降钙素基因相关肽研究进展

降钙素基因相关肽研究进展 1曾铁功，李艳伟，赵申武 (邵阳医学高等专科学校，湖南 邵阳422000) Calcitonin Gene-Related Peptide: An Overview ZENG Tie-gong, LI Yan-wei, ZHAO Shen-wu. (Shaoyang Medical College, Shaoyang, Hunan 422000 ) 关键词: 降钙素基因相关肽;生物学作用;药理学应用 key word: calcitonin gene-related peptide;biological activity;pharmacology [1]降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide, CGRP)是Amara等利用基因重组技术发现的具有扩张血管、神经保护、免疫调节、痛觉调制等多种生物学作用的活性多肽，它广泛分布于神经系统和心血管系统。近年的研究显示，多种疾病的发生与CGRP异常有关，将CGRP及其受体激动剂和拮抗剂开发为治疗高血压、冠心病、心力衰竭和偏头痛等的药物已经成为目前的研究热点。本文对CGRP生物学作用及其药理学研究进展做一综述。 1. CGRP结构、分布及其受体 1.1 CGRP基因及其结构 1983年Rosenfold等应用基因重组和分子生物学技术分离得到CGRP，证实了在人和动物 [2]体内均存在CGRP。CGRP和降钙素(CT)来自同一个基因，均属于降钙素基因相关肽家族的成员。CGRP由37个氨基酸组成，分子量为3786.91，其基因包括2800个碱基对，其中有5个内含子和6个外显子，经转录多聚腺苷酸化及选择性RNA拼接等加工过程，在神经组织形成CGRP mRNA，进一步转译为CGRP而发挥生物学效应。在人和大鼠体内均存在分子结构及生物活性相似的两种异构肽，分别称α-CGRP和β-CGRP。 1.2 CGRP分布 [3]人和鼠的许多组织器官都有CGRP表达，但其主要分布在神经系统和心血管系统。研究表明，在人、大鼠神经系统中，以脊髓含量最高，特别是背侧角、背根神经节及三叉神经节。三叉神经核和脑垂体中也含有丰富的CGRP，而小脑和大脑皮层含量较低。此外，在中枢和外周感觉神经及支配骨骼肌的神经末梢中也含有CGRP。在血管系统中，CGRP阳性神 【基金项目】湖南省教育厅科学研究项目基金(08C044) 【作者简介】曾铁功(1956-)，男，副教授，研究方向:骨肿瘤与高校管理。 经纤维主要位于大动脉和大静脉血管壁外膜或外膜与肌层交界处，在大脑Wills环血管壁含量丰富。CGRP还广泛分布于胃肠道、心脏、呼吸道、骨等组织器官中。CGRP阳性神经纤维以旁分泌形式释放入血液发挥作用，高钾、缺血、去甲肾上腺素、哇巴因和尼古丁等可促进CGRP的释放。 1.3 CGRP的受体 应用放射免疫(RIA)等方法已证实在人脑血管、蛛网膜、下腔血管、大动脉和大静脉等处，肾脏、呼吸道、胃肠道、骨骼肌等处均有大量CGRP受体。CGRP高度多样的生物活性和调节功能是通过与G蛋白藕联的CGRP受体结合后，激活腺苷酸环化酶，使细胞内cAMP升高,通过第二信使cAMP的中介作用而发挥生物活性。最初根据CGRP受体对拮抗剂CGRP(8-37)的结合力将其分为两型，结合力高于7的称为CGRP-1受体，低于7的称为CGRP-2 [4]受体。后来的研究证实CGRP-1受体其实是一个由降钙素受体样受体(calcitonin receptor-like receptor，CLR)和受体活性调节蛋白(receptor activity-modifying proteins，RAMPs)组成的复合物;而CGRP-2受体其实就是淀粉不溶素(amylin)和肾上腺髓质素(adrenomedullin)受 [5]体，因此“CGRP-2受体”应该不再被使用。 2. CGRP的生物学作用 2.1 舒张血管作用 CGRP是一种内源性舒血管活性肽，其扩血管作用比乙酰胆碱、5-羟色胺(5-HT)、P物质(substance P，SP)等均强，且呈不同程度的剂-效依赖性。