痛覺敏化的分子生物學研究進展

痛覺敏化的分子生物學研究進展

疼痛是指在組織或神經(jīng)損傷后，在一定閾值下，疼痛刺激的強度在損傷部位或損傷以外的部位，包括外部敏感點和中間敏化，在病理疼痛的形成過程中發(fā)揮重要作用。痛覺敏化的形成與神經(jīng)膠質(zhì)細胞密切相關(guān),涉及多種細胞因子、遞質(zhì)、受體、離子通道和核內(nèi)第三信使的表達。以下就近幾年痛覺敏化的分子生物學研究進展作一綜述。1痛覺敏化的發(fā)生途徑神經(jīng)膠質(zhì)細胞分為星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞。傳統(tǒng)的理論認為,神經(jīng)膠質(zhì)細胞與疼痛調(diào)制無關(guān)。近來的研究發(fā)現(xiàn),神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化后可通過下列途徑參與痛覺敏化的產(chǎn)生及調(diào)制。①分泌炎性因子和(或)趨化因子:如白細胞介素(IL)、前列腺素(PG)等作用于脊髓背角的痛覺傳遞神經(jīng)元,使其處于超敏化狀態(tài)。②影響谷氨酸的代謝:谷氨酸的代謝主要依靠星形膠質(zhì)細胞膜上的谷氨酸轉(zhuǎn)運體來進行,病理情況下中樞局部谷氨酸堆積而導致持續(xù)神經(jīng)損傷和疼痛。2髓背角-tnf-2.1IL-1β研究結(jié)果表明,IL-1β可通過直接作用于傷害感受器或誘導其他傷害性分子的釋放促進炎性反應,參與外周敏化。IL-1β還可通過磷酸化N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體參與脊髓水平的傷害信息的傳遞和加工,或通過環(huán)氧合酶(COX)-2/PGE2通路使脊髓中傷害感受過程易化,促進炎性反應,參與中樞敏化。2.2PGE2PG是重要的致炎、致痛介質(zhì),能產(chǎn)生廣泛而持久的致痛作用,與痛覺敏化有關(guān)。研究結(jié)果表明,PGE2水平的升高與術(shù)后疼痛程度相關(guān),術(shù)前或術(shù)后的有效鎮(zhèn)痛可降低PGE2水平。2.3COX以往的研究認為,在非甾體類藥物止痛中起重要作用的是COX-2。對基因敲除小鼠的研究表明,在疼痛中發(fā)揮作用的COX是COX-1,而非COX-2;在組織損傷和神經(jīng)損傷疼痛模型中,脊髓背角COX-1表達增加,鞘內(nèi)給予COX-1抑制劑可劑量依賴性地減輕動物的機械痛敏。2.4腫瘤壞死因子(TNF)-α在神經(jīng)膠質(zhì)細胞中,TNF-α綁定在細胞外基質(zhì)間形成1個TNF-α庫,當機體受到損傷時,TNF-α就從庫中釋放出來。研究發(fā)現(xiàn),鞘內(nèi)注射TNF-α后可增強脊髓背角神經(jīng)元的反應,出現(xiàn)類似“發(fā)條上調(diào)”和后放電等現(xiàn)象。Savegnago等報道,鞘內(nèi)注射TNF-α后,小鼠出現(xiàn)傷害性行為,表明TNF-α可提高神經(jīng)元的興奮性并產(chǎn)生痛覺過敏現(xiàn)象。2.5核因子(NF)-κBNF-κB是位于神經(jīng)元及膠質(zhì)細胞上的一種核轉(zhuǎn)錄因子,參與炎性痛基因的調(diào)控,其能快速接受外界傷害性信息并活化,活化的NF-κB可由軸突逆行運輸進入細胞核,將突觸信號傳至細胞核內(nèi),并與靶基因結(jié)合,調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄,參與痛覺敏化。2.6神經(jīng)生長因子(NGF)NGF主要分布于脊髓背角淺層Ⅰ和Ⅱ?qū)映跫壐杏X神經(jīng)元中樞末梢,其在脊髓水平傷害感受的調(diào)制中發(fā)揮重要作用。外源性NGF能在短時間內(nèi)引起速發(fā)相熱痛過敏,其機制可能涉及易化外周傷害性感受器及使背角痛敏神經(jīng)元緊張性易化。