治疗疼痛的药物——阿片类镇痛药(1)

阿片类镇痛药

第一节概述

阿片类镇痛药又称麻醉性镇痛药（narcotic analgetics），是一类能消除或减轻疼痛并改变对疼痛情绪反应的药物。除少数作用弱的药物外，此类药物若使用不当多具有成瘾性，但规范化用于临床时，其止痛导致成瘾极为少见。研究显示，慢性疼痛和癌痛患者长期使用以控缓释阿片类药物为主的治疗时，成瘾的发生率极为罕见。

阿片类药物的镇痛作用机制是多平面的：与外周神经阿片受体结合；阿片类药物又可与位于脊髓背角胶状质（第二层）感觉神经元上的阿片受体结合，抑制P物质的释放，从而阻止疼痛传入脑内；阿片物质也可作用于大脑和脑干的疼痛中枢，发挥下行性疼痛抑制作用。至于阿片类药物与受体结合后又如何抑制痛觉的冲动传递仍不清楚。实验证明，用阿片药后可使神经末梢释放的乙酰胆碱、去甲肾上腺素、多巴胺及P物质等减少，此外阿片类药可抑制腺苷酸环化酶，使神经细胞内cAMP浓度下降，并进一步作用在G蛋白。阿片类药物抑制疼痛还涉及钠离子、钙离子、钾离子和氯离子传导。

一、阿片类药物的分类

阿片类药物有多种分类方法：

1.按化学结构分类分为吗啡类和异喹啉类，前者即天然的阿片生物碱（如吗啡、可待因），后者主要是提取的罂粟碱，不作用于阿片受体，有平滑肌松弛作用。

2.按来源分类该类药物又可分为天然阿片类、半合成衍生物（如双氢可待因、二乙酰吗啡）和合成的阿片类镇痛药。合成药物又分为4类：①苯哌啶类（phenylpiperidine derivatives），如哌替啶、芬太尼等；②吗啡烷类（morphinenans），如左吗喃、左啡诺（levorphanol）；③苯并吗啡烷类（bengmorphans），如喷他佐辛；④二苯甲烷类（diphenylmethanes），如美沙酮（methadone）,右丙氧芬（dextroproxyphene）、镇痛新（pentazocine）。

3.按受体类型分类可分为μ、κ、δ受体激动剂，该3种受体的分子结构已被确定，并被成功克隆。然而阿片类受体在中枢神经系统内分布以及对不同阿片受体配型的结合能力存在差异。阿片受体内源性配体为脑啡肽、强啡肽和内吗啡

肽（endomorphine）。这些五肽物质分别有不同的基因编码，对不同阿片受体的亲和力不同。脑啡肽对δ受体有较强的选择性，强啡肽对κ受体有较强的选择性，μ受体的内源性配体为内吗啡肽，内吗啡肽在中枢神经系统内与μ受体成镜像分布，其结合力比对δ和κ受体强100倍以上。而以前所认为的β内啡肽并不是μ受体的内源性配体。

μ受体与镇痛关系最密切，并也与呼吸抑制、欣快感、成瘾等副作用相关。μ受体广泛分布于中枢神经，但分布并不均匀，在大脑皮层额部和颞部，中央丘脑，侧丘脑，脑室和导水管周围灰质区受体密度高，这些结构与痛觉的整合和感受有关。在边缘系统和蓝斑核受体也呈高度分布，这些结构涉及情绪和精神活动。中脑艾魏氏核与缩瞳有关。μ受体分布在延脑孤束核，与咳嗽反射、呼吸调整和交感活动相关。与胃肠活动（恶心、呕吐）有关的受体部位是脑干极后区和迷走神经背核。脊髓背角胶状质、固有层、三叉神经背束尾端核的胶质区，交感神经节前纤维也有阿片受体分布，这些结构是痛觉冲动传入中枢的转换站。μ受体表达也是可卡因和乙醇奖赏行为所必须的。

μ受体N端有5个可糖基化的位点，在C内环上存在着蛋白激酶A和蛋白激酶C的磷酸化部位，是阿片类物质受体调节的功能部位。μ受体与G蛋白耦联，通过第二信使起作用，包括抑制腺苷酸环化酶活性，抑制Ca通道，激活K 通道。与其他G蛋白耦联受体比较，阿片受体分子的胞浆环和胞内核较小，疏水基团较小。采用放射性配体研究，μ受体分为μ1、μ2两个亚型，选择性的μ1受体拮抗剂纳洛刹腙（Naloxazone）可选择性阻断吗啡诱发的抗伤害作用，而不能阻断吗啡诱发的呼吸抑制和吗啡依赖作用。有研究显示还可能存在有新型的μ受体，吗啡-6β-葡萄糖醛酸苷、海洛因和6-乙酰吗啡是这种新型受体激动剂，而吗啡本身不与该受体产生相互作用。

κ受体1993年由Yasuda等成功克隆。κ受体主要分布在大脑屏状核，前庭耳蜗神经核，嗅球，梨状核，顶部皮层，下丘脑，丘脑室旁核，黑质和被盖核腹侧，脊髓也有一定分布，分布较少区域为导水管周围灰质和蓝斑。在小鼠脑内高表达区为新皮质（5～6层）、梨状皮质、海马、杏仁核、缰核、下丘脑和蓝斑等。

