点不变的情况下，低强度的电刺激或低浓度的谷氨酸可激活易化系统，从而兴奋脊髓背角神经元；高强度电刺激或高浓度谷氨酸可同时激活下行易化和抑制系统。由于抑制作用具有明显的量效关系，而易化作用则不因刺激强度的增大而增大，此时，下行抑制作用可能掩盖了下行易化作用。这些结果提示，下行易化系统与下行抑制系统可能源于相同的中枢核团[6]。
Wei等的研究发现：在福氏佐剂致炎大鼠，损毁NRM可明显增强痛敏反应和腰段脊髓背角Fos蛋白的表达，而损毁NGC则与之相反。如果NGC的损毁扩展到NRM，则对痛阈和Fos 蛋白的表达无明显影响，提示NGC和NRM在痛觉调制中可能具有相反的作用，前者可能是下行易化系统的重要中枢，而后者可能主要与痛觉抑制有关[8]。下行易化系统究竟涉及哪些中枢结构还有待于进一步研究探讨。
, 百拇医药
2. 下行易化系统的脊髓通路：Dougherty(1970)曾报道，下行性抑制通路位于DLF，而下行性易化通路则可能位于VLF，卓敏等的研究进一步证实，双侧切断DLF可明显减弱或取消由刺激NGC/NGCα所诱导的下行抑制作用，而易化作用不受影响或有所增强。Ren等在炎症大鼠也发现，切断双侧DLF，由角叉菜胶和福氏佐剂所引起的炎性痛敏反应明显增强[9]。但局部麻醉VLF则可降低或取消由刺激NGC/NGCα所诱导的下行易化作用。提示下行抑制系统由双侧DLF传导，下行易化系统可能经由VLF传导。
3. 下行易化的机制及生理意义：以往人们认为，下行易化作用只是对下行性抑制的去抑制。然而实验发现，鞘内注射非选择性5-HT受体阻断剂可取消电刺激NGC 或NGC内微量注射谷氨酸所诱导的易化作用。提示下行易化作用是通过脊髓5-HT受体介导的下行易化通路的激活而实现的，并非是下行抑制系统的去抑制。
有关下行易化系统的生理意义目前存在两种设想：第一，脑干下行调制系统对脊髓伤害性输入的兴奋性影响可能在于通过激活负反馈环路以增强其下行抑制作用；第二，下行易化系统的激活能通过降低痛阈提高机体对伤害性刺激的辨别、定位并作出恰当的反应，从而有助于生存和保护。
, 百拇医药
二、5-HT对脊髓伤害感受性信息的调制
作为脑干下行抑制/易化系统的重要神经递质[10]，5-HT对脊髓伤害性信息的调制作用，在过去三十年间已被广泛研究。70年代，人们的研究焦点主要集中在脑干下行5-HT系统对脊髓伤害感受性信息的抑制性作用上。到了80年代，人们开始注意一种新的现象，即根据实验中所用的脑刺激强度、给药方式、用药剂量以及动物模型的不同，5-HT对脊髓伤害性信息的调制具有明显的双重性。5-HT受体的激活不仅可以产生痛觉抑制作用，还可以引起痛觉易化，提示5-HT对脊髓伤害性信息的调制可能是经由多种5-HT受体亚型的介导实现的。进入90年代以后，随着对5-HT受体亚型分子生物学研究的深入和多种激动剂和阻断剂的发现，为人们深入了解5-HT受体亚型在痛觉调制中的作用打下了良好的基础。目前, 5-HT1(5-HT1A、5-HT1B、5-HT1C、5-HT1D)、5-HT2、5-HT3和5-HT4受体亚型均已在脊髓背角发现[11]。
, 百拇医药
(一)5-HT1受体在脊髓伤害感受性信息调制中的作用 在脊髓，5-HT1受体主要有5-HT1A、5-HT1B、5-HT1C和5-HT1D受体，其中5-HT1C受体亚型的分子生物学、药理学以及细胞内信号转导系统等方面与5-HT2受体具有许多相同的特性；对5-HT1D受体在痛觉调制中的作用研究较少。因此，这里主要介绍5-HT1A和5-HT1B受体的作用。有关5-HT1受体在痛觉调制中作用的研究，所获得的结果矛盾较多，大体上可归纳为两种情况。
1.5-HT1受体介导抗伤害作用：Berge曾在1982年报道，皮下注射5-HT1A/5-HT1B受体激动剂5-Me-ODMT可明显抑制大鼠甩尾反射。而后，Schmause(1983)又采用联合应用5-HT和多种5-HT受体阻断剂的方法发现，5-HT对甩尾反射的抑制作用是经由5-HT1受体介导实现的。Eide实验室的系列工作也表明，小鼠鞘内注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT和5-HT1B受体激动剂RU24969等也明显抑制其甩尾反射，如鞘内预先给予SP、8-OH-DPAT和RU24969对甩尾反射的抑制作用则明显减弱[12]。
, 百拇医药
有人认为，5-HT1受体所介导的抗伤害作用，主要是5-HT1A受体的作用，而5-HT1B受体不仅不介导抗伤害作用，甚至可能介导痛觉易化。如皮下注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT可抑制大鼠脊髓伤害性反射，而皮下注射5-HT1B受体激动剂RU24969或mCPP则易化脊髓的伤害性反射。同样，鞘内注射或脊髓微电泳5-HT1A受体激动剂也呈现出明显的抗伤害效应，但5-HT1B受体激动剂却无此作用[13]。