2.7丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)MDA水平反映體內(nèi)氧自由基的生成水平,SOD則是體內(nèi)重要的抗氧化酶,可清除過多的脂質(zhì)過氧化物,使機體免受損傷。近來有研究提示,神經(jīng)病理性疼痛患者和動物模型脊髓背角膠質(zhì)細胞活化釋放大量細胞因子和補體,這些物質(zhì)作用于靶細胞,可使MDA合成增多,進而消耗SOD,加重脊髓背角神經(jīng)元損害引起痛覺敏化。因此,維護氧化/抗氧化平衡,能使痛覺過敏得以改善。2.8一氧化氮(NO)NO是一種非經(jīng)典的信使分子,參與外周及中樞神經(jīng)系統(tǒng)痛覺信息傳遞和調(diào)制過程,能誘導背根神經(jīng)節(jié)(DRG)神經(jīng)元的持續(xù)性放電,還能通過刺激鄰近細胞增加神經(jīng)肽和興奮性氨基酸的釋放來促進感覺神經(jīng)元的敏感化。3傳遞物質(zhì)和受體3.1nmda在髓內(nèi)引導神經(jīng)元執(zhí)法中的作用谷氨酸是神經(jīng)系統(tǒng)中最重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。傷害性刺激引起傳入神經(jīng)末梢釋放谷氨酸,谷氨酸與受體結(jié)合可促進離子通道開放、相關(guān)蛋白激酶激活、傳遞傷害性信息介質(zhì)的生成和有關(guān)基因的表達等細胞內(nèi)級聯(lián)反應和信號轉(zhuǎn)導,最終導致脊髓背角神經(jīng)元中樞敏化的發(fā)生和維持。谷氨酸受體可分為離子型受體和代謝型受體兩類,前者主要包括NMDA、α-氨基-3-羥基-5-甲基異惡唑-4-丙酸(AMPA)和海人藻酸(KA)受體等。NMDA在中樞敏化中的重要作用在于:其激活常發(fā)生于反復刺激C-纖維所致的“上發(fā)條”現(xiàn)象中;競爭性或非競爭性NMDA拮抗劑均可抑制中樞敏化。近年來研究顯示,AMPA、KA受體在術(shù)后痛覺敏化中發(fā)揮主要作用,且不依賴于NMDA受體。3.2abab受體參與因素治療γ-GABA是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì),其主要作用受體GABAa和GABAb受體可通過參與突觸傳遞增強和突觸傳遞抑制影響突觸可塑性,參與痛覺敏化調(diào)制。在脊髓局部應用GABAa受體激動劑muscimol后,可抑制由高頻率強直性刺激引起的傳入纖維興奮所誘發(fā)的脊髓背角場電位的長時程增強,從而抑制神經(jīng)性疼痛的進展。3.35異常神經(jīng)元的表現(xiàn)5-HT激活5-HT3受體,增加鈉的通透性,直接興奮感覺神經(jīng)元;此外,5-HT還可通過G蛋白與5-HT1和5-HT2受體結(jié)合,使K+通透性下降和膜去極化,從而使傷害感受器敏感化,降低其對熱和壓力刺激的感受閾值。3.4sp作用機理SP在痛覺敏化的發(fā)生和維持中起重要作用。神經(jīng)沖動引起離子通道開放,外鈣內(nèi)流,促進囊泡釋放SP后,SP作用于神經(jīng)激肽-1受體,激活磷脂酶C(PLC),PLC水解生成磷酯酰肌醇二磷酸而后生成肌醇三磷酸和脫氧鳥苷,進而激活蛋白激酶C(PKC)參與痛覺敏化的調(diào)制。研究結(jié)果表明,SP所致的痛覺過敏依賴于PKC的激活,PKC激活后反過來又可引起脊髓水平SP釋放增加,促進痛覺敏化。3.5p2px3、p2px7對痛覺異常的調(diào)制嘌呤能受體分為P1受體和P2受體,后者包括P2X和P2Y兩類,P2X含P2X1~P2X7共7種亞型,目前認為P2X3、P2X4和P2X7參與痛覺敏化和痛覺異常的調(diào)制。3.5.1da受體結(jié)合P2X3受體可引發(fā)谷氨酸的釋放,使谷氨酸與NMDA受體和非NMDA受體結(jié)合,導致突觸前和突觸后神經(jīng)元的興奮性增加,從而引起中樞敏化。此外,PGE2、NGF、SP和谷氨酸等均可增強P2X3受體激動劑激發(fā)的內(nèi)向電流,對P2X3受體的功能起急性上調(diào)作用。