κ受体由380个氨基酸组成，也属于G蛋白耦联受体家族。κ受体有封顶效应的止痛和呼吸抑制作用，还参与神经内分泌及免疫调节。从功能上还可能存在

κ1、κ2、κ3受体亚型，κ3受体亚型介导烯丙吗啡的抗伤害效应，但目前仍缺乏特异性的κ受体亚型拮抗剂，也未能从结构上证实各亚型的存在。

δ受体于1993年被成功克隆，主要分布于皮层，嗅球，海马，杏仁核，基底节和下丘脑。δ受体表达最多的部位是垂体前叶和松果体，其次是嗅球内颗粒层，下丘脑的背内侧核，腹内侧核和弓状核，杏仁核以及海马，脑桥和下橄榄体。Northern印迹法表明，大鼠δ受体mRNA在嗅球，尾核，丘脑表达丰富，而在小脑皮质和脑干表达较少。δ受体参与脊髓上镇痛作用，而且与内分泌关系密切。人的δ受体由372个氨基酸组成，也属于G蛋白耦联受体，长期应用δ受体拮抗剂可产生免疫抑制，并加重阿片类依赖的免疫力低下。受体也可分为两个互相重叠的亚型，即δ1、δ2受体亚型，它们所诱发的抗伤害效应可被不同类型的钾离子通道阻滞剂所阻断，但目前被克隆的δ受体基因仍然只有一种。

ORL1又称为孤啡肽受体或伤害素受体（nociceptin），它是一种具有G-蛋白耦联受体结构的蛋白，与经典阿片受体结构有同源性，具有7个跨膜结构，3个胞浆环和3个胞内环。N端位于细胞外，C端位于细胞内，在第Ⅰ、Ⅱ个胞外环之间可形成二硫键，孤啡肽受体N端有3个可糖基化位点，在细胞内环上存在着蛋白激酶A和C的磷酸化位点。孤啡肽受体分布于大脑皮层梨状区、外侧隔区、杏仁核、边缘系统、中脑的中缝背核、中央灰质、蓝斑和下丘脑，脑干及脊髓灰质等区域。肝、脾、小肠、输卵管等部位也有孤啡肽表达。虽然基本结构与阿片类受体一致，但其药理作用并不相同，鞘内注射孤啡肽可产生镇痛作用，但脑室内给药则引起痛觉过敏并拮抗阿片内镇痛作用。伤害素还刺激摄食，参与记忆和中枢的信息加工，诱发焦虑。

从功能上阿片受体还可分为ε、λ等受体，但对其了解甚少，其基本结构也未被阐明。

中枢神经系统外也存在外周阿片受体，在感觉神经元、背根神经元和初级传入神经元末梢均有μ、κ、δ受体分布，但交感神经节后神经元上无阿片受体。在受伤组织局部给予小剂量阿片受体激动剂，不激动中枢神经系统阿片受体，但可通过外周阿片受体介导而产生镇痛作用，外周阿片受体介导的炎性疼痛特别明显。

阿片类药物全身应用常伴有副作用，如瘙痒、尿潴留、恶心呕吐、胃排空延

迟以及便秘等，当镇痛作用消失后，其副作用有可能仍然存在。阿片类药物的副作用部分是由于其作用于外周阿片受体所引起的，如使用外周阿片受体拮抗剂，可特异性的减弱阿片类药物的外周副作用，而中枢镇痛和其他作用不变。口服和皮下给予外周阿片受体拮抗剂甲基纳曲酮，可以减轻阿片相关的瘙痒及烦躁，迅速逆转吗啡引起的恶心呕吐。

所有阿片受体都由7个跨膜区受体和异源多聚集体的G蛋白构成，故阿片受体属G蛋白耦联受体（GPCR）。当激动剂与阿片受体结合后激活Gi蛋白，使G蛋白的-βγ亚基与α亚基解离。βγ亚基与α亚基分别介导了胞内多条信号通路的激活，启动了一系列复杂的瀑布级联反应，如腺苷酸环化酶活性的抑制、G蛋白耦联受体激酶（GPK）、PKC和MAPK的激活等。从而关闭N 型电压控制型钙通道，开放钙依赖性内控型钾通道。由此导致超极化和神经元兴奋性下降。

有3种G蛋白参与了神经递质结合的传导通路：GS，Gi/o和Gg。传统观念认为阿片药物通过Gi/o受体耦联的复合物结合发挥镇痛作用。Gi/o耦联的受体经开放的内向整流钾离子通道和关闭电压门控钙离子通道抑制神经元的电冲动发放，还抑制腺苷酸环化酶的产生，而后对神经元起抑制作用。Gi/o耦联的受体能被百日咳毒素经二磷酸腺苷糖基化（adenosine diphosphate zibosylation）灭活。

Crane和Shen首先提出皮摩尔和纳摩尔浓度极低剂量的阿片类药能和GS耦联的受体相结合，激活腺苷的环化酶，同时伴有第二信使系统（蛋白激活A）的激活，增加钙离子通道的传导，关闭内向性钾离子通道，这些可被霍乱毒素不可逆的激活。Crane和Shen等也推测使用小剂量阿片拮抗药只抑制兴奋性G蛋白受体复合物而不作用于抑制性G蛋白受体复合物，以此增强镇痛并减轻阿片副作用。

阿片药物和Gs蛋白耦联受体的作用可用来解释用药过程中偶尔出现的痛觉过敏和一些如瘙痒、恶心、呕吐等副作用。

内源性配体在体内很快被降解或不能通过血-脑脊液屏障，因此不能用于临床治疗。阿片类药物的镇痛作用主要是激动μ1受体，而μ2受体激动主要与不良反应相关。现有的强阿片类镇痛药对μ受体的选择性无明显差别，因而镇痛作用和不良反应相类似。

表5-1 阿片受体激动后的作用

受体作用

μ(mu)μ1脊髓上止痛、镇静、催乳素分泌

μ2呼吸抑制、欣快，瘙痒，缩瞳，抑制肠蠕动，恶心呕吐，依

赖性

κ(kappa)脊髓镇痛，呼吸抑制，镇静，致幻觉

δ(delta)脊髓镇痛，平滑肌效应，缩瞳，调控μ受体活性

ζ(sigma)呼吸加快，心血管激动，致幻觉，瞳孔散大

ε(epsilon)激素释放

4.按药理作用分类阿片类镇痛药又可分为激动药（吗啡、芬太尼、哌替啶等），激动—拮抗药（喷他佐辛、纳布啡等），部分激动药（丁丙诺啡）和拮抗药（纳洛酮、纳曲酮、去甲纳曲酮等）。