2.5-HT1受体介导痛觉易化作用：与以上结果相悖，另一些实验结果显示，激活脊髓的5-HT1受体可明显易化脊髓的伤害性反射，在脊髓大鼠5-HT1A或5-HT1B受体激动剂均可明显易化大鼠的甩尾反射和脊髓背角神经元对伤害性刺激的反应。卓敏等的系列研究工作也提示脑干下行易化系统对脊髓伤害性反射的易化作用是通过5-HT1A和5-HT1B受体介导实现的[6]。我们实验室最近的研究也表明，鞘内注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT和5-HT1B受体激动剂CGS12066B均可明显易化脊髓背角神经元对伤害性刺激的反应。
, http://www.100md.com
尽管支持5-HT1受体介导痛觉易化作用的实验事实相对较多，但这一易化作用究竟是5-HT1A和5-HT1B共同介导的，还是其中之一单独介导的，目前的研究结果仍有矛盾。有研究表明，给小鼠鞘内注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT和Buspirone以及5-HT1A和5-HT1B受体激动剂5-CT均可明显易化小鼠的甩尾反射，而鞘内给予5-HT1B受体激动剂TFMPP和CGS12066B则抑制其甩尾反射，提示5-HT1A受体介导的易化效应大于5-HT1B受体介导的抑制效应[14]。此外，鞘内注射5-HT1A还能明显减弱皮下注射吗啡所引起的抗伤害作用。Murphy等的研究也表明，腹腔注射5-HT1A受体激动剂可易化脊髓大鼠对伤害性刺激的反应，而5-HT1B受体激动剂则抑制之。
5-HT1受体在调制脊髓伤害感受性信息中的上述种种相互矛盾的可能作用，目前尚难解释清楚，是否由于所选动物的种属、给药方式、用药剂量、激动剂或阻断剂的特异性以及观察指标和实验过程等不同造成的，还需进一步研究探讨。
, 百拇医药
(二)5-HT2受体在脊髓伤害感受性信息调制中的作用 实验观察到，激活5-HT2受体既可引起痛觉抑制，又可产生痛觉易化作用。Solomon(1988)等在观察5-HT受体亚型在介导降压和镇痛时发现，鞘内注射5-HT2受体激动剂MK-212和Quipazine等可明显抑制大鼠的甩尾反射，支持了Yaksh(1979)等先前的报道。此外， 5-HT2受体在介导阿片肽的抗伤害作用中也具有重要作用。与此相反的结果是，激活脊髓5-HT2受体可明显易化甩尾反射和撕咬、搔扒等伤害性反应，而阻断脊髓5-HT2受体则明显提高痛阈[15]。
(三)5-HT3受体在脊髓伤害感受性信息调制中的作用 与5-HT1和5-HT2受体相比，对5-HT3受体在痛觉调制中作用的研究所获得的结果较为一致。Willis实验室的研究发现，电刺激或微量注射兴奋性氨基酸于PAG所引起的脊髓背角伤害感受性神经元的抑制效应可被5-HT3受体阻断剂所阻断，提示脊髓的5-HT3受体在痛觉下行抑制中具有重要意义。Glaum(1990)曾报道，鞘内注射5-HT3受体激动剂2-Me-5-HT可模拟鞘内注射5-HT所引起的大鼠甩尾反射和热板反射的抑制作用，而5-HT3受体阻断剂ICS205-930和MDL72222则可阻断5-HT和2-Me-5-HT的抗伤害效应。Wilcox小组的系列研究也表明，鞘内注射5-HT3受体激动剂2-Me-5-HT可明显抑制由鞘内注射SP和NMDA所引起的小鼠撕咬和搔扒行为，由伤害性刺激和SP、NMDA所诱发的脊髓背角神经元的伤害性反应也可被微电泳2-Me-5-HT所抑制，该抑制效应可被5-HT3受体阻断剂ICS205-930和GABA所阻断，提示5-HT对脊髓伤害感受性信息的抑制是经由5-HT3受体介导GABA的释放，进而通过对初级传入纤维终末的突触后抑制而实现的[16]。
, 百拇医药
但也有研究发现，鞘内注射5-HT3受体激动剂可易化福尔马林引起的晚时相反应，而5-HT3受体阻断剂则可抑制之，提示5-HT3受体也可能介导对福尔马林引起的伤害性反应的易化。
有关5-HT4受体在痛觉调制中的作用研究较少，近年来曾有报道外周或脑室注射5-HT4受体激动剂BIMU1和BIMU8可产生镇痛作用[17]。
中国博士后科学基金(第24期)和国家自然科学基金(39970925)资助课题
参考文献
1，Willis WD， Westlund KN. Neuroanatomy of the pain system and of the pathways that modulate pain. J Clin Neurophysiol, 1997, 14∶ 2～31.
