催产素的作用机制

OT和VP是两个密切相关的神经肽，都含有9个氨基酸，两者的区别仅在第3位和第8位的氨基酸（图19-1）。第8位氨基酸的差别是它们之间主要的特征性区别，多数哺乳动物VP的第8位是精氨酸，而OT是亮氨酸。在生物进化过程中，VP和OT同系物的保持甚至复制，提示它们对于机体具有重要的基本功能。如果考察一下各种动物，则在软体动物静水实螺（Lymnaea stagnalis）中有芋螺VP，它表达于神经元和性腺细胞，影响动物的交配行为。与上述类似，芋螺VP可以引起医用水蛭模式化的扭曲身体行为，此扭曲行为类似于动物的自发生殖行为，其作用是在动物M5和M6生殖神经节的中枢型式发生器，那里有振荡性神经元。在会发声的硬骨鱼中，发呼噜声是生殖行为的重要表现之一，雄鱼的发声受精氨酸催产加压素（arginine vasotocin）的影响，雌鱼的发声受鱼神经叶激素（isotocin）的影响。在某些鸟类中，鸟群大小与鸟类外侧隔区“中催产素”（mesotocin）受体的分布相关，如果将中催产素给予这种鸟类，鸟群就增大；如果给予拮抗剂，鸟群就缩小。在多数脊椎动物的外周系统中，VP和OT在调节体液平衡方面起作用，某些情况下是起相反作用。例如，VP是为了保留水，OT是为了乳汁分泌；VP的作用是保持个体内稳态（如水的保留、血压、昼夜节律、体温调节、增加激醒、记忆），而OT的作用是朝向保持社会结群，及/或物种保存（如排卵、分娩、排乳、性行为以及社会互动），OT也压抑食物摄取。因此，人会有这种想法：VP似乎是“自私”的，OT是“利他”的。这种互相对抗的阴/阳性作用早已有人提出来了，那是对大鼠中枢性的VP和OT功能而言的［2］。

图19-1　加压素和催产素的化学结构式

在小鼠、大鼠和人的基因组里，OT和精氨酸加压素（arginine vasopressin，AVP）的基因位于同一染色体，两者的基因间区相隔很近（3.5～12 kbp），但是转录朝着相反方向。在脊椎动物脑内，OT和AVP两者由下丘脑的室旁核（PVH）、视上核（SON）还有副核（accessary nucleus，AC）的不同神经元群合成，副核位于PVH和SON之间。此外，AVP、OT神经元也被发现于PVH的小细胞分泌神经元和视交叉上核（SCN）、终纹床核（BST）、内侧杏仁核、下丘脑背内侧核、蓝斑（LC）；而在大鼠中（小鼠不是这样），也存在于下丘脑背内侧核、布罗卡斜带、嗅球。有可能这与社会行为上的种间区别有关［2］。

AVP和OT表达在PVH和SON的严格不同的神经元群中，这主要取决于mRNA差别表达水平，而这种差别表达似乎是由一个顺式元件调控的。与人类的情况不同，啮齿类的PVH和SON发育比较晚，大鼠AVP的合成从动物在子宫内16～18 d开始，而OT的合成从动物出生后几天开始。AVP和OT两者都储存于分泌颗粒或分泌小泡中，和它们相应的携带蛋白质——神经垂体素在一起。相应于两个肽的神经垂体素的分子量接近10 kD，两者都含有高比例的、用二硫键连接起来的半胱氨酸残基。与AVP和OT一起，神经垂体素在细胞体中合成，作为共同前体蛋白质的一部分，该前体蛋白质的氨基端含有糖肽。往后，AVP和OT及神经垂体素在其羧基端含有糖肽。当颗粒向轴突末梢运输的时候，相当程度的激素原加工在那里发生，颗粒中含有为翻译后加工所需的酶。因此就OT来说，它先合成为非糖基化蛋白质，然后经过转化酶（magnolysin）的内蛋白水解作用而分裂，转换为OT-甘-赖-精（OT-GKR），OT-甘-赖（OT-GK）和OT-甘（OT-G，也称OT-X）。后者通过α-酰胺化酶转换成为9个氨基酸的肽，即OT。这最后一步是维生素C依赖的。其结果是，在神经末梢释放的物质包括激素、载体蛋白-神经垂体素、残余的前体片段。在正常情况下，最后九肽的释放依赖于神经末梢钙依赖的颗粒与质膜融合［2］。

某些突变体（例如P7L AVP）可以导致激素原占优势。它不分泌出来，积聚在内质网，形成二硫键耦合的寡聚体而躲避降解，于是慢慢积聚起来变成纤维蛋白，引起细胞死亡。这就属于神经变性疾病了。在出生前，激素原可以组成总OT量的40%。已经证明，患自闭症的4～6岁儿童，这个百分比还可以增加［2］。

