辣椒素的作用机制

　　摘要 辣椒素是辣椒中的主要活性成分，它与痛觉有着非常密切的关系，近年来随着辣椒素受体的克隆表达，辣椒素受体基因敲除小鼠模型的成功建立，人们对辣椒素的研究进入新一轮。本文就辣椒的作用机制、镇痛应用及研究方向作一综述。

　　辣椒素(capsaicin)，化学名称为反8-甲基-N-香草基-6-壬烯基酰胺，是辣椒中的主要生物活性成分。有文献记载，18世纪时人们就已经认识到辣椒有镇痛功能，涂于伤口用以止痛，近年随辣椒素受体的克隆表达，辣椒素受体基因敲除小鼠模型的成功建立，人们对辣椒素的研究进入新一轮。目前关于辣椒素的研究主要集中在两个方面：一是将其作为一种研究工具。探索痛觉传递的机制；二是研究其疼痛治疗中的潜在应用价值。本文就辣椒素的作用机制、镇痛应用及研究方向作一综述。

　　1 辣椒素作用机制

　　1.1 辣椒素受体及其作用 辣椒素是通过初级传入神经元末梢和胞膜上特殊的分子受体介导产生作用的，这一受体称称为辣椒素受体，又称香草醛体(vanilloid receptor，VR1)。辣椒素与 VR1结合，激活了与受体直接偶联的膜离子通道。这是一个相对非特异性的阳离子通道。通道开放后主要是钙离子(也有钠离子)进入细胞内，钾离子出细胞，一些氯离子也相应进入细胞内平衡电荷[1]。VR1 偶联的通道不同于电压门控通道，它不能被钠、钾、钙离子通道阻断阻滞。但能被钌红(rubeniumred)阻断。从大戟类树胶植物的乳汁中分离出的辣椒素同源物树胶脂毒素(resiniferatoxin)也能激活VR1，并具有更强大功效，辣椒  平(capsazepin)是VR1的竞争性拮抗剂，但它本身并不致痛或止痛，说明它没有与疼痛位点结合的相应配体。

　　Caterina等成功地培育出敲除VR1基因的小鼠，无VR1的小鼠可以存活，有繁殖力，其外形、大体解剖、体质量、运动和行为与正常小鼠没有区别。VR1阴性小鼠对皮射辣椒素、喝无疼痛抗拒行为，几乎不表现出温度过敏反应，热力致痛反应减弱，但对伤害性机械刺激反应正常。体外培养的VR1阴性小鼠的初级感觉神经细胞对各种有害刺激的反应都严重削弱了。因此，有人认为VR1在多型伤害性刺激的传递中起关键作用，甚至认为VR1对痛觉是必不可少的。

　　1.2离子通道和离子流  在体外细胞培养实验中，激活大鼠背根神经节细胞膜上的VR1，可以观察到一性的细胞钙离子内流。这一过程包括加期细胞内钙离子快速增加（几分钟）和随后长时间的钙离子浓度复原（几十分钟）。与由钾离子去极化激活同一细胞的电压门钙离子通道相比，VR1激活后引起的钙细胞内浓度升高的幅度和速度相似，但钙离子恢复到静息时的水平却要慢得多。用线粒体去偶联剂研究发现，在这一过程中线粒体对细胞内钙离子起缓冲作用。当细胞外钙离子大量涌入时线粒体吸钠钙离子，当胞质中钙离子复原时，线粒体释放钙离子，使复原时程延长。在这一长时间的复原过程中，神经细胞对细胞外钾离子和辣椒素都不起反应。这可能与辣椒素的脱敏作用以及疼痛的记忆有关。人工克隆表达的VR1能被香草醛化合物、氢离子、大于43℃的热度，酸(pH≤5.9)激活，因此有人认为VR1是化学、物理性刺激致痛的分子综合体。也有实验结果不支持这一假说。Nagy等用电生理和测量离子流的方法，比较较了大鼠初级感觉细胞对辣椒素及伤害性热刺激的细胞膜反应，证实被辣椒素或热刺激激活的离子通道的性质有许多相同之处，但也有重要不同，即热激活通道钙离子的通透性性低于辣椒素激活通道。对热刺激或辣椒素作出反应的通道是单敏性，只有很少的离子通道对热和辣椒素具有双重敏感性。而在整细胞水平，则每个细胞可对热或辣椒素作出反应。由此推断，辣椒素与热刺激引起细胞反应的分子实质是不同的，可能与VR1有多种亚型有关。

　　1.3 神经肽释放  辣椒激活VR1，钙离通道开放，钙离子内流，胞质中钙离子浓度升高，引起神经元及其纤维释放神经肽，如:Ｐ物质、神经激肽Ａ、降钙素基因相关肽、血管活性肠肽和兴奋性氨基酸，如谷氨酸、天门冬氨酸。辣椒素引起神经细胞释放P物质的具体机尚不完全清楚，Purkiss 等在离体培养大鼠背根神经节细胞的实验中发现，辣椒素引起Ｐ物质释放可能通过两种机制：一种依赖于细胞外钙离子和突触体偶联蛋白25Kpa(SNAP-25); 另一种，在无细胞外钙离子的情况下，无需SNAP-25，辣椒素也能成功刺激神经节细胞释P物质。