, 百拇医药
2，Stamford JA. Descending control of pain. British J Anasthesia, 1995, 75∶ 217～227.
3，Bandler R, Shipley MT. Columnar organization of the midbrain periaqueductal gray: modules for emotional expression? Trends Neurosci, 1994, 17∶ 379～389.
4，Zhang YQ, Tang JS, Yuan B, et al. Inhibitory effects of electrical evoked activation of ventrolateral orbital cortex on the tail flick reflex are mediated by periaqueductal gray in rats. Pain, 1997, 72∶ 127～135.
, http://www.100md.com
5，Potrebic SB, Msaon P, Fields HL. The density and distribution of serotonergic appositions onto identified neurons in the rat rostral ventromedial medulla. J Neurosci, 1995, 15∶ 3273～3283.
6，卓敏，Cebhart GF. 中枢痛觉调制：下行易化系统。生理科学进展，1993，24：252～254.
7，Hutchison WD, Harfa L, Dostrovsky JO. Ventrolateral orbital cortex and periaqueductal gray stimulation induced effects on on-and off-cells in the rostral ventromedial medulla in the rat. Neurosci, 1996, 70∶ 391～407.
, http://www.100md.com
8，Wei F, Dubner R, Ren K. Nucleus reticularis gigantocellularis and nucleus raphe magnus in the brain stem exert opposite effects on behavioral hyperalgesia and spinal Fos protein expression after peripheral inflammation. Pain, 1999, 80∶ 127～141.
9，Ren K, Dubner R. Enhanced descending modulation of nociception in rats with persistent hindpaw inflammation. J Neurophysiol, 1996, 76∶ 3025～3037.
10，Calejesan AA, Chang MH, Zhuo M. Spinal serotonergic receptors mediate facilitation of a nociceptive reflex by subcutaneous formalin injection into the hindpaw in rats. Brain Res, 1998, 798∶ 46～54.
, 百拇医药
11，韩济生.医用神经生物学.武汉：武汉出版社，1997，103～118.
12，Eide PK， Hole K. Interactions between serotonin and substance P in the spinal regulation of nociception. Brain Res， 1991, 550∶ 255～230.
13，Millan MJ, Seguin L, Honore P, et al. Pro-and antinociceptive actions of serotonin (5-HT)1A agonists and antagonists in rodents: relationship to algesionmetric paradigm. Behav Brain Res, 1996, 73∶ 69～77.
14，Alhaider AA, Wilcox GL. Differential roles of 5-Hydroxytryptamine1A and 5-Hydroxytryptamine1B receptor subtypes in modulating spinal nociceptive transmission in mice. J Pharmacol Exp Ther, 1993, 265∶ 378～385.
, 百拇医药
15，Belcheva S, Petkov VD, Konstantinova E, et al. Effects on nociception of the Ca2+ and 5-HT antagonist dotarizine and other 5-HT receptor agonists and antagonists. Acta Physiol Pharmacol Bulg, 1995, 21∶ 93～98.
16，Peng YB, Lin Q, Willis WD. The role of 5-HT3 receptors in periaqueductal gray-induced inhibition of nociceptive dorsal horn neurons in rats. JPET, 1996, 276∶ 116～124.