经典神经递质包装在小突触小泡里，这种突触小泡优先地定位于突触。肽与经典神经递质不同，它存储在大致密轴心小泡（large dense core vesicle，LDCV），倾向于分布在胞体-树突，以及轴突的曲张体和神经末梢。虽然经典递质和肽两者都可以用钙依赖的方式进行外排释放，但是经典神经递质突触小泡的外排，需要靠近突触前钙离子通道的细胞内钙离子浓度的升高，而肽释放是由浓度变化比较小但变化范围更广的细胞内钙浓度升高所引起的。这种细胞内钙的变化可以通过高频刺激神经的方法来达到。这样，低频刺激引起突触前膜局限区域的钙升高，触发了经典神经递质的释放；而更弥散的细胞内钙升高则有利于肽的释放。其后果是，含肽的小泡释放被认为是一种半不依赖于小突触小泡的释放［2］。

含神经肽的LDCV可以在神经元的所有部分释放，包括树突和胞体。SON和PVH的大细胞分泌神经元充满着密集的LDCV，而它们的树突代表了整个细胞总体积的85%，因此树突含有大量的OT和AVP。与突触前释放一样，树突释放也依赖于细胞内钙的升高，这种升高是由于细胞内钙储库的动员，而细胞内钙储库在胞体和树突中是广泛存在的，这在神经末梢常常是没有的。有些因素可以动员这些储库，却并无直接动作电位的增多。其中有一个叫黑素细胞刺激激素（α-MSH），它来自弓状核（ARC）的阿黑皮素原（POMC）产生神经元，作用于视上核OT神经元的黑皮质素受体4（MC4-R）。α-MSH的行为作用非常类似于OT的行为作用，它抑制进食，刺激雄性的性行为，而事实上很有可能，OT是α-MSH作用的介导者［2］。

对于神经网络来说，肽诱发的树突释放伴有令人感兴趣的另一现象，即细胞内的钙动员可以预处理分泌颗粒，也就是说，当随后的电刺激到来时，分泌颗粒可以提供释放。这种肽诱发的神经元区隔变化，引起了局部神经元网络的重新配置，开启了实现神经元之间信息交流的新途径。预处理可持续1h，允许产生长时间的行为效应［2］。

脑脊液中OT和AVP消失的半衰期为20 min，中枢释放的肽被脑组织里面的氨基肽酶所降解或者进入脑脊液。到达脑脊液后，它就进入整个大体血循环。氨基肽酶可以裂解OT和AVP成为更小的片段，其中某些小片段已被证明可以易化鼠的逃避行为，其有效浓度比AVP小1000倍，不过作为神经调制物，其效力比AVP要小得多［2］。

VP受体和催产素受体（OT受体：oxytocin receptor，OTR）属于G蛋白偶联受体（GPCR）超家族，其成员含有7次推定跨膜域（TM1—7），有3个细胞外环（ECL1—3）、3个细胞内环（ICL1—3）。这些受体似乎在进化的很早期就产生了。与其他神经肽类似，有可能通过基因重复及以后的顺序发散而形成不同的受体。在淡水实螺已经表达有［Lys8］芋螺加压素（VP），它可以激活两种受体，分别表达在相互排斥的两群神经元中。此现象被用来支持一种理论，即OT和VP是对已存在的受体配基的进化。在啮齿动物及人类，基于氨基酸顺序及配基结合亲和力，总共有4个受体被鉴定，它们是OT受体以及VP受体的V1aR、V1bR和V2R(1)，其中OT受体和V1aR在脑内丰富表达。下面对它们的讨论也会集中地多一点［2］。

激动剂结合GPCR导致受体激活和磷酸化，以及β抑制蛋白转位到受体复合物，此事件中断了受体和G蛋白的相互作用，从而关闭了G蛋白依赖的信号通路。OT受体可以耦合于不同的G蛋白，导致不同的功能后果（图19-2）。OT受体耦合于百日咳毒素不敏感的异三聚体G蛋白Gq11，它激活磷脂酶Cβ通路（phospholipase Cβ，PLCβ），PLCβ使磷脂肌醇积聚，动员细胞内的钙储库。此通路是子宫平滑肌细胞收缩的基础，也是增加一氧化碳（CO）的产生从而导致心肌发生的基础；在神经元中，它可以抑制内向整流电导。然而在神经元中，OT也可以通过百日咳毒素敏感的Gi/o蛋白激活内向整流电流，而由内向电流所携带的离子可以激活细胞内信号通路。Gi/o可以由此产生抗增殖效果的信号。此外，OT可以通过受体Gs蛋白激活腺苷酸环化酶，增加cAMP的产生，不需要PKA激活而直接导致钠依赖的、TTX不敏感的持久内向电流。有可能上述不同的信号传送通路，在神经元以及外周组织中是进行区别表达的［2］。