CGRP对脑血管有明显扩张和解痉作用，如脑梗死患者应用CGRP后能明显缩小梗死和缺血水肿的面积;蛛网膜下腔出血(SAH)患者并发脑血管痉挛时，CGRP能逆转脑血管痉挛，成为目前治疗SAH后脑血管痉 [6]挛的新方法。而且CGRP对心血管、胃肠道血管等也有明显扩张作用:给大鼠静脉注射CGRP，可使冠脉血管扩张，血压下降，心率加快，但心脑供血量并不减少，对心脏亦有保 [7]护作用。CGRP强大的舒血管和降压作用，对血压动态平衡的维持有重要意义。研究发现原发性高血压患者血浆CGRP水平明显低于正常人，且CGRP降低幅度与高血压严重程度密切相关，血液CGRP含量不足是高血压的发病机制之一。原发性高血压患者静脉注射CGRP [8]后，具有明显降压作用。CGRP为应用降压药无效的高血压的治疗提供了新 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 2.2 神经保护作用 2+CGRP对中枢和周围神经系统均有保护作用。其机制可能包括:?维持神经细胞内Ca +2+2+2+离子稳态:脑缺血时，胞内Na、Ca过载，CGRP可降低细胞膜Ca通透性，阻止胞外Ca 2+[9]内流，维持细胞Ca稳定，减轻细胞损伤，对损伤神经细胞的恢复有利。?调节Bcl-2和c-fos 等凋亡基因的表达，减少损伤神经元的凋亡:应用CGRP可使大鼠全脑缺血30min再灌注3小时、6小时大脑皮质及海马Bcl-2表达增加;CGRP还可抑制缺氧时体外培养的海马神经元凋亡基因c-fos的表达。?CGRP在神经损伤后再生与修复过程中有明显的营养作用:神经元产生的CGRP作为一种信号作用于胶质细胞，触发神经元与胶质细胞间的反应，从而促进神经 [10]元的存活与修复再生，在促进伤后神经再生和感觉及运动的可塑性方面发挥重要作用。 2.3 心脏保护作用 [11]1996年，Peng CF等证实缺血预处理对内皮素引起心脏损伤的保护作用正是通过CGRP来发挥的，而给予CGRP受体阻断剂(CGRP8-37)后，缺血预处理的保护作用受到了抑制。后来研究发现热应激、硝酸甘油、内源性前列腺素等多种预处理均可使血浆CGRP含量升高，对缺血心肌起保护作用;而给予辣椒素耗竭神经纤维的CGRP后，预处理对心 [12]肌缺血损伤的保护作用不再出现。进一步研究证实CGRP升高及其心脏保护作用与CO和NO有关，而CO可能是通过血红素加氧酶1(HO-1)分解血红素产生，NO主要来源于 [13]诱导性一氧化氮合成酶(INOS)途径。他们最近研究发现抗高血压药物吴茱萸次碱的心 [14]肌保护作用，也正是通过促进CGRP合成和释放来发挥作用的。同时最新研究表明外源 [15]性CGRP对缺血心肌也同样具有保护作用。此外，实验证实CGRP对药物引起的心律失常亦有明显的拮抗作用，且治疗剂量不影响正常节律变化，其抗心律失常作用亦远强于异搏定。在离体心脏模型中，CGRP可明显降低心脏的再灌注损伤，减少心律失常的发生。 2.4 对骨组织的作用 CGRP与降钙素由同一基因编码，最初研究证实CGRP与降钙素有着相似的作用，但其仅在骨组织局部发挥抑制骨分解的作用。CGRP阳性神经纤维广泛分布于骨髓、骨膜及骨骺等骨代谢活跃区域，一种呈串珠状，蜿蜒走行;另一种表面光滑，笔直分布，而在皮质骨内 [16]密度较低。其对骨组织的作用主要表现为:?局部调节骨的生长和发育。大鼠出生后第10d股骨干骺端CGRP阳性神经纤维的数量明显增加;随时间的延长骨骺部CGRP阳性纤维数量逐渐增加;到生后4周，骨骺部CGRP阳性纤维比干骺端丰富，同时这些神经纤维沿 [17]着朝向生长板的骨骺骨小梁走行，表明CGRP在骨生长和发育中起调节作用。转基因 [18][19]CGRP小鼠骨的体积增加，缺乏CGRP的小鼠则表现为骨形成减少和骨密度降低，同样支持CGRP及其神经纤维对骨形成、发育具有重要的促进作用。?CGRP在一些骨相关疾病的病理生理过程中也发挥作用。Li J等发现胫骨骨折大鼠血浆CGRP升高，骨折断端骨膜、 [20]纤维肉芽组织和新生骨组织中CGRP表达明显升高，提示CGRP在骨折愈合中起作用。在人长骨骨干骨折不愈合标本中，骨折处CGRP阳性纤维减少或缺失，而腓骨骨折大鼠骨 膜CGRP神经纤维去除则可导致骨折不愈合。这些研究结果均证实CGRP参与骨折的愈合和塑型。另外，有研究表明骨组织CGRP神经纤维的异常与骨质疏松也有关联。