17，Ghelardini C, Galeotti N, Casamenti F, et al. Central cholinergic antinociception induced by 5-HT4 agonists: BIMU1 and BIMU8. Life Sci, 1996, 58∶ 2297～2309., 百拇医药
单位：张玉秋(上海医科大学医学神经生物学国家重点实验室，上海 200032)(中国科学院上海生理所神经生物学开放实验室，上海 200031)；吴根诚(上海医科大学医学神经生物学国家重点实验室，上海 200032)
关键词：下行抑制；下行易化；5-HT受体；镇痛
生理科学进展000305 摘要 内源性下行抑制系统在痛觉传递与调制中具有重要作用。近年来，与这一系统相对的下行易化系统开始引起人们的关注。中枢神经系统通过下行抑制/易化系统对外周伤害性信息进行双向调制。5-羟色胺(5-HT)是痛觉下行调制系统的主要神经递质，电刺激或微量注射兴奋性氨基酸于中缝大核(NRM)或巨细胞网状核(NGC)内，既可兴奋也可抑制脊髓伤害性反应。这种相互矛盾的效应可能与脊髓内的多种5-HT受体亚型有关。
学科分类号 R338
, 百拇医药
Endogenous Descending Inhibitory/Facilitatory System and Serotonin (5-HT) Modulating Spinal Nociceptive Transmission
ZHANG Yu-Qiu WU Gen-Cheng
(State Key Laboratory of Medical Neurobiology, Shanghai Medical University, Shanghai 200032)
ZHANG Yu-Qiu
(Key Laboratory of Neurobiology, Shanghai Institute of Physiology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031)
, 百拇医药
Abstract Endogenous descending inhibitory system plays an important role in the modulation of nociceptive transmission. In recent years, descending facilitatory system has been noted. CNS bi-directionally modulates the peripheral nociceptive transmission at the spinal cord level via the descending inhibitory/facilitatory system. Serotonin (5-HT) is the main neurotransmitter in descending pain modulation. Intrathecal application of 5-HT or electrical stimulation or glutamate microinjection into the nucleus raphe magnus (NRM) and nucleus reticularis gigantocellularis(NGC) may produce inhibition and / or facilitation of spinal nociceptive transmission. The contradictory results may be attributed to the nonselective action(s) of 5-HT at multiple subtypes of 5-HT receptor in spinal cord.
, http://www.100md.com
Key words Descending inhibition; Descending facilitation; Serotonin receptor; Analgesia
一、脑干下行抑制/易化系统
(一) 脑干下行抑制系统 有关痛觉下行抑制系统的研究开始于本世纪60年代，我国学者邹岗(1964)首先发现微量注射吗啡于第三脑室和中脑导水管周围灰质可以引起强烈的镇痛作用。不久，Reymold (1969) 报道了电刺激大鼠中脑导水管周围灰质(PAG)可使动物耐受剖腹探查手术而不影响其它活动。以后许多实验进一步证实，脑内刺激镇痛的有效部位可以从第三脑室尾端到PAG并一直延续到中缝大核(NRM)及其邻近的网状结构。Meyer(1976)和Fields(1978)等分别提出了在脑干后部存在一个以PAG和NRM为主体，下行到脊髓背角的内源性镇痛系统的概念。这个概念不断获得新的实验证据。目前，为多数学者认可的脑干内源性下行抑制系统主要由PAG、延髓头端腹内侧核群(RVM)和一部分脑桥背外侧网状结构组成，经脊髓背外侧束(DLF)下行对延髓和脊髓背角痛觉感受性信息的传入产生抑制性调制[1]。