图19-2　加压素和催产素的细胞内转导通路

按照其可以激活的特定G蛋白，OT和VP激活不同的细胞内通路：激活TTX不敏感的钠通道，抑制钾通道。注意通过OT激活的Gq11，选择性地募集β抑制蛋白，这一步导致OT受体（OTR）内化，如果用OT激动剂药物阿托西班（atosiban），它只激活Gi/o耦合的OT受体（阿托西班与自然的OT是不同的）。AC，腺苷酸环化酶；PTX，百日咳毒素；insP3，1，4，5三磷酸肌醇；DAG，甘油二酯；PLC，磷脂酶C。（图引自［2］）

中枢神经系统的V1aR也是GPCR，但它可以不依赖于PLCβ、PKC或细胞内钙浓度的改变而传送信号。电生理学研究显示，AVP、OT可以通过开放非特异性阳离子通道或者关闭钾通道，而急性影响神经元的兴奋性。阳离子通道的开放，产生持续的内向电流，此电流可以是钠依赖、河鲀毒素（TTX）不敏感、电压门控的，以及部分被细胞外钙或镁所阻断的，例如AVP在面神经运动神经元中和OT在迷走神经运动神经元中的情况就是如此。此外，在某些运动神经元中，AVP可以压抑钾电流，此压抑可能是钡敏感的。激活这些电流的细胞内信使，是PKC不依赖的，但部分是由腺苷酸环化酶-cAMP激活的PKA所介导的，另外部分的通路还不清楚［2］。

J. Koehbach等比较了69种OT受体和OT样受体的氨基酸顺序，从它们的分子进化和多样性进行考虑，目的是作图受体与配基相互作用的共同位点。他们的分析表明，在受体的共同跨膜核心区内存在着OT的结合位点，但想要确定可以解释OT与受体特异结合的位点非常困难［9］。AVP有3种受体——V1aR、V1bR、V2R，最近对这三者的分子和生理作用有详细的介绍［10］。

嗅上皮AVP受体和/或OT受体的表达，在主及副嗅系统的不同脑区有所不同。在主嗅上皮都可以检测到V1aR和V1bR的mRNA。进一步，在一个显示不成熟特征的永生化细胞系中，游走性嗅神经元（GN11）的OT受体激活，导致磷酸肌醇的积聚以及内向整流钾电流的抑制。还没有在犁鼻器官的外激素敏感上皮上考察这个作用［2］。

OT受体能够可逆地转换其状态，受体与激动剂及拮抗剂的亲和力（Kd）变动在1～100 nmol/L之间，状态转换依赖于存在或不存在二价阳离子（Mn2+、Mg2+），以及与特定膜胆固醇的相互作用。进一步，为了OT受体的有效表达，似乎需要胆固醇的参与。胆固醇可以稳定OT受体，使它不易被热和蛋白酶所降解，因此，富含胆固醇的微域如脂筏或胞膜窖，可以转变MDCK肾上皮细胞系由OT诱导的生长抑制性效应，使之成为增生性反应。这可能是因为募集了不同的信号级联通路［2］。

大鼠（但在小鼠不行）OT受体的表达可以因雌二醇而增加，也可以因为在恒定雌激素浓度水平上撤孕酮而增加。这种反应的发生，多少有些脑区特异性的特点，可能是由于局部孕酮受体和雌激素受体表达的不同，例如导致下丘脑腹内侧核（VMH）、终纹床核（BST）和内侧杏仁核受体结合的增加；但在卵形BST和杏仁中央核，则不出现这种情况。因此，研究这些脑区的OT神经调制作用时，要注意实验动物的性别和动物的性周期［2］。

