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疼痛是机体对有害刺激产生的正常反应,用以保护机体免受外界伤害。初级感觉的形成是受到严格调控的,调控机制的异常和缺陷将导致各种病理现象,如:疼痛。以往研究表明神经元膜表面的离子通道和G蛋白偶联受体与初级感觉的形成和慢性疼痛的发生发展密切相关,因此在镇痛方面具有重要意义。离子通道和受体的亚细胞定位及在细胞膜上的分布是一个动态的过程,受到精确的调控。离子通道和受体在初级感觉神经元内的运输方式与初级感觉形成及慢性疼痛发生发展密切相关,因此研究离子通道和受体运输的调控机制具有重要意义。
电压门控钠离子通道是可兴奋细胞产生动作电位的基础,在有电压门控钠离子通道Nav1.8表达的初级感觉神经元中,其对钠离子电流的贡献占了很大的比例。以往的研究发现Nav1.8主要分布在细胞内,钠通道β3亚单位能够特异增强Nav1.8的钠电流,但Nav1.8细胞内滞留以及β3亚单位作用的分子机制至今仍不清楚。我们发现β3亚单位能够掩盖Nav1.8的内质网滞留信号,促进Nav1.8向细胞膜表面的运输。Nav1.8的第一个胞内环上含有一个经典的RRR结构域,RRR作为内质网滞留信号使Nav1.8主要分布在细胞的内质网结构中,因而使其无法有效地被运输到细胞膜表面行使功能。β3亚单位的胞内C端结合在Nav1.8的第一个胞内环上,从而掩盖了RRR内质网滞留信号,促进Nav1.8在细胞膜上的表达。当RRR内质网滞留信号被突变后,Nav1.8的细胞膜表面显著增加,从而也丧失了β3亚单位增加Nav1.8细胞膜表达量的功能。因此,β3亚单位通过掩盖Nav1.8内质网滞留信号调节Nav1.8在细胞膜上的表达,揭示了钠离子通道β亚单位调控α亚单位从内质网向细胞膜运输的新机制。
除了内质网到细胞膜的运输影响膜蛋白在细胞膜上的分布外,细胞的内吞运输过程是另一重要的调节途径。δ阿片受体(DORs)通过与μ阿片受体(MORs)形成异源寡聚体,负调控MORs的活性。然而,这种调控的分子和细胞机制仍然不十分清楚。我们的研究发现,激活DORs能够下调MORs的功能。DOR选择性激动剂刺激后,细胞膜表面的DOR和MOR共同内吞,进一步通过溶酶体降解。这一过程依赖于MOR受体通过其第一个穿膜结构域(TM1)与DOR的相互作用。这些结果表明,DOR激动剂诱导的DOR和MOR共同内吞和共降解是造成MOR脱敏的原因之一,我们的研究提供了调节MOR内吞运输的新机制。
综上所述,我们首次发现电压门控钠离子通道Nav1.8的内质网滞留信号,β3亚单位通过掩盖内质网滞留信号促进Nav1.8细胞膜表达。另一方面,我们发现激活DORs导致MORs的共内吞以及共降解,从而引起MORs的脱敏。以上研究进一步扩展了我们对膜表面蛋白相互调节机制的认识,我们的研究所揭示的这种电压门控钠离子通道Nav1.8从内质网向细胞膜运输调控以及G蛋白偶联受体内吞运输调控的新机制对膜蛋白运输的基本细胞生物学理论有重要贡献,可能为疼痛治疗提供新的策略。