, 百拇医药
1. PAG：除源于脊髓的纤维传入外，大鼠PAG还接受来自间脑和脑干的许多核团的纤维传入，包括丘脑的束旁核、未定带、下丘脑背内侧和腹内侧核、下丘脑前部的腹侧部、弓状核、中缝大核、脑干网状结构、苍白球、蓝斑和腹侧臂旁核等。此外，视前内侧区、外侧隔核及扣带回前部也有部分纤维投射到PAG。PAG的传出纤维主要分为三部分，第一部分是投射到前内侧斑周区，即Barrington's核，蓝斑及蓝斑下核等；第二部分投射到包括巨细胞网状核等在内的延髓内侧网状结构；第三部分，也是最重要的一部分传出纤维则投射到NRM[1，2]。
刺激PAG各区都有镇痛作用。但刺激其背外侧区主要表现为交感神经兴奋、防御反射增强和镇痛，而刺激其腹外侧区则主要表现为交感神经抑制和镇痛[3]。PAG内存在两类痛觉调制神经元，即与甩尾反射相关的“停止”和“启动”神经元，其机能意义可能与RVM内的“停止”和“启动”甩尾反射相关神经元类似(详见2. RVM)。
, 百拇医药 有关PAG是否具有紧张性下行抑制作用，目前尚不十分清楚。有研究发现，用的卡因阻断PAG可明显易化甩尾反射。而另有一些报道表明，用利多卡因阻断PAG对张颌反射无影响，电解损毁PAG腹外侧部也不影响大鼠甩尾反射的基础值[4]。
2. RVM：起源于PAG的下行抑制作用，需经过其它核团的中继，其中证据最为确凿的就是RVM。PAG与RVM之间的兴奋性联系提示它是PAG下行抑制通路的一个关键性结构[1]。RVM包括NRM及其邻近的腹侧网状结构。在猫，这个腹侧网状结构大体上和NGC的范围相当，在大鼠则包括NGC和NGCα。RVM的下行纤维主要是通过DLF和腹外侧束(VLF)下行到达延髓和脊髓背角。
RVM内50%左右的神经元为5-HT能的，其余50%包括去甲肾上腺素(NE)、多种神经肽和GABA能神经元。其中，5-HT 与NE、5-HT与阿片肽、5-HT与GABA 以及GABA与阿片肽等也多有共存现象。
, http://www.100md.com
Fields(1983)等在大量实验研究的基础上，根据RVM神经元对伤害性烫尾的反应特性将其分为三类：“停止”神经元(off-cell)、“启动”神经元(on-cell)和中性神经元(neutral-cell)。Off-cell 一般在甩尾反射发生前250～400ms左右自发放电骤然减少或完全停止；on-cell 在甩尾反射发生前骤然出现放电或放电骤然增加；neutral-cell在甩尾反射发生前后，放电活动没有变化。一般认为，off-cell阻抑伤害性信息的传递而出现镇痛效应；on-cell 则增强伤害性信息传递而产生易化效应。Potrebic[5]等采用抗体微电极技术对RVM内三种类型的神经元进行了5-HT 免疫组化研究，发现上述神经元均呈5-HT免疫阳性反应。其中，5-HT免疫阳性反应在neutral-cell分布最多，off-cell次之，on-cell最少。
3. 蓝斑/蓝斑下核：源于PAG的下行抑制作用，除主要经由NRM的5-HT递质系统介导外，还可经背外侧脑桥的蓝斑(LC)和蓝斑下核(SC)的NE能神经系统作用于脊髓[1]。
, http://www.100md.com
LC/SC是脊髓NE纤维投射的主要来源，来自LC/SC的下行纤维大都投射到双侧脊髓的Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ层，以同侧为主。
行为学和电生理学的研究表明，电刺激或微量注射兴奋性氨基酸于LC/SC内，可产生明显的镇痛作用。该作用可被双侧或同侧切断VLF明显减弱，但切断双侧DLF对LC/SC的镇痛作用无影响，表明LC/SC对脊髓背角神经元的抑制效应主要是经双侧(以同侧为主)VLF传导的，鞘内注射或脊髓微电泳NE和α2受体激动剂可明显延长正常大鼠的热板反射、甩尾反射以及炎症大鼠的缩爪反射的潜伏期，而给予α2受体阻断剂可部分阻断LC/SC的镇痛作用，表明LC/SC的镇痛作用至少部分是由脊髓α2受体介导实现的。
(二) 脑干下行易化系统 近三十年来，尽管人们的研究重心大都集中在以PAG和RVM为核心的内源性下行抑制系统对脊髓痛觉传递的影响方面，但在研究过程中偶然发现的电刺激PAG、NRM及NGC对脊髓背角神经元和甩尾反射的兴奋(易化)作用也逐渐引起人们的研究兴趣。
, http://www.100md.com
McCreery(1979)首先报道了单脉冲刺激猫的NRM或NGC可以易化/抑制脊丘束神经元对机械刺激的反应。接着，Haber(1980)等发现，以小于50μA的低强度电刺激猴的NGC区可兴奋11/57个脊丘束神经元。Giesler(1981)和Yezierski(1990)又分别在猴和猫上观察到，电刺激内侧网状结构也可兴奋脊丘束神经元。此外，Light(1986)等也报道了电刺激NRM和PAG可使半数脊髓背角Ⅰ、Ⅱ层神经元发生初始兴奋反应。90年代以来，卓敏和Gebhart针对NGC在痛觉下行抑制/易化中的作用进行了系列研究，并首次提出：“下行易化系统是一个不同于下行抑制系统而独立存在的机能系统”[6]。