经OT激活的OT受体被G蛋白偶联受体激酶-2磷酸化，与β-抑制蛋白结合，然后通过网格蛋白包被小泡被内吞。内化以后，它们通过Rab4/Rab5短循环通路再循环回到质膜。此内化被认为是受体快速脱敏的基础，OT受体激活后这种脱敏可以发生。除G蛋白的不同同工分子能够激活不同的信号转导通路以外，Gi选择性配基可以引起G蛋白的激活，而没有β抑制蛋白的募集和OT受体的内化。有意思的是，虽然内源性OT可以激活OT受体，不论它耦合的是哪一种G蛋白，但特异的激动剂和拮抗剂可以对OT受体显示戏剧性的差别性亲和力，依赖于特定耦合的G蛋白的不同（Gq、Gi或Go），因而并不引起它们的内化。例如OT受体的激动剂阿托西班并不促进β抑制蛋白-1或β抑制蛋白-2的募集，并不影响受体内化，可能由于仅选择性地激活那些耦合于Gi蛋白的OT受体。可能这些差别也就是不同脑区脱敏有差异的基础。例如，虽然在海马、迷走背核复合体（DVC）以及VMH上，可以重复性地诱发兴奋，很少丢失反应性，但杏仁中央核（CeA）、终纹床核外侧部（BSTld）却呈现快速脱敏，尽管仍具有高的肽结合能力。这提示，不同脑区表达不同的受体类型，或者有不同的细胞特异的受体耦合机制。这些特点对于将来发展一些靶向特异性的神经-精神疾病新药，可能是重要的［2］。

虽然在初始的时候，开发作用于OT和VP受体的激动剂、拮抗剂药物是以肽能为基础的，但广泛的药理学研究导致了系列的非肽类物质。重要的是保持一种看法，那就是，虽然对内源性配基OT和AVP而言，受体命名提示在这些受体之间有明显不同的交互反应性，但是对它们之间的差异还需要注意。例如，AVP结合于OT受体，但如果它以同样的亲和力结合到其他3个AVP受体，这就是交叉反应；而另一方面，虽然OT结合到OT受体展示了更多的特异性，但它能够结合到VP受体，其亲和力要低100倍。这一点对于确定特定的功能特别重要，例如当确定内源性神经肽在脑区的特定功能时，要考虑受体的交叉反应及亲和力的高低，而这些不同类型的受体又往往是共同表达的［2］。

OT和AVP在外周的不同、潜在相反方向的作用，提示功能进化方面的某些互补性发育。脑内OT和AVP的表达在互不重叠的脑区发生。虽然有时也有并列的情况，但仍然表达在不同类型的神经元之间，是相互区分开来的。类似地，受体分布典型地是表达于不同的脑区，虽然那些不同脑区是相邻的，受体的表达发生在严格有区别的不同组的神经元之间。这样就带来了一个问题：是否有可能在这些不同脑区之间，区分神经肽受体信号传导的对比及互补作用？这里将要讨论脑的不同部分，在这些脑区里已经发现了神经肽受体的表达与激活，并基于它们的潜在互补作用而评价它们的功能［2］。

已经通过大量的电生理学实验，研究了这两个肽在不同脑区的急性神经调制效应。粗粗看来，效应是广泛的，而且分散在许多区，没有一个明确的组构型式。然而，有可能把这些区加以分类，把它们考虑为神经回路的一部分，而此神经回路是实现类似功能的。例如，有一组回路组成轴心网络，它整合与特定神经的“作业”有关的行为、生理以及动机过程。这样我们可以鉴定一个轴心网络，例如它在边缘系统中是司理社会行为的，另一个网络是为了应激和焦虑的，再有一个网络是为了学习和记忆、感觉和运动作业的，等等。遵循这样的分类研究思路，下面我们要把迄今为止鉴定的AVP和OT的神经调制效应，试探性地按照这种神经网络加以分类。当然我们应该清楚，有些事情不可能严格地进行区分，神经元可能参与几个网络的活动。例如，在社会行为网络中起作用的神经元也可能参与应激和焦虑行为的网络［2］。

说到神经调制，早在1979年Kupfermann有建议认为，神经调制与传统的神经传递不同，神经调制并不是简单地使一个电可兴奋的细胞发生兴奋或抑制，而是参与改变那个细胞的其他活动。迄今为止，许多关于AVP和OT调制效应的研究报告，仅提供外源性给予这些神经肽的结果。给予肽以后，常常导致“自发”神经元活动的强大变化，但这种所谓“自发”活动，典型地还是在规定的离体条件下产生的，例如改变了细胞外溶液的钙或钾浓度；而在活体上，那种条件是依赖于传统神经递质的。从严格意义上讲，这些研究可能不足以区分OT和VP的作用是传统的神经递质还是调质。看来，重要的是我们应当有这样一个概念，即神经肽典型地被认为是与其他经典的神经递质共同释放的，例如谷氨酸或GABA，而且仅在高频率刺激时才共同释放。可以肯定地说，最近用蓝光诱导以刺激内源性OT的释放，提示了谷氨酸的共同释放：而且同样的情景也可以应用于加压素（VP）。随着光遗传学方法的发展，可以专一地刺激含有OT和AVP的神经投射。这样可以提供一种极有价值、也可能是最关键的工具，来剖析这些神经肽在活体中准确的神经调制作用［2］。