而应用CGRP [21]后可以明显改善去卵巢大鼠的骨质疏松症状。 进一步研究证实CGRP对骨代谢的调节作用主要通过成骨细胞来实现。成骨细胞表面表达CGRP受体，CGRP与其受体结合后通过cAMP依赖和非依赖途径升高细胞内钙离子 [22]和去极化膜电位，进而影响多种细胞因子的合成，促进成骨细胞分化和增殖。最新研究 [23]表明CGRP对骨的修复作用也涉及到了一氧化氮合成酶(NOS)的参与。 2.5 痛觉调制作用 [24]周围神经系统合成CGRP的部位在三叉神经节和脊髓背根神经节(DRG)。神经元胞体合成CGRP后，以快速轴浆运输的形式运输到中枢端和外周端神经末梢。周围神经切断后，DRG内CGRP的表达下调，脊髓后角表层神经元内CGRP免疫反应减弱，而后角深层神经元和前角运动神经元则可见CGRP合成增加，且随损伤时间呈规律性的变化，这些适应性改变提示CGRP可能与伤害性感觉的传递和创伤修复有关。进一步在甲醛致痛实验中，发现投射到脊髓背角浅层的初级传入神经末梢中CGRP明显增多;佐剂性关节炎痛时，DRG神经元内CGRP-mRNA表达明显增强;使用镇痛药则使DRG内CGRP含量和脊髓释放CGRP明显减少， [25][26]并可减轻痛觉过敏;CGRP基因缺失大鼠对伤害性刺激不表现出痛觉反应;Bartho等发现CGRP受体阻断剂CGRP(8-37)，可部分逆转辣椒素诱导的痛觉过敏和异常疼痛。腰椎间盘突出症造成的疼痛困扰着众多患者，研究发现在慢性腰痛患者摘除的椎间盘中CGRP阳性神经纤维增多，可能是慢性炎症刺激的神经轴突生长加快进入椎间盘，引起痛觉易化有关[27]。这些研究均证实CGRP参与痛觉信息传递及痛觉过敏的形成。 [28]另外，近年来研究发现CGRP是偏头痛的一个重要因素。CGRP和P物质是支配脑血管的三叉神经感觉纤维中两种主要的神经肽。在偏头痛发作前驱期，三叉神经感觉纤维释放CGRP，伴有血浆外渗，血管扩张和肥大细胞脱颗粒，引起了脑脊膜血管系统的神经源性炎症;发作时患者颈静脉血浆CGRP水平明显升高，CGRP扩张血管并使毛细血管通透性增加、血浆蛋白渗出，增强P物质在外周的扩血管、血浆渗出、刺激各种炎症介质释放和聚集作用， [29]共同形成神经源性炎症，引起剧烈疼痛反应;偏头痛不发作时血浆CGRP水平仍较高，使致痛致炎物质积聚，进一步刺激传导伤害性信息的传人纤维，这些刺激经过一定时间积聚后，再次爆发新的一轮疼痛，这提示偏头痛患者存在长期或永久性异常的神经血管调制。 然而，CGRP的释放也可能参与机体对外环境有害物理、化学刺激的防御反应;它可能通过增加粘膜血流量、提高痛阈等多种反应使机体逃避损害刺激、对抗组织损伤，从而在机 体的正常生理稳态调节和某些疾病时机体的代偿和失代偿反应中起重要作用。 2.6 免疫调节作用 神经系统与免疫系统间有着复杂的网络联系，二者的相互作用可以通过一些共有的激素、细胞因子及其受体得以实现。有学者认为，CGRP作为重要的免疫调节肽，与一些细胞因子、肽类激素和神经递质共同在神经-免疫系统间发挥双向信息传递，CGRP是“神经-免疫 3+4+8+系统相互调节的介导物质之一”。研究证实一些CD或CD或CD的T淋巴细胞中可见CGRP阳性颗粒，免疫细胞也能合成和释放β-CGRP，常见的炎症介质(如前列腺素、缓激肽) [30]可直接刺激免疫细胞释放CGRP。同样，CGRP阳性感觉神经末梢与T、B淋巴细胞有突触样联接，淋巴细胞、巨噬细胞及肥大细胞上均有CGRP受体，CGRP通过与其受体结合， [31]能影响免疫细胞分泌炎症介质:CGRP可调节内毒素激活的巨噬细胞的多种功能，抑制致炎因子肿瘤坏死因子-α和白介素-12的产生，双相调节白介素-6的产生(小剂量增加,大剂量抑制)，增加一氧化氮和前列腺素的产生等。 但目前普遍认为CGRP是一种内源性免疫保护物质，主要在感染、缺血和创伤等应激时，可防止免疫功能过度激活、致炎因子对机体造成损伤，维持机体内环境稳态。 2.7 其他 CGRP对消化系统和呼吸系统也有调节作用。CGRP可抑制胃酸分泌，对消化性溃疡有促进愈合作用;CGRP有促进支气管平滑肌收缩和减少呼吸道腺体分泌的作用。 3. 