1. 下行易化系统的中枢起源：如前所述，在PAG和RVM内均存在有off-cell和on-cell。有研究表明，以短串脉冲刺激PAG可兴奋58%的RVM on-cell和44%的off-cell，提示脑干对脊髓伤害性输入具有双向调节作用[7]。
, 百拇医药
鉴于RVM内的off-cell和on-cell在分布上具有明显的同源性。电刺激或谷氨酸微量注射于PAG、NRM和NGC对脊髓背角神经元的抑制/易化作用可发生于同一个刺激位点的不同刺激强度和同一注射点的不同谷氨酸浓度，即在刺激或注射位点不变的情况下，低强度的电刺激或低浓度的谷氨酸可激活易化系统，从而兴奋脊髓背角神经元；高强度电刺激或高浓度谷氨酸可同时激活下行易化和抑制系统。由于抑制作用具有明显的量效关系，而易化作用则不因刺激强度的增大而增大，此时，下行抑制作用可能掩盖了下行易化作用。这些结果提示，下行易化系统与下行抑制系统可能源于相同的中枢核团[6]。
Wei等的研究发现：在福氏佐剂致炎大鼠，损毁NRM可明显增强痛敏反应和腰段脊髓背角Fos蛋白的表达，而损毁NGC则与之相反。如果NGC的损毁扩展到NRM，则对痛阈和Fos 蛋白的表达无明显影响，提示NGC和NRM在痛觉调制中可能具有相反的作用，前者可能是下行易化系统的重要中枢，而后者可能主要与痛觉抑制有关[8]。下行易化系统究竟涉及哪些中枢结构还有待于进一步研究探讨。
, 百拇医药
2. 下行易化系统的脊髓通路：Dougherty(1970)曾报道，下行性抑制通路位于DLF，而下行性易化通路则可能位于VLF，卓敏等的研究进一步证实，双侧切断DLF可明显减弱或取消由刺激NGC/NGCα所诱导的下行抑制作用，而易化作用不受影响或有所增强。Ren等在炎症大鼠也发现，切断双侧DLF，由角叉菜胶和福氏佐剂所引起的炎性痛敏反应明显增强[9]。但局部麻醉VLF则可降低或取消由刺激NGC/NGCα所诱导的下行易化作用。提示下行抑制系统由双侧DLF传导，下行易化系统可能经由VLF传导。
3. 下行易化的机制及生理意义：以往人们认为，下行易化作用只是对下行性抑制的去抑制。然而实验发现，鞘内注射非选择性5-HT受体阻断剂可取消电刺激NGC 或NGC内微量注射谷氨酸所诱导的易化作用。提示下行易化作用是通过脊髓5-HT受体介导的下行易化通路的激活而实现的，并非是下行抑制系统的去抑制。
有关下行易化系统的生理意义目前存在两种设想：第一，脑干下行调制系统对脊髓伤害性输入的兴奋性影响可能在于通过激活负反馈环路以增强其下行抑制作用；第二，下行易化系统的激活能通过降低痛阈提高机体对伤害性刺激的辨别、定位并作出恰当的反应，从而有助于生存和保护。
, 百拇医药
二、5-HT对脊髓伤害感受性信息的调制
作为脑干下行抑制/易化系统的重要神经递质[10]，5-HT对脊髓伤害性信息的调制作用，在过去三十年间已被广泛研究。70年代，人们的研究焦点主要集中在脑干下行5-HT系统对脊髓伤害感受性信息的抑制性作用上。到了80年代，人们开始注意一种新的现象，即根据实验中所用的脑刺激强度、给药方式、用药剂量以及动物模型的不同，5-HT对脊髓伤害性信息的调制具有明显的双重性。5-HT受体的激活不仅可以产生痛觉抑制作用，还可以引起痛觉易化，提示5-HT对脊髓伤害性信息的调制可能是经由多种5-HT受体亚型的介导实现的。进入90年代以后，随着对5-HT受体亚型分子生物学研究的深入和多种激动剂和阻断剂的发现，为人们深入了解5-HT受体亚型在痛觉调制中的作用打下了良好的基础。目前, 5-HT1(5-HT1A、5-HT1B、5-HT1C、5-HT1D)、5-HT2、5-HT3和5-HT4受体亚型均已在脊髓背角发现[11]。
, 百拇医药
(一)5-HT1受体在脊髓伤害感受性信息调制中的作用 在脊髓，5-HT1受体主要有5-HT1A、5-HT1B、5-HT1C和5-HT1D受体，其中5-HT1C受体亚型的分子生物学、药理学以及细胞内信号转导系统等方面与5-HT2受体具有许多相同的特性；对5-HT1D受体在痛觉调制中的作用研究较少。因此，这里主要介绍5-HT1A和5-HT1B受体的作用。有关5-HT1受体在痛觉调制中作用的研究，所获得的结果矛盾较多，大体上可归纳为两种情况。
1.5-HT1受体介导抗伤害作用：Berge曾在1982年报道，皮下注射5-HT1A/5-HT1B受体激动剂5-Me-ODMT可明显抑制大鼠甩尾反射。而后，Schmause(1983)又采用联合应用5-HT和多种5-HT受体阻断剂的方法发现，5-HT对甩尾反射的抑制作用是经由5-HT1受体介导实现的。Eide实验室的系列工作也表明，小鼠鞘内注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT和5-HT1B受体激动剂RU24969等也明显抑制其甩尾反射，如鞘内预先给予SP、8-OH-DPAT和RU24969对甩尾反射的抑制作用则明显减弱[12]。