激动－拮抗药又称部分激动药，主要激动κ受体，对δ受体也有一定激动作用，而对μ受体则有不同程度的拮抗作用。由于对受体作用不同，这类药物通过κ受体产生镇痛和呼吸抑制作用，有封顶效应，很少产生依赖性；通过ζ受体产生精神作用和幻觉。根据激动－拮抗程度不同，纳布啡和布托啡诺主要用作镇痛药，而另一些药如烯丙吗啡主要用作拮抗药。

在临床应用中，已应用纯激动药治疗的患者在药效有效时间内不能换用混合激动－拮抗药或部分激动药，否则可能导致戒断反应，而用激动—拮抗药或部分激动进行治疗的患者可较安全地换用纯阿片激动药，不会产生戒断反应。

5.根据阿片类药的镇痛强度分类临床分为强阿片药和弱阿片药。弱阿片药如可待因、双氢可待因，强阿片药包括吗啡、芬太尼、哌替啶、舒芬太尼和瑞芬太尼。弱阿片药主要用于轻至中度急慢性疼痛和癌痛的治疗，强阿片类则用于全身麻醉诱导和维持的辅助用药以及术后镇痛和中至重度癌痛、慢性痛的治疗。

表5-2 强阿片类药物的常用剂量

药物半衰期（h）常用有效剂量给药途径作用持续时间（h）

盐酸吗啡 2.5 5～30 mg/4～6h. 口服4～5

硫酸（盐酸）吗啡控释片10～30 mg/12h 口服8～12

芬太尼透皮贴剂25～100 μg/h 透皮贴剂72

美沙酮7.5～48 10～20 mg/次口服1～12 盐酸羟考酮控释片 4.5～5.1 10～20 mg/12h 口服8～12

表5-3 弱阿片类药物和对乙酰氨基酚复方制剂的常用剂量

药物

半衰

期

常用剂量

（mg/4～6 h）

给药途

径

作用持续时间（h）

可待因 2.5～4 30 口服 4 氨酚待因1～2片口服4～5 （对乙酰氨基酚0.5 g+可待因8.4 mg）

氨酚待因Ⅱ号1～2片口服4～5 （对乙酰氨基酚0.3 g+可待因15 mg）

双氢可待因3～4 30～60 口服4～5 双氢可待因复方片1～2片口服4～5 （对乙酰氨基酚0.5 g+双氢可待因10 mg）

强痛定30～60 口服8

50～100 肌内注

射

曲马多50～100 口服4～5

50～100 肌内注

射

氨酚曲马多（对乙酰氨基酚0.375g+曲马多

37.5mg）

1～2片口服6～8

氨酚羟考酮片

（对乙酰氨基酚0.5 g+羟考酮5 mg）1～２片口服4～6 （对乙酰氨基酚0.3２5 g+羟考酮5 mg）1～２片口服4～6 阿片类药的作用强度和药代学性质不同。

表5-4 强阿片类药物的作用强度和药代学参数

药物名称等效

剂量

（mg）

静脉注

射峰

效应

时间

（min）

静脉注射

维

持时间

(pH7.4)

(h)

非离子

化百分

比

辛醇/水

(pH7.4)

血浆蛋白

结合率

t1/2α

(min)

t1/2β

(min)

t1/2γ

(h)

Vdd

(L/kg)

清除率

（ml/min·kg）

舒芬太尼0.01 3～5 0.5～1 20 1 778 93 1.4 15～20 2～3 2～2.5 10～15 芬太尼0.1 3～6 0.5～1 8 814 84 1.6 10～30 2～4 3～5 10～20 阿芬太尼 1.0 1.5～2 0.2～0.3 89 130 92 1.2 10～20 0.7～1.2 0.5～0 6～7 吗啡10 20～30 3～4 23 1.4 20～40 1～2.5 10～20 2～4 3～3.5 15～30 哌替啶100 5～7 2～3 10 40 39 1.5 5～10 3～5 3～4.2 8～18 瑞芬太尼0.1 1.5～2 0.1～0.2 67 17.9 80 1.0 5～8 1.2～1.8 0.2～0.3 30～40

表5-5 阿片类药物剂量换算表

药物非胃肠给药口服等效剂量

吗啡10 mg 30 mg 非胃肠道∶口服＝1∶3

可待因

130 mg

200

mg

非胃肠道∶口服＝1∶1.2

吗啡（口服）∶可待因（口服）＝1∶6.5

羟考酮 6 mg 10 mg 吗啡（口服）∶羟考酮（口服）＝1∶1.5～2.0

芬太尼透皮贴剂

25 μg/h（透皮吸收）

芬太尼透皮贴剂μg/h,q72 h

剂量＝1/2X口服吗啡mg/d剂量

二、阿片类药物作用机制

吗啡是所有阿片类药物中的金标准镇痛药，也是使用历史最长的药物之一。

通常阿片类药物都以吗啡为基础作用比较，虽然临床上合成、半合成阿片类药物

众多，然而，在近30年中阿片类药物的作用机制、阿片类受体及其效应才得到

深入研究。本章节探讨阿片类药物如何产生其细胞和机体效应，如何在患者中发挥疗效。以下将从经典的3种阿片受体（μ，δ和κ）和新的孤啡肽1（ORL1）受体入手，结合不同的受体激动剂和拮抗剂进行探讨。第二部分探讨阿片受体的生理机制。先从中枢神经系统（包括脊髓和脊髓上特殊结构）中的阿片作用位点探究阿片类药物镇痛机制。也将提及近来关于阿片类药物其他效应及副作用的报道。

疼痛研究已经从简单的动物急性疼痛模型发展到模拟临床的慢性疼痛模型。过去十年的研究结果表明，吗啡和其他阿片类药物的作用方式并不固定，会随其他递质和受体的改变而改变。因此，疼痛传导的病理和改变可以影响不同疼痛状态的镇痛效果和疼痛耐受，即组织和神经损伤都可以改变阿片类药物镇痛的效应。相关的机制是疼痛研究的热点，本章试图将这个有关阿片类药物及其受体分子生理机制的基础研究与临床应用加以结合。