　　1.4辣椒素对机体的作用效果  不同剂量的辣椒素或辣椒素给药的不同时期对机体产生的作用效果是不同。

　　1.4.1初始或小剂量给药  辣椒素初次施用于外周神经末梢，会引起患者烧灼样的刺激感。施用区产生疼痛，局部血管扩张，微循环量增加，形成一个痛觉过敏区，并可引起神经源性炎症反应。辣椒素引起神经肽释放与疼痛有关。已知P物质被确认为初级神经元的神经递质，可刺激上级神经元向上传递痛觉。辣椒素可直接刺激一些非神经细胞产生炎性趋化因子，参与炎症反应。人支气管上皮细胞株BEAS-2B置于辣椒素的环境中，导致细胞内钙离子升高，炎性趋化因子IL6、IL-8和TNF-a转录合成，并释放蛋白。Lin等大鼠后肢真皮内注射辣椒素引起皮肤神经源性炎症的研究中，得出结论：中枢神经机制参与了神经源性皮肤炎症反应。

　　1.4.2连续给药  继续使用辣椒素，神经元变得迟钝，对辣椒素及其他一些伤害性致痛刺激元反应性，即产生脱敏作用。这一过程可以逆转。一般的观点认为是神经纤维的Ｐ物质，由于反复使用辣椒素而耗竭所致。辣椒素激活VR1后，细胞内钙离子迅速升高但复原缓慢，可能与脱敏有关。

　　1.4.3大剂量给药大剂量使用辣椒素是有毒性的，这可以引起传入神经的C纤维变性，减少。在大鼠身上，15mg/kg的辣椒素用量是产生神经轴突变性的阈剂量，50mg/kg是饱和剂量。在新生动物身上大剂量使用，可以使某一部分体积较小的神经元细胞死亡，进而造成动物永久性痛觉丧失。McCarthy 等[10]在大鼠新生期全身施用大剂量辣椒素，待动物成年后观察了胸10背根神经节细胞的变化情况。正常大鼠胸10背根神经节中，73%为Ｂ型细胞，平均 体积13000rpm3;22%为Ａ型细胞,平均体积79800祄，使用辣椒素的大鼠，一半以上的原有细胞被毁，其中80%为体积小的Ｂ型细胞，Ａ型细胞中较小的选择性丧失。总之，较小的神经细胞辣椒感。体外细胞培养实验表明，高浓度的辣椒素细胞有细胞毒性和遗传毒作用。Richeux 在25-100祄ol辣椒素境中，孵育SHSY-S成神经细胞瘤细胞一个细胞生长周期(5d)，发现：60祄ol的辣椒素可以抑制50%的蛋白合成；50uml辣椒素诱导DNA链断裂；29.3umol辣椒素就使细胞无法结合a-1酸糖蛋白。DNA链的断裂或损害导致了神经细胞死亡或基因突变。除神经细胞外，高浓度的辣椒素还可抑制猴肾细胞及鳞状上皮细胞的蛋白合成[11]。

　　1.5 神经再生  辣椒素毁损感觉神经传入纤维后，给予神经生因子可以促进神经再生，同时神经元细胞中可以测得降钙基因相关肽mRNA表达升高。

　　2 辣椒素的镇痛应用

　　2.1 临床镇痛应用现状  辣椒素具有脱敏作用，能损毁初级感觉传入神经中的C纤维，因此辣椒素已被用于治疗各种神经源性疼痛及相关症状。其中比较成熟的是，辣椒素制成的霜剂表面涂抹治疗皮肤疼痛、搔痒，如带状疱疹后遗神经痛、糖尿病性神经痛、三叉神经痛等，疗效乐观。辣椒素溶液膀胱内灌注治疗神经源性的膀胱过激和痛觉过敏的疗效在200例患者的临床试验中得到清楚地证明[13]。辣椒素使患者膀胱内神经纤维密度减少，从而得到了较长时间的症状缓解[14]。

　　2.2 不良反应  辣椒素作用于皮肤外周神经末梢， 产生灼痛感，并引起局部区域充血，甚至神经源性的炎症反应。辣椒素施用于粘膜引起喷嚏、鼻充血、咳嗽、粘液分泌、眼睛流泪、支气管收缩、呼吸困难等症状。利用辣椒吸入后的强烈刺激性，辣椒素油被制成，某些国家市场上有售的作为武器的喷雾罐。辣椒素的刺激性限制了它的临床应用。

　　2.3 临床应用的研究方向  清除辣椒素的不良反应并保留其脱敏镇痛功效是临床应用辣椒素的订研究目标。以下3个方面是目前最有希望的突破方向。

　　2.3.1 与其他药物联合应用  利多卡因和辣椒素联合应用能够产生协同阻滞效应。利多卡因可阻断神经反射弧通路。从而缓解出辣椒素可以减弱由辣椒素引起的热过敏症状。Green等在研究口腔对辣椒素的敏感性中发现，先涂用薄荷醇后，口腔在短暂的时间里(几分钟）对辣椒素不敏感。

　　2.3.2改变给药方式  除了皮肤粘膜表面施用外，可以尝试改变给药途径以避免辣椒素刺激外周神经末梢带来的副作用。辣椒受体可存在于背根神经节、三叉神经节的感觉神经结细胞上，因此神经束膜或神经结直接施用从理论上讲是有效的。Mutoh等将辣椒素施用于神经束膜上，选择性地阻断了喉上神经传入支的Ｃ波复电位，而Ａ波没有影响。辣椒素微量注射入大鼠弧束核团内引起呼吸徐缓。大鼠腓肠肌、比目鱼肌内注射辣椒素后，神经反射受到抑制。

　　2.3.3 选择辣椒素的衍生物  树胶脂毒素是非常有希望的一个辣椒素替代物。树胶脂毒素膀胱内灌注治疗膀胱逼尿肌过激疼痛，产生了与辣椒相似的疗效，但无局部激惹症状。

　　此外，随着VR1受体及基因的进一步研究成熟，人们可通过VR1受体人工合成VR1激动或拮抗剂，甚至从基因水平调控VR1受体的合成表达，终有一天，人类会揭示出调控辣椒素与疼痛关系的全部秘密。