应激调节中的糖皮质激素非基因组机制

六、应激调节中的糖皮质激素非基因组机制

生理应激被理解为一般适应综合征,可分为三个阶段:警觉反应、抵抗阶段和疲劳阶段。第一阶段以SAM系统儿茶酚胺类的释放突然增高为特征;第二阶段以肾上腺皮质激素释放(HPA轴)为特征;第三阶段肾上腺皮质激素持续升高,但糖皮质激素受体的数量和亲和力下降,机体内环境明显失衡,应激反应的负效应陆续出现。

应激发生时,首先作用于大脑,改变脑的内分泌功能,特别是SAM系统和HPA轴的激活。出现SAM系统儿茶酚胺类的分泌数秒内增加,约10秒之后,下丘脑释放CRH到垂体门脉系统,增强垂体ACTH的分泌等。其次出现类固醇激素的分泌,约在数分钟之内。

当机体遭受各种有害刺激时,会通过应激反应来维持内环境的稳定。糖皮质激素作为应激反应的枢纽,重要的应激性甾体激素,是机体非特异性抵抗力的重要组成部分,具有广泛而复杂的生理作用和药理作用。

应激主要由下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴和交感-肾上腺髓质系统(SAM)两大系统参与完成其神经内分泌反应。糖皮质激素对应激的这两大系统,均存在快速非基因组作用。

1.糖皮质激素对HPA轴的快速非基因组作用·HPA轴是机体感知内稳态失衡威胁时的反应部位,由下丘脑、垂体、肾上腺皮质组成,其功能结构是一个经典的神经内分泌环。各种有关应激的输入信息在脑的最后通路及下丘脑室旁核的中间小细胞性神经元聚集。这些神经元合成CRH。应激源刺激使CRH通过门脉血液释放到腺垂体,导致腺垂体释放ACTH,ACTH激活了肾上腺皮质细胞合成释放糖皮质激素,糖皮质激素为该轴的终末效应激素。

应激时糖皮质激素快速大量分泌是由HPA轴介导、下丘脑室旁核神经元驱动的,而升高的糖皮质激素反作用于HPA轴,抑制自身分泌,即糖皮质激素对HPA轴的负反馈调节。糖皮质激素快速作用的早期发现大都集中在对HPA轴的抑制方面,抑制主要发生在下丘脑和垂体水平。皮质酮可快速(3~10分钟)抑制ACTH释放,1947年,Sayers等发现糖皮质激素可快速抑制ACTH分泌。1967年,Ruf和Steiner报道,用微电泳方法向中脑和下丘脑室旁核区域给予地塞米松,经数秒就可引起中枢神经元放电频率的下降。当血浆糖皮质激素升高时,在5分钟内对垂体产生负反馈效应。1974年,在分离的下丘脑突触体上证明了糖皮质激素的直接膜作用。

糖皮质激素对HPA轴的负反馈调节非常复杂,还涉及室旁核、边缘系统、神经肽mRNA稳定性等多个环节,其中既有快速非基因组机制,也有经典基因组机制。近年发现糖皮质激素与室旁核的CRH神经元上mGCR结合引发胞内信号级联反应,动员内源性大麻素合成、释放,进而引起突触前抑制谷氨酸盐释放、降低小细胞性神经元活动。糖皮质激素的这种快速负反馈抑制ACTH和皮质酮释放可以被大麻素受体1(CB1)拮抗剂所阻断。

2.糖皮质激素对SAM系统的快速非基因组作用·局部微注射皮质酮入RVLM区,或全身给予类似应激分泌量的皮质酮,可使大鼠血压快速升高,髓质神经元的放电频率快速改变,且该作用可被RU486所阻断,但不能被放线菌素D阻断,提示皮质酮可能通过快速非基因组作用调节交感神经和心血管系统的功能,尤其是在应激皮质酮快速大量增加时。

糖皮质激素通过降低胞内Ca2+和(或)cAMP水平,可快速抑制肾上腺嗜铬细胞、脑、垂体的激素分泌和神经元放电频率,该作用由膜受体所偶联的PTX敏感性G蛋白介导,通过电压门控离子通道下调腺苷酸和Ca2+内流。地塞米松可在数秒内可逆性抑制豚鼠肾上腺髓质嗜铬细胞乙酰胆碱诱导的电流幅度。分离培养豚鼠肾上腺髓质嗜铬细胞,地塞米松5分钟内降低尼古丁诱导的儿茶酚胺的分泌和胞内游离钙的浓度。

3.糖皮质激素对行为的快速非基因组作用·生理、心理和行为反应是应激的主要反应,糖皮质激素非基因组作用在整体器官上最主要的表现体现在急性应激情况下的行为反应。早在19世纪20年代,美国哈佛大学生理学家Cannon就发现,动物在危险情况下会出现“战或逃”反应。给予啮齿类动物相当于应激水平浓度的皮质酮,可在15分钟内增加运动活性,该行为不受核受体、放线菌酮的影响。Moore和Miller发现,皮质酮可快速抑制两栖类动物雄性蝾螈的求偶行为,应激时体内升高的及体外注射的皮质酮均有此作用。进一步研究发现,皮质酮通过降低蝾螈脊髓髓质神经元对感觉的反应和兴奋性,作用在注射皮质酮后3~7.5分钟发生。皮质酮的这一作用是有选择性,只对引发拥抱的刺激有效应。

糖皮质激素对边缘系统的非基因组机制调节效应研究,发现大鼠攻击行为、对新奇事物反应的运动行为、听觉惊恐反应等均存在快速非基因组机制。糖皮质激素在7分钟内引起动物的进攻行为,且蛋白质合成抑制剂不影响该作用。推测糖皮质激素可能通过两步作用,首先是非基因组作用,以快速影响第二信使、糖、电流等;其次是基因组作用。如此,非基因组和基因组作用虽然效应不同,但功能却可汇集融合。