（一）阿片药物作用机制的研究背景

将鸦片作为药物使用的历史可以追溯到公元前几千年，使用罂粟汁液中提取物的历史可以追溯到波斯、埃及和美索不达米亚等古代文明时期。考古学表明三千年前的穴居人曾使用过罂粟。古代大诗人荷马在《奥德赛》中提到，“一种可以消除悲痛和愤怒、忘却疼痛的药物…”。吗啡，是鸦片中的主要活性成分，已经成为所有阿片类药镇痛中的“金标准”。3种主要（经典）阿片受体μ、δ和κ的分子克隆和不同激动剂拮抗剂的发展促进了对阿片受体生理作用的研究。然而，新型的作用μ阿片受体且无受体副作用的镇痛药物尚未研制成功。此外，过去十年研究表明吗啡和其他阿片类药物在不同疼痛中产生的镇痛效果和疼痛耐受不尽相同。因此，μ受体激动剂可以不同程度地激动调节μ受体活性，阿片类药物的镇痛效应也可以随炎症和神经损伤的程度改变。本章节将讨论阿片受体的分子特性，阿片类药物的受体作用、及其在脊髓和脑中镇痛机制，还将探讨不同疼痛状态中阿片类药物镇痛效果改变的机制，并与临床实际结合。

（二）阿片受体的分子特性

1.阿片系统的分子成分受体，肽和基因。从很早以前的研究中人们就知道阿片生物碱作用于神经系统。脑膜提取液中的高亲和力和饱和结合位点可以显示这些特异的阿片受体。纳洛酮是一种合成阿片类衍生物，可以拮抗吗啡活性并被

视为经典的阿片拮抗剂。这样，所有能被纳洛酮逆转的生物活性都被认为是阿片类的特性。近代人们通过化学合成研制了一些新的具有阿片活性的生物碱，并从此发现了几种经典的阿片类受体，通过药理研究确定了3种主要的阿片受体亚型μ，δ和κ的分子结构，但由于含量极少、疏水性强，直到近20年后这些膜受体蛋白的分子特性才被研究清楚。

第一个用于分子水平分析的阿片受体是小鼠δ受体。其cDNA分离是阿片类研究的里程碑，开拓了基因变异途径在体及离体研究阿片系统的新方法。第一步是从分子水平鉴定阿片受体基因家族，包括μ、δ、κ、及ORL1受体。现在人类、啮齿类、两栖类和斑马鱼的阿片受体都已得到克隆，人和大鼠的4种基因在基因内外区都有高度同源性，提示可能来源于相同的祖先。

在20世纪70年代初，阿片结合位点的发现促进了对内源性价键的研究。蛋氨酸－和亮氨酸－脑啡肽，这两种关系紧密的五肽，第一次从脑中提纯并被测序。随后，更多肽类从神经组织、垂体和肾上腺中提取出来。这些肽有共同的N端序列－YGGFL/M，即吗啡的药效基团，并和吗啡的结构部分相同。编码这些肽的3种基因在20世纪80年代被成功克隆，它们能编码大的前体蛋白，前阿黑皮素原、前脑啡肽原和前强啡肽原。前阿黑皮素原形成最大的阿片肽，β-内啡肽以及无阿片活性的肽类；前脑啡肽原和前强啡肽原的前体分别形成多条脑啡肽和强啡肽。阿片肽家族的所有成员都能激动μ、δ和κ受体，具有高亲和力和受体选择性。内源性阿片肽的发现扩展了已知的阿片价键名单，大量脑啡肽衍生物的合成丰富了碱基阿片类系统，便于研究μ、δ和κ受体功能。

2.阿片受体的结构－活性阿片受体属于G－蛋白耦联受体超级家族（GPCRs），这个家族包含了人类基因组中的数百个成员。GPCRs含有7个由短环相连的疏水跨膜区，N端在细胞外，C端在细胞内。最近，第一个GPCR结构（牛视紫质）由X线结晶学揭开，现在视紫质的七螺旋结构已成为了研究GPCR 三维模型的经典模板。其他的GPCRs如阿片受体结构可以根据视紫质的序列，通过计算机建模模拟出来。

μ、δ和κ受体高度同源，其中跨膜区和细胞内环最相近（86%～100%），但细胞外环和N端、C端差别就相差较大。序列对比和基因突变实验帮助鉴定了具有特殊功能的受体区的结构。阿片受体的结构－活性关系将在下面列出。

（1）结合位点：GPCRs的结合位点在细胞内结构区（如凝血酶受体）或埋在七螺旋束中（小生物胺受体），根据价键的类型而不同。结合位点也可与细胞外和跨膜结构区重叠，例如阿片受体等肽类GPCRs。

阿片受体的细胞外环（e1，e2和e3）通过价键建立靠近结合位点的第一个连接，对μ/δ/κ受体的选择性很重要。对嵌合μ受体（包括δ、κ或血管紧张素Ⅱ受体区）的研究表明，e1和e3是μ受体亲和力的重要决定成分。在无功能和结合解救实验中δ受体中的e3被切割开，从而证明了e3是δ受体中最关键的亲和力决定位点。κ受体中e2的酸性氨基酸残基可能具有内啡肽亲和的特性，而e3也与识别小的非肽类κ－选择性复合物有关。总之，阿片受体的细胞外结构区具有锚定大的阿片价键和过滤阿片类进入结合位点的双重作用。