, 百拇医药
有人认为，5-HT1受体所介导的抗伤害作用，主要是5-HT1A受体的作用，而5-HT1B受体不仅不介导抗伤害作用，甚至可能介导痛觉易化。如皮下注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT可抑制大鼠脊髓伤害性反射，而皮下注射5-HT1B受体激动剂RU24969或mCPP则易化脊髓的伤害性反射。同样，鞘内注射或脊髓微电泳5-HT1A受体激动剂也呈现出明显的抗伤害效应，但5-HT1B受体激动剂却无此作用[13]。
2.5-HT1受体介导痛觉易化作用：与以上结果相悖，另一些实验结果显示，激活脊髓的5-HT1受体可明显易化脊髓的伤害性反射，在脊髓大鼠5-HT1A或5-HT1B受体激动剂均可明显易化大鼠的甩尾反射和脊髓背角神经元对伤害性刺激的反应。卓敏等的系列研究工作也提示脑干下行易化系统对脊髓伤害性反射的易化作用是通过5-HT1A和5-HT1B受体介导实现的[6]。我们实验室最近的研究也表明，鞘内注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT和5-HT1B受体激动剂CGS12066B均可明显易化脊髓背角神经元对伤害性刺激的反应。
, http://www.100md.com
尽管支持5-HT1受体介导痛觉易化作用的实验事实相对较多，但这一易化作用究竟是5-HT1A和5-HT1B共同介导的，还是其中之一单独介导的，目前的研究结果仍有矛盾。有研究表明，给小鼠鞘内注射5-HT1A受体激动剂8-OH-DPAT和Buspirone以及5-HT1A和5-HT1B受体激动剂5-CT均可明显易化小鼠的甩尾反射，而鞘内给予5-HT1B受体激动剂TFMPP和CGS12066B则抑制其甩尾反射，提示5-HT1A受体介导的易化效应大于5-HT1B受体介导的抑制效应[14]。此外，鞘内注射5-HT1A还能明显减弱皮下注射吗啡所引起的抗伤害作用。Murphy等的研究也表明，腹腔注射5-HT1A受体激动剂可易化脊髓大鼠对伤害性刺激的反应，而5-HT1B受体激动剂则抑制之。
5-HT1受体在调制脊髓伤害感受性信息中的上述种种相互矛盾的可能作用，目前尚难解释清楚，是否由于所选动物的种属、给药方式、用药剂量、激动剂或阻断剂的特异性以及观察指标和实验过程等不同造成的，还需进一步研究探讨。
, 百拇医药
(二)5-HT2受体在脊髓伤害感受性信息调制中的作用 实验观察到，激活5-HT2受体既可引起痛觉抑制，又可产生痛觉易化作用。Solomon(1988)等在观察5-HT受体亚型在介导降压和镇痛时发现，鞘内注射5-HT2受体激动剂MK-212和Quipazine等可明显抑制大鼠的甩尾反射，支持了Yaksh(1979)等先前的报道。此外， 5-HT2受体在介导阿片肽的抗伤害作用中也具有重要作用。与此相反的结果是，激活脊髓5-HT2受体可明显易化甩尾反射和撕咬、搔扒等伤害性反应，而阻断脊髓5-HT2受体则明显提高痛阈[15]。
(三)5-HT3受体在脊髓伤害感受性信息调制中的作用 与5-HT1和5-HT2受体相比，对5-HT3受体在痛觉调制中作用的研究所获得的结果较为一致。Willis实验室的研究发现，电刺激或微量注射兴奋性氨基酸于PAG所引起的脊髓背角伤害感受性神经元的抑制效应可被5-HT3受体阻断剂所阻断，提示脊髓的5-HT3受体在痛觉下行抑制中具有重要意义。Glaum(1990)曾报道，鞘内注射5-HT3受体激动剂2-Me-5-HT可模拟鞘内注射5-HT所引起的大鼠甩尾反射和热板反射的抑制作用，而5-HT3受体阻断剂ICS205-930和MDL72222则可阻断5-HT和2-Me-5-HT的抗伤害效应。Wilcox小组的系列研究也表明，鞘内注射5-HT3受体激动剂2-Me-5-HT可明显抑制由鞘内注射SP和NMDA所引起的小鼠撕咬和搔扒行为，由伤害性刺激和SP、NMDA所诱发的脊髓背角神经元的伤害性反应也可被微电泳2-Me-5-HT所抑制，该抑制效应可被5-HT3受体阻断剂ICS205-930和GABA所阻断，提示5-HT对脊髓伤害感受性信息的抑制是经由5-HT3受体介导GABA的释放，进而通过对初级传入纤维终末的突触后抑制而实现的[16]。
, 百拇医药
但也有研究发现，鞘内注射5-HT3受体激动剂可易化福尔马林引起的晚时相反应，而5-HT3受体阻断剂则可抑制之，提示5-HT3受体也可能介导对福尔马林引起的伤害性反应的易化。
有关5-HT4受体在痛觉调制中的作用研究较少，近年来曾有报道外周或脑室注射5-HT4受体激动剂BIMU1和BIMU8可产生镇痛作用[17]。
中国博士后科学基金(第24期)和国家自然科学基金(39970925)资助课题
参考文献
1，Willis WD， Westlund KN. Neuroanatomy of the pain system and of the pathways that modulate pain. J Clin Neurophysiol, 1997, 14∶ 2～31.