血浆CGRP检测对疾病诊断及预后的意义 CGRP作为局部调节激素在正常人血浆中含量极低，但某些病变时可明显升高，评价血 [32]浆CGRP含量已成为临床一些疾病诊断或预后的监测指标。Takami等首次采用放射免疫测定正常人血浆CGRP含量为6.7+/-3.0pg/ml(M+/-SD)，而甲状腺髓样癌(MTC)患者血浆CGRP含量明显升高，他们认为血浆CGRP是MTC的体液标志物之一，测定其血浆含量对于肿瘤的诊断、恶性度判断及预后具有重要意义。在其他疾病中检测血浆CGRP也具有重要的意义:Shi等发现血浆CGRP升高与原发性高血压严重程度相关，与心房钠尿肽的含量 [33][34]负相关;Mair等发现急性心肌梗塞血浆CGRP也明显升高;Juhasz等证实血浆CGRP含量升高水平可反映偏头痛的严重程度，药物治疗后，CGRP降低程度还可以用来评价药物 [35]的疗效;另外，Takeuchi等的研究发现腰椎间盘突出患者血浆CGRP明显升高，其增高 [36]程度可作为患者疼痛严重程度的标志之一。 4. CGRP及其受体激动剂、拮抗剂的药理学应用 4.1 CGRP及其受体激动剂的应用 CGRP丰富的生物学作用主要是通过与其受体结合后来发挥的，早在1987年Brown等就已经将CGRP及其受体激动剂做为降压药，在高血压的预防和治疗中体现了其重要价值[37]。1995年，Feuerstein等发表了有关CGRP药理作用的综述，认为CGRP及其受体激动剂可用于治疗包括高血压、冠心病、蛛网膜下腔出血、充血性心力衰竭、胰岛素抵抗性?型糖 [38]尿病等疾病的治疗。另外，基于其促成骨作用，还可在局部应用CGRP治疗骨折不愈合和加速骨的修复和塑型。同样CGRP在神经保护、促进神经再生和免疫调节方面也具有重要的应用前景。 4.2 CGRP受体拮抗剂的应用 CGRP增多与痛觉易化、偏头痛等有关，因此人们多将CGRP受体拮抗剂用于此类疾病 [39]的治疗。最早使用的CGRP受体拮抗剂是CGRP(8-37)。CGRP(8-37)是CGRP的C末端片段，可结合CGRP受体，对抗CGRP的生物学作用，后来Wisskirchen等研究显示主要发挥 [40]拮抗作用的位点位于C末端的两个β折叠(18-21和32-35)。Edvinsson等证实CGRP(8-37) [41]可对抗三叉神经释放过多CGRP引起的脑血管舒张，而成为一种治疗偏头痛的药物。2002年，他们又开发了一种新的CGRP受体拮抗剂BIBN4096BS，体外实验证实其结合受体和对 [42]抗作用比CGRP(8-37)更为有效，也用于治疗偏头痛。Arulmani 等的研究证实BIBN4096BS对α-CGRP诱导的全身多处血管扩张具有抑制作用，可引起的微循环血流减少，血管通透性 [43]降低。2005年，Rudolf等将BIBN4096BS用于临床研究，发现其对急性偏头痛患者具有 [44]明显的治疗作用。近来，Ho TW等又成功研发了一种口服的CGRP受体拮抗剂 [45]——MK-0974，可有效治疗急性偏头痛发作，且耐受性较好。目前该药已经进入3期临床试验阶段，其药理作用和结合受体活性均较为理想。 5. 展望 综上所述，CGRP主要分布于神经系统和心血管系统，通过与其受体结合而发挥作用，具有舒张血管、神经保护、心肌保护、成骨作用、痛觉调制和免疫调节等作用，是一种作用极其丰富的肽类物质，但其具体作用机制和通路仍然不清楚。CGRP异常表达与多种疾病的发生有关，血浆CGRP含量的检测已成为一些疾病诊断和预后的指标，但一些疼痛性疾病如偏头痛和神经源性疼痛(腰椎间盘突出症)患者血浆CGRP升高的机制仍然不明，这是否也与NO和CO途径有关，尚未见研究报道。临床上将CGRP及其激动剂开发成为治疗高血压、冠心病、心力衰竭、骨折不愈合等疾病的药物，将其受体拮抗剂开发成治疗偏头痛等的药物具有非常广泛的应用前景，但目前仍然缺乏更为敏感的药物。虽然人类对CGRP的认识已取得了很大的进展，但仍然有许多问题有待解决。而在对这些问题的深入研究和探讨 将有助于更好的揭示CGRP的特性及其在临床相关疾病中的作用，指导临床治疗。 参考文献: [1] Amara SG, Jonas V, Rosenfeld MG, et al. 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