与细胞外区不同，跨膜（Tm）区结构保守，并在μ，δ和κ受体中形成的结合位点类似。三维电脑模型显示一个结合区穿过螺旋束的上半部分，并由两部分组成：一个跨越Tm3、4、5、6和7、由芳香基组成的大的疏水区，和一个跨越Tm3和7的亲水区域。氨基酸残基由定点突变法测定，对δ受体的研究表明Y129（Tm3），W173（Tm4），F222（Tm5），W274，I277，I278，H279，W284（Tm6）和L300，I304，Y308（Tm7）构成了疏水区。Y129（Tm3）和Y308（Tm7）的羟基组和D128（Tm3）的羧基组划定了结合位点的亲水区界限，且D128被认作是所有阿片价键中质子化氨基的反离子。通过扫描Tm6半胱氨酸人们研究了3种受体的结合裂隙，螺旋的表面部分亲水，与结合区部分穿过螺旋束的推论一致。

（2）受体活化：一些定点突变实验给研究阿片受体活化的决定因素提供了线索。最让人感兴趣的是突变引起了受体的持续活化，即价键非依赖性活性。在δ受体中D128（Tm3）被Q、A、K或H取代后可增加受体的自发活性。此外，Y308F突变体（Tm7）也是一个持续活化的突变体（CAM）的受体。三维建模显示D128和Y308间可能存在一个氢键，表明Tm3-Tm7螺旋可能与维持受体处于非活化状态有关。有趣的是，Tm4中的一个保守S突变可使经典拮抗剂特别是纳洛酮转变为μ，δ和κ受体激动剂，表明Tm4在活化过程中的重要作用。不过，这些定点突变研究对受体激动剂的结合位点仍然了解甚少。

在一项旨在研究受体活化全过程的随机突变实验中，3000个δ受体突变体随机生成并通过基因调控报告检测观察它们的持续活性。30个CAM受体被分离

出来，并发现在受体蛋白中遍布多个点突变，表明不少受体区域与受体活化有关。通过受体三维模型螺旋束和e3的突变分析，令人吃惊的是，活化的突变在空间成簇状分布，表明存在着通过受体蛋白的活化途径。从该实验可推断这样一个机制：阿片价键与e3结合，破坏了受体细胞面Tm6-Tm7的相互作用。Tm3-Tm6-Tm7通过亲水和疏水的强作用力紧密结合，两栖类激动剂进入结合区，破坏这种作用力从而激活受体。Tm3移向T4，而T6移向T7，从而各自分开。这种螺旋运动扩展到受体的细胞质面，破坏Tm6和Tm7之间的离子锁。随之产生的i3和C 端结构改变有利于G蛋白的活化，然后肽链与i3而不是i2竞争，破坏δ受体耦联。随机突变实验中的很多突变残基都是μ、δ、κ受体以及其他GPCRs中的保守基团，表明该机制适用范围很广。

（3）信号转导：阿片受体与Go/Gi抑制蛋白耦联，且在转染细胞和正常组织中都有许多G蛋白效应器。阿片类抑制电压依赖钙通道或激活内向整流型钾通道，从而降低神经元兴奋性。阿片类还可以抑制cAMP通道并激活丝裂原活化蛋白（MAP）酶瀑布，两者均能影响细胞的转录活性和细胞质内生物过程。最近μ受体和胰岛素受体之间的交联被发现，扩展了阿片受体相关的信号瀑布途径。3种阿片受体的细胞内环具有高度同源性，它们的耦联特性也很相似，不过在异种表达系统中3种受体激活的Go/Gi比例可能有所不同。

细胞生理的最重要特性是受体信号转导的快速调控，激动剂介导的受体活化过程一般包括：细胞内受体被蛋白酶磷酸化，arrestin（一种抑制因子）与磷酸化区域结合，受体从G蛋白上解耦联，受体快速细胞内吞，受体循环或下调。这些都能导致受体信号转导脱敏。阿片受体的切断或点突变实验表明C端在所有信号调控中都具有重要作用。有结果表明磷酸化并不是内化的必备条件，或下调并不一定和脱敏相关。因此许多不同的分子机制都参与调节阿片受体活动，这些活动都包括了细胞内受体区域与特殊细胞质蛋白的相互作用。阿片受体C端的结构差异产生了不同的μ、δ和κ受体生理活动，尽管它们的结合和转导能力相似。比如，激动剂介导的内化后μ受体再循环到细胞表面，而δ受体被溶酶体降解，通过C端交换技术这两种不同的细胞过程可以被改变。

（三）阿片受体差异、药理学亚型的分子机制

阿片受体的药理学很复杂，大量在体离体实验研究了这3种受体的特性。基

因克隆只提供了3种受体基因，它们药理学差异的基础机制仍存在争议。对哺乳动物基因组的同源克隆和生物信息研究没有发现其他相关的阿片受体基因。逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）实验可检测细胞系或组织中3种受体的转录。δ和κ受体的mRNA变体编码截短型即无功能受体；μ受体mRNA编码有可变C端的受体，而经改变结合位点或信号转导特性后编码转染系统中的某些受体。

迄今为止，在体确立这些转录产物间的生物联系并用药理学描述它们与阿片受体亚型间的关系是件非常困难的事。另一方面，越来越多的证据表明，3种已知的受体蛋白可能采取多种活性结构，导致药理学的异源性。一例早期的研究报道，δ受体阿片结合位点的广泛定点突变表明研究中的12种阿片复合物都有特定的交互作用。这些数据显示了多种结合位点的存在，开拓了研究多种价键－受体结构状态的新方向，并通过之后价键依赖受体反应的发现得到了进一步的证实。令人吃惊的发现是，与肽类μ受体激动剂DAMGO不同，吗啡不能介导μ受体内化，但它们都能进行有效的细胞内信号转导。转染细胞中的深入研究证实受体的活化和调节为激动剂依赖型，且激动剂的效应与它们产生的受体磷酸化、内化或脱敏并不一定正相关。相应的解释可能是受体的多种活性结构确实存在，并通过各自的价键使结构稳固。价键－受体复合物而不是受体本身，决定了最终的细胞生理反应，因此，单个受体蛋白（如μ受体）可能促发不同的药理学反应，依据不同的结合价键而定。