, 百拇医药
2，Stamford JA. Descending control of pain. British J Anasthesia, 1995, 75∶ 217～227.
3，Bandler R, Shipley MT. Columnar organization of the midbrain periaqueductal gray: modules for emotional expression? Trends Neurosci, 1994, 17∶ 379～389.
4，Zhang YQ, Tang JS, Yuan B, et al. Inhibitory effects of electrical evoked activation of ventrolateral orbital cortex on the tail flick reflex are mediated by periaqueductal gray in rats. Pain, 1997, 72∶ 127～135.
, http://www.100md.com
5，Potrebic SB, Msaon P, Fields HL. The density and distribution of serotonergic appositions onto identified neurons in the rat rostral ventromedial medulla. J Neurosci, 1995, 15∶ 3273～3283.
6，卓敏，Cebhart GF. 中枢痛觉调制：下行易化系统。生理科学进展，1993，24：252～254.
7，Hutchison WD, Harfa L, Dostrovsky JO. Ventrolateral orbital cortex and periaqueductal gray stimulation induced effects on on-and off-cells in the rostral ventromedial medulla in the rat. Neurosci, 1996, 70∶ 391～407.
, http://www.100md.com
8，Wei F, Dubner R, Ren K. Nucleus reticularis gigantocellularis and nucleus raphe magnus in the brain stem exert opposite effects on behavioral hyperalgesia and spinal Fos protein expression after peripheral inflammation. Pain, 1999, 80∶ 127～141.
9，Ren K, Dubner R. Enhanced descending modulation of nociception in rats with persistent hindpaw inflammation. J Neurophysiol, 1996, 76∶ 3025～3037.
10，Calejesan AA, Chang MH, Zhuo M. Spinal serotonergic receptors mediate facilitation of a nociceptive reflex by subcutaneous formalin injection into the hindpaw in rats. Brain Res, 1998, 798∶ 46～54.
, 百拇医药
11，韩济生.医用神经生物学.武汉：武汉出版社，1997，103～118.
12，Eide PK， Hole K. Interactions between serotonin and substance P in the spinal regulation of nociception. Brain Res， 1991, 550∶ 255～230.
13，Millan MJ, Seguin L, Honore P, et al. Pro-and antinociceptive actions of serotonin (5-HT)1A agonists and antagonists in rodents: relationship to algesionmetric paradigm. Behav Brain Res, 1996, 73∶ 69～77.
14，Alhaider AA, Wilcox GL. Differential roles of 5-Hydroxytryptamine1A and 5-Hydroxytryptamine1B receptor subtypes in modulating spinal nociceptive transmission in mice. J Pharmacol Exp Ther, 1993, 265∶ 378～385.
, 百拇医药
15，Belcheva S, Petkov VD, Konstantinova E, et al. Effects on nociception of the Ca2+ and 5-HT antagonist dotarizine and other 5-HT receptor agonists and antagonists. Acta Physiol Pharmacol Bulg, 1995, 21∶ 93～98.
16，Peng YB, Lin Q, Willis WD. The role of 5-HT3 receptors in periaqueductal gray-induced inhibition of nociceptive dorsal horn neurons in rats. JPET, 1996, 276∶ 116～124.
17，Ghelardini C, Galeotti N, Casamenti F, et al. Central cholinergic antinociception induced by 5-HT4 agonists: BIMU1 and BIMU8. Life Sci, 1996, 58∶ 2297～2309., 百拇医药