3.5.2胞內(nèi)pa+和ca2+P2X4是神經(jīng)損傷后出現(xiàn)痛覺敏化所必需的。外周神經(jīng)損傷后,ATP激活P2X4受體,引起細胞內(nèi)Na+和Ca2+增加,從而活化p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK),使小膠質(zhì)細胞釋放具有擴散性的生物活性因子如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF),BDNF通過下調(diào)氯協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白2(KCC2)而影響神經(jīng)元上GABA和(或)甘氨酸等的功能,引起神經(jīng)病理性疼痛。3.5.3mapps激活P2X7受體是中樞神經(jīng)受損時小膠質(zhì)細胞釋放TNF-α和IL-1β等因子的重要受體。中樞損傷時,P2X7受體通過激活MAPKs引起TNF-αmRNA表達增強。此外,ATP可引起脂多糖(LPS)預處理的小膠質(zhì)細胞釋放IL-1β參與神經(jīng)病理性疼痛,而P2X7受體在其中起關(guān)鍵作用。3.6新斯的明膽堿能藥物與脊髓背角的毒蕈堿受體結(jié)合,可產(chǎn)生明顯的抗傷害作用。新斯的明是一種膽堿酯酶抑制劑,研究證實鞘內(nèi)注射新斯的明可產(chǎn)生劑量依賴性的抗傷害作用,可能與毒蕈堿樣M受體興奮和乙酰膽堿釋放增加有關(guān),此作用可被膽堿能藥所逆轉(zhuǎn)。3.7對灰質(zhì)pag的抑制劑內(nèi)源性大麻素受體主要分為大麻素受體-1(CB1受體)和大麻素受體-2(CB2受體)。在大鼠導水管周圍灰質(zhì)(PAG)中,大麻素類藥物可通過CB1受體抑制突觸前GABA和谷氨酸的轉(zhuǎn)運。此外,CB1受體還與Ca2+依賴型通道相耦聯(lián),影響突觸前神經(jīng)遞質(zhì)釋放,從而參與痛覺敏化。CB2受體激活后通過調(diào)控內(nèi)源性阿片肽和炎性細胞因子生成,來調(diào)控炎性痛病灶局部組織中致痛物質(zhì)與鎮(zhèn)痛物質(zhì)之間的平衡,從而在外周水平發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。3.8tlr4通過誘導炎性因子參與疼痛調(diào)制TLR4是細菌LPS細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導的重要通路,其下游的炎性因子有TNF-α、IL-1β等,故TLR4可能通過誘導炎性因子參與疼痛調(diào)制。研究結(jié)果表明,神經(jīng)病變的小鼠小膠質(zhì)細胞上的TLR4可能誘導痛覺過敏的發(fā)生。鞘內(nèi)注射TLR4-小干擾RNA(siRNA)可通過干擾大鼠脊髓TLR4基因表達來抑制其信號通路下游炎性因子的水平,從而緩解神經(jīng)病理性疼痛。3.9對心血管系統(tǒng)的影響B(tài)K作用于磷脂酶,促進炎性介質(zhì)花生四烯酸釋放和PGE2的生成,在痛覺敏化的產(chǎn)生和維持中發(fā)揮重要作用。BK有B1和B2兩種受體,兩者區(qū)別明顯。B2受體可直接使疼痛感受器興奮和敏感化。因此,目前認為B2受體拮抗劑可能具有止痛作用,但其可能對心血管系統(tǒng)有一定影響,應做進一步評估。B1和B2受體有些作用是重疊的,尤其是其促炎性作用。B1/B2受體混合拮抗劑可能是將來發(fā)展的一個目標。4遠離心臟4.1細胞活力因子目前已明確的電壓門控Nav包括9種亞型(Nav1.1~Nav1.9),其中Nav1.3、Nav1.7、Nav1.8和Nav1.9可通過影響細胞動作電位的產(chǎn)生,進而影響鈉電流和細胞興奮性,從而參與痛覺調(diào)制。4.2kv電流減少、細胞超單一Kv是神經(jīng)元放電的主要調(diào)節(jié)者。DRG損傷后使Kv電流減少、細胞超興奮和痛覺過敏。目前認為,Kv1.1、Kv1.2、Kv2.1、Kv4.2和Kv4.3等參與痛覺敏化的調(diào)控。