和价键同样重要的是受体的细胞环境。许多蛋白与受体直接反应，从而调节受体结构和活性。除了已知的Go/Gi α蛋白，钙调素，激酶和arrestin，其他的调节蛋白，多域脚手架单位或陪伴分子也能影响阿片受体的药理学性质，与它们在其他GPCRs中的作用类似。最近，蛋白质技术鉴定了阿片受体C端的新作用结合物，包括信号转导（磷脂酶A2），细胞骨架（细丝蛋白和周斑蛋白），分类蛋白（GASP）。这一领域发展迅速，在研究阿片类结合及信号转导中的重要性有待验证。

另一个重要的受体调节因素即为受体本身。近年来，GPCRs可能以二聚或寡聚复合物形式存在的假设得到了越来越多的证实。通过联合免疫沉淀实验转染细胞中δ和κ受体的联合表达形成δ-κ异源二聚体，最重要的是改变了价键结合。本实验中选择性μ和δ价键结合的减少伴随着非选择性阿片类结合增多，这与κ-2

药理学一致。与之相似，μ和δ受体的联合表达产生的受体二聚体，改变了阿片类的结合和信号转导。总之，这些结果表明阿片受体的物理结合（同源二聚体或异源二聚体）可产生新的受体，它具有独特的药理学活性并增加了阿片受体的异源性。

最后一点，整个细胞内环境增加了对激动剂生物反应的复杂性。首先，G-α亚单位，经典的信号效应器，在不同的细胞中表达不同。第二，除经典的第二信使系统外可能存在的G蛋白相关信号途径数目庞大。总体上，G-α蛋白的多种结合及相关的细胞内信号网络特性可产生细胞特异性反应，它是药理学异源性的另一个因素，特别是在分析类似疼痛行为等复杂反应时。

总之，分子技术揭示了阿片受体的新特性，即它们不是单个的蛋白实体，而应看作动态的多成分单位。在神经元微环境中价键结合受体会产生特殊的生物反应。受体的多种活性结构受激动剂的化学性质影响，并由细胞膜或细胞内蛋白结合物调节，受体的这种结构多样性导致了阿片受体存在巨大的差异性。因此，不难理解不同的实验背景下，μ、δ和κ受体蛋白活化时可产生许多不同的药理特性或亚型。

实际上，随着在体分子药理学的发展，阿片类反应的复杂性可以在以往报道的药理学亚型基础上得到延续。有趣的是，最近的研究表明，吗啡能内化伏隔核神经元树突而不是胞体中的μ受体，从以前经典表达系统的研究或脑组织匀浆和动物实验中均不能预期到这样的结果。细胞划分及精确的受体定位也是受体药理学异源性的影响因素。

对μ受体激动剂介导反应的发现具有重要的临床意义。基因敲除实验明确揭示了μ受体在所有吗啡效应中的介导作用，排除了阿片类有利（镇痛）、有害（耐受、依赖、呼吸抑制）作用由两种不同分子产生的可能性，从而明确了治疗目标。不过，μ受体的信号转导与受体的磷酸化、内化或下调无关（见上文）。由于吗啡只能促发低水平的受体调节，所以推测持续吗啡的信号刺激才能产生细胞和神经元适应从而导致耐受和依赖。因此至少应有2种活性μ受体分别为高度调节和弱调节受体，代表是DAMGO/μ和吗啡/μ受体复合物。虽然大多数已知μ受体激动剂会产生机体的长时间耐受，但仍有针对高度调节受体合成无成瘾性镇痛药的可能性。由于我们才开始了解μ受体异源性的分子基础，因此，研制这样的镇

痛药还是个遥远的目标。

（四）阿片类生理与疼痛

1.阿片受体和肽反应与疼痛相关的途径。阿片受体与钾钙通道耦联被认为是主要的阿片类内/外源镇痛机制。3种阿片受体及ORL受体的活化和离子通道活性的改变可以抑制神经元和细胞的活性。受体在突触环路上的位点会影响到整个系统的功能。因此，当受体在突触前膜时，钾通道的开放（最常见的阿片受体活化效应）可以抑制递质释放；反之，将抑制神经元放电。

神经元的特性是另一个问题。阿片受体活化能产生正面效应，通过抑制一个神经元可激活下游的神经元。这样，在整个系统中阿片类不单产生抑制，还可与低剂量神经元兴奋、脊髓上镇痛机制和阿片类的呕吐及奖赏效应有关。这种解抑制出现在阿片类抑制抑制性神经元（如含GABA细胞）的时候，一种抑制的减少可以产生整个环路的易化。

2.在体去除阿片受体或肽基因疼痛药理学结果。同源重组技术可使小鼠缺失指定基因，缺失各种阿片系统基因成分的小鼠系也随之产生，包括敲除μ，δ和κ受体基因、以及内啡肽/POMC、前脑啡肽原和前强啡肽原基因。包括缺乏所有阿片受体基因的三代突变小鼠在内，所有突变小鼠都是易变、能生育的，表明阿片系统并不是存活的必需基因。不少学者研究了这些基因敲除系小鼠的行为学表现以及它们对原型阿片类或非阿片类药物的反应。以下是与疼痛相关的研究数据。

研究结果澄清了一个重要问题，即3种经典的阿片受体就是临床用药或研制阿片复合物的在体分子目标。缺乏μ受体的小鼠身上没有任何的吗啡作用效应，提示吗啡可通过一个基因产物产生全部有利和有害的效应。此外，在κ受体缺失小鼠中U50488H的运动减低、无痛和厌恶效应均明显减少，而μ或δ受体缺失小鼠仍具有U50488H的镇痛作用，从而证实了这种原型κ激动剂在体内的选择活性，也表明κ受体介导的镇痛不依赖于μ或δ受体，比如在急性热疼痛的模型中即是如此。最后一点，对选择性δ激动剂DPDPE和deltorphin的镇痛活性研究也很有意义。不同实验室对μ或δ受体敲除小鼠中δ激动剂的研究数据也各有不同，这两种药物在两种突变动物的镇痛性能或不变或减少。最近一项研究报道了两种小鼠系对DPDPE和deltorphin反应的直接比较结果。热水甩尾实验中，

药物对μ缺陷变异小鼠无镇痛而对δ缺陷小鼠的镇痛效果完全，后者可被μ拮抗剂CTOP逆转。热板实验中药物对δ敲除小鼠的镇痛作用完全，对μ变异小鼠也有稍弱但显著的镇痛效果。该实验中，deltorphin对μ/κ双重缺失仅表达δ受体的小鼠还有微弱的镇痛作用。总之，这些数据表明，脊髓镇痛机制中δ激动剂动员μ受体而不是δ受体，且μ和δ受体都与脊髓上镇痛机制有关。虽然这个结论仅适用于急性热疼痛的行为学模型，但这些数据表明，我们仍需要合成更多的选择性非肽类δ激动剂用来研究δ受体是否可作为疼痛的治疗靶点。

另一个重要的问题是在调节生理性疼痛时阿片系统中各种成分的作用。表5-7总结了所有基因敲除系小鼠对急性伤害性刺激的疼痛反应，这些数据表明小鼠都有痛敏增强，与已知的阿片镇痛功能相符。也有不相符合的反应，比如，在μ受体敲除的小鼠中扭体反应和炎性痛敏减少，在前脑啡肽原不表达的小鼠中甲醛刺激产生的疼痛反应减轻。

μ、δ和κ受体调节的疼痛形式还各有不同。μ受体敲除影响机械、化学和脊髓上热痛觉反应；κ受体敲除调节脊髓介导的痛阈和内脏化学疼痛；δ受体敲除增强机械痛敏和炎性疼痛。所有突变类型的性别差异对疼痛的影响，和既往的药理学研究一致。重要的是，所有实验和性别中3种受体敲除后痛敏明显增强，表明3种受体对疼痛影响的差别并不大，阿片系统是依靠整体效应产生显著的镇痛效应。

未有实验研究变异小鼠中慢性疼痛。δ敲除小鼠在甲醛实验中痛敏增加，从基因水平证明了δ受体在炎性疼痛中的作用。对前强啡肽原缺失小鼠的神经病理性疼痛和炎性痛模型的研究表明，强啡肽原具有双重的疼痛调控作用，可能与阿片（κ）、非阿片（NMDA）的双重活性有关。

总之，对阿片基因敲除的小鼠研究提供了基因学证据，即由内源性生物肽活化的μ，δ和κ受体都参与了疼痛的调节。这些基因突变小鼠在其他如成瘾、情感行为学实验中表现不同。药理学中基因调控研究明确了各种阿片受体的生物学效应。将来，条件性基因敲除的发展和各种慢性疼痛小鼠模型的混合将揭示特异性的阿片受体和阿片肽释放位点，指导病理疼痛的治疗。

多种临床前研究和临床研究表明阿片受体激动剂能提供一定的镇痛效应。强烈刺激才能促使脊髓神经元释放内啡肽和脑啡肽，而正常情况下即使阿片拮抗剂

纳洛酮也不产生痛觉过敏。

内源性阿片肽特别是脑啡肽，可被两种金属蛋白酶（中性肽链内切酶和氨基肽酶N）灭活。双重抑制因子能抑制这两种酶从而保护脑啡肽家族的多种内源性阿片肽，因此也许能将它们作为“生理性”镇痛药研究，因为它们和吗啡不同，不是单纯激活受体而是保护突触活动中的内源性阿片类，所以不具有吗啡的一些副作用。最近，两种脑啡肽分解酶的双重氨基磷化物抑制剂研制成功，在热板、大鼠甩尾、扭体和甲醛实验中有40%的镇痛效应，并可被预先注射的纳洛酮拮抗。由于内源性脑啡肽的含量与镇痛效果平行，所以这些肽类的快速代谢特性是镇痛效果较弱的主要原因。

除内源性阿片系统的研究外，通过内源性激动剂活化阿片受体系统的研究表明在疼痛持续状态中存在大量可塑性。虽然在炎症反应中有利，但因外周神经损伤产生的神经病理性疼痛多半对阿片类的敏感性降低，机制可能包括脊髓阿片受体的减少、非阿片受体表达Aβ纤维介导的痛觉超敏、胆囊收缩素拮抗阿片活性的增加、NMDA介导的后角神经元兴奋性增高。这些问题将在后面深入讨论。

3.脊髓镇痛放射自显影和免疫组化技术表明在脊髓内，阿片受体大多分布在后角表层（第Ⅰ，Ⅱ层），少部分分布在深层。脊髓中的μ、δ和κ受体分布为70%，24%和6%，其中大部分（>70%）位于小直径疼痛初级传入神经终末的突触前膜，包括C纤维和Aδ纤维而不含大直径A纤维。阿片受体在小直径背根神经节（DRG）胞体中形成并转运到中枢和外周，表明脊髓的阿片受体镇痛机制主要是通过激活突触前阿片受体，选择性减少疼痛传入的释放从而减少抑制疼痛传导，仅保留非伤害性信息传入。实验表明，脊髓内吗啡治疗可以减少疼痛刺激时P物质和降钙素基因相关肽（CGRP）的释放，且突触前阿片途径可以抑制兴奋性而不是抑制性第Ⅱ层突触传递。外周也有阿片受体分布，因为合成后它们被转运到中枢和外周的小纤维末梢，并在炎症反应中表达增加。炎症反应时，体内的免疫细胞和内源性激动剂促使阿片类释放，能减轻疼痛，同时阿片类不透过血-脑脊液屏障，可以减少相关副反应。

另外30%阿片受体位于中间神经元的突触后膜，投射细胞的树突参与激动剂活化后受体的内化过程。阿片介导的细胞超级化可抑制神经元放电及伤害特异性反应，电生理研究中可观察到Aβ纤维诱发的反应受到抑制。因为这个抑制作用