4.3t型鈣通道抑制劑電壓依賴型鈣通道可分為N、T、L、P/Q和R等亞型。其中N型鈣通道主要分布于神經(jīng)元突觸末梢,可通過促進神經(jīng)遞質(zhì)如谷氨酸和SP的釋放參與痛覺敏化。抑制DRG神經(jīng)元內(nèi)的T型鈣通道可減輕疼痛,而敲除中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的T型鈣通道則可促進疼痛。此外,L型和P型鈣通道可參與熱痛覺過敏的調(diào)制。4.4asic1a、asic1b、asic2b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asic3b、asicASICs是一類由質(zhì)子激活的陽離子通道,編碼6種亞基蛋白,即ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3和ASIC4。敲除ASIC3小鼠對傷害性刺激的痛覺明顯降低,ASIC1a參與形成炎性痛的超敏反應。5環(huán)磷酸腺苷抑制劑類化合物paps5.1PKCPKC作為第二信使,在傷害性刺激的中樞傳導中起至關(guān)重要的作用。PKC可通過以下機制參與痛覺調(diào)制。①傷害性疼痛刺激使細胞內(nèi)Ca2+水平升高,激活PKC,PKC可使NMDA受體磷酸化;細胞內(nèi)Ca2+水平升高反過來又可促進PKC的活化和轉(zhuǎn)位。②PKC可通過延長Ca2+依賴性鉀電流的滅活,縮短Na+電流的滅活來增強背角神經(jīng)元的興奮性。③PKC可使GABA受體磷酸化,抑制GABA受體介導的Cl-電流,從而降低抑制性中間神經(jīng)元的傳遞作用,使神經(jīng)元致敏化和痛覺感受增強。④PKC可使代謝型谷氨酸受體(mGluR)磷酸化,影響mGluRS介導的突觸可塑性和神經(jīng)元的興奮性。⑤PKC能增加脊髓背角谷氨酸、SP和降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)的釋放,從而增強痛覺過敏。⑥PKC的轉(zhuǎn)位和激活亦可引起包括NO合酶在內(nèi)的不同鈣結(jié)合蛋白磷酸化,增加Ca2+內(nèi)流,提高神經(jīng)元的興奮性。5.2MAPKsMAPKs被激活后通過轉(zhuǎn)錄和非轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)誘導和維持各種痛敏反應。迄今為止,發(fā)現(xiàn)哺乳動物的體內(nèi)存在4條MAPKs通路,即細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2通路、應激激活蛋白激酶/c-jun氨基末端激酶(SAPK/JNK)通路、p38MAPK通路及ERK5通路。5.2.1ERKERK是一個與傷害性刺激相關(guān)的特異性指標,其信號轉(zhuǎn)導通路(Ras→Raf→MEK1/2→ERK1/2)是經(jīng)典的MAPK信號轉(zhuǎn)導通路?；罨腅RK可使細胞質(zhì)內(nèi)多種靶蛋白磷酸化,從而改變脊髓后角神經(jīng)元突觸可塑性,調(diào)控中樞敏化。此外,ERK也轉(zhuǎn)移至核內(nèi)以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性,如通過調(diào)節(jié)c-fos、前啡肽原和COX-2等的表達來調(diào)控中樞敏化。5.2.2p38MAPKp38MAPK是細胞信息傳遞的交匯點和共同通路,其參與脊髓星形膠質(zhì)細胞活化和部分炎性致痛因子如TNF-α、NO的分泌,在中樞敏化的形成和發(fā)展中具有重要作用。自細胞外刺激作用于細胞起,至細胞出現(xiàn)相應的生物學效應,其激活機制是通過磷酸化三級酶促級聯(lián)反應依次激活。5.3CGRPCGRP可增強外周感受器的敏感性,促進脊髓背角的其他疼痛遞質(zhì)如SP和谷氨酸的釋放,在痛覺敏化中起重要作用。阻斷脊髓