较C纤维诱发反应的抑制更弱，所以脊髓阿片的主要作用位点是伤害性传入纤维终末的突触前膜受体。Aδ和C纤维传入终末上的阿片受体位点意味着由Aβ纤维传递的触觉信息几乎不被阿片类抑制，因为只有突触后受体才能控制这些纤维会聚入第V层的广动力范围神经元。这样，Aβ纤维介导的动态型痛觉超敏可能比伤害性（Aδ和C纤维）和静态型痛觉超敏（Aδ）更难控制。

大量电生理和行为学研究表明，μ、δ和κ受体激动剂以及作用于ORL1的孤啡肽鞘内注射能抑制脊髓伤害性神经元并产生镇痛作用。在正常动物中阿片选择性作用于伤害性活动，并有明确的药物强度分级。效能最高的是μ配合体，表明μ受体位点在脊髓中分布最广，δ阿片类、孤啡肽和某些κ阿片类次之。合成阿片类的μ受体作用强度与亲脂性存在相反关系，吗啡是效能最强的阿片类，亲脂性最低。高效能药物（如芬太尼）在脊髓给药后疗效稍差，原因可能是亲脂性阿片类在脊髓外周高脂纤维束的非特异性结合，或血管内重分布导致阿片类到达脊髓表层阿片受体的数量减少。这可能是肽类脊髓内注射有效的原因，因为肽类的血管内重分布很少。总之，在动物和人体实验中，脊髓内注射阿片的有效剂量与药物作用强度及脂溶性均有显著相关性。

脊髓中受体和内源性阿片含量很高。孤啡肽样免疫活性和ORL1受体分布在脊髓后角和中脑、脑干，与脑啡肽、强啡肽和内吗啡肽相近。孤啡肽在脊髓中的分布多与其他内源性阿片类不同。神经切断不会影响脊髓中阿片肽的含量，表明它们均来源于固有脊髓神经元或脑下行通路。作为μ和δ合成阿片，脑啡肽和内啡肽为抑制性肽类，而强啡肽（内源性κ受体激动剂）的效应和经典的阿片作用不同，脊髓内给药可易化某些神经元却抑制另一些神经元，且脊髓内注射阿片κ受体拮抗剂既可以增加也可以减少正常及炎症反应动物的单个神经元活性。

对神经损伤后脑干调控脊髓活性的研究表明脊髓中强啡肽水平与疼痛相关，虽然强啡肽效应是否由κ受体介导尚有疑问。孤啡肽在伤害性刺激的处理中作用也存在争议。脊髓上水平给药时孤啡肽产生痛觉过敏，而脊髓注射却有镇痛作用，表明孤啡肽能抑制脊髓反射和后角神经元活性。

4.脊髓上镇痛阿片类可减弱脊髓的冲动传导，丘脑、扁桃体和感觉皮质等其他脊髓上部位在整体镇痛效应中发挥了重要的作用。但动物和人体实验都表明脊髓途径几乎可以完全抑制疼痛反应，从而防止伤害性传入的脊髓上激活。当疼

痛信息到达高级中枢时，脑桥臂旁核、中央灰质和扁桃体产生疼痛情绪，而丘脑产生疼痛感觉。高级中枢在认知、记忆、关注、惩罚等活动中具有重要作用，所以对高级中枢中阿片镇痛机制和感觉传递的研究将为疼痛治疗提供更多的方向。慢性疼痛患者的焦虑和关注情绪与脊髓易化形成恶性循环，人体想像疼痛和检查药物效应的能力为研究镇痛药在中枢神经系统中的作用提供了手段。

不同的脊髓伤害性神经元发散不同的投射路径，所以情感路径主要来自第I 层，而感觉分辨路径更多来源第V层。动物中两层神经元数量均可被阿片类抑制，表明阿片产生的疼痛情绪感觉分离现象与高级中枢有关。

重要的阿片脊髓上位点为中脑和脑干，即导水管周围灰质（PAG）和延髓头端腹内侧区（RVM）。事实上大脑特别是脑室才是最早研究阿片作用位点的对象。中脑和脑干内注射吗啡产生镇痛效应，与对脊髓后角的抑制性下行传导增多有关。对这些位点的电刺激或谷氨酸注射可激活神经元，也会产生镇痛效应，所以吗啡可能通过去抑制增加这些位点的信息输出发挥作用。电生理研究表明，两种主要的RVM传出神经元“开”细胞活动与脊髓伤害性反射一致，“关”细胞则与反射抑制有关。RVM中注入吗啡可显著降低“开”细胞的活性，同时增加“关”细胞的活性，表明“开”“关”细胞分别与促痛和镇痛有关：“开”细胞表达阿片受体因此直接被RVM内吗啡注射抑制，而PAG内吗啡注射可促进抑制性的PAG-RVM传出信号；“关”细胞可被PAG传出信号和阿片介导的去抑制激活。

PAG中血清素（5-HT）和氧化亚氮（NO）也有重要的关系。NO参与了5-HT 介导的PAG传出信号抑制和镇痛作用的逆转。PAG和RVM之间的环路很复杂，结合上行通路可形成一个疼痛信息调节的反馈环路。

从RVM下行至脊髓后角的纤维大多为5-羟色胺能、脑啡肽能、甘氨酸能和GABA能纤维。RVM的中缝大核和去甲肾上腺素能核团（蓝斑，A5和A7细胞组）分别是PAG下行通路中主要的去甲肾上腺素能和5-羟色胺能中转核团。RVM 并不只包含5-羟色胺能神经元，GABA和甘氨酸释放神经元也是RVM脊髓投射纤维的重要组成部分。后角的去甲肾上腺素能和5-羟色胺能调节机制很复杂，但阿片类仍参与去甲肾上腺素能机制，而且主要的去甲肾上腺素能靶点受体和效应器――α2肾上腺素能受体与阿片受体十分相似。