神經(jīng)病理性疼痛模型研究進展

神經(jīng)病理性疼痛模型研究進展

國際疼痛研究會（npp）將戲劇理性疼痛定義為由外部或中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接損傷和功能障礙引起的疼痛。它屬于一種慢性疼痛,疼痛表現(xiàn)為自發(fā)性疼痛(Spontaneouspain),痛覺過敏(Hyperalgesia),異常疼痛(Allodynia)和感覺異常等臨床特征,人群發(fā)生率超過1%。由于病因多種多樣,發(fā)病機制較為復(fù)雜,屬于難治性疾病。近年來,隨著神經(jīng)痛動物模型的建立和完善以及相關(guān)學科(生理學、分子生物學、藥理學、臨床治療學等)迅速發(fā)展,特別是分子生物學,基因治療學先進技術(shù)的發(fā)展,對該疾病發(fā)病機制的認識越來越深入,為今后研究開發(fā)新型安全有效的抗NPP鎮(zhèn)痛藥奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。目前,有關(guān)NPP發(fā)病機制的探索,新的藥物作用靶標以及新型的有效防治藥物的尋找,為目前重要的研究方向。本文針對NPP研究模型、發(fā)病機制和藥物治療依次闡述。1神經(jīng)損傷的臨床特征目前多采用神經(jīng)損傷的動物模型,包括外周神經(jīng)損傷和中樞神經(jīng)損傷模型。由于臨床上中樞與外周神經(jīng)損傷的致傷因素多樣,傷情傷類復(fù)雜,因此,實驗性中樞與外周神經(jīng)損傷的動物模型也只能從一定角度,一定側(cè)面,一定程度反應(yīng)其臨床的實際。各種動物模型疼痛發(fā)生機制不同,模擬的臨床癥狀也不一樣。理想的神經(jīng)損傷動物模型不僅要反映人類神經(jīng)源性損傷的癥狀和感覺變化,而且模型必須能夠引起可靠的行為學和功能性痛覺變化以反映相應(yīng)部位的持續(xù)性高痛敏或疼痛,并且能夠引起與疼痛行為和功能變化相關(guān)的神經(jīng)化學和神經(jīng)生理學變化。其中坐骨神經(jīng)慢性壓迫性損傷模型(Chronicconstrictioninjuryofthesciaticnerve,CCI),坐骨神經(jīng)部分結(jié)扎模型(Partialsciaticnerveligationmodel,PSL),L5/L6脊髓神經(jīng)結(jié)扎模型(L5/L6spinalnerveligationmodel,SNL)這3種動物模型為目前國際上常用的外周神經(jīng)性疼痛模型。1.1材料一:從“左、右”到“骨神經(jīng)”該模型多用于模擬腫瘤壓迫,重金屬離子中毒,缺氧或代謝異常等誘發(fā)的神經(jīng)病理性慢性痛的研究以及用于模擬臨床慢性神經(jīng)壓迫性損傷,如卡壓性神經(jīng)病變和椎間盤突出導致的神經(jīng)根刺激癥狀。操作方法:沿坐骨神經(jīng)切跡作一切口,充分暴露出大鼠坐骨神經(jīng)干,用4-0鉻制羊腸線在大鼠股骨中部水平松弛結(jié)扎坐骨神經(jīng)(左側(cè)或者右側(cè)),結(jié)扎強度以引起小腿肌肉輕度顫動反應(yīng)為宜。術(shù)后第五~七天開始出現(xiàn)痛反應(yīng),10~14d達高峰,持續(xù)2個月后痛反應(yīng)消失。用該方法復(fù)制出的大鼠疼痛模型表現(xiàn)為自發(fā)痛(自發(fā)抬起損傷肢體,時而舔足、咬足或甩足、避免損傷側(cè)的負重)、輕度或中度的自殘現(xiàn)象。動物損傷足對熱輻射爪退縮閾值明顯下降,提示有熱痛敏;用vonfrey(0.4~2.0g)和冷刺激(0~4℃)檢測,損傷足對機械和冷刺激反應(yīng)次數(shù)顯著增多,提示有機械痛敏、異常痛敏和冷痛敏。該手術(shù)操作較簡單,創(chuàng)傷小,并發(fā)癥少,動物存活率高,模型制作成功率高。通過輕度結(jié)扎坐骨神經(jīng),使粗的有髓鞘神經(jīng)纖維選擇性損傷,而保留大部分傳遞疼痛的無髓鞘C類纖維。該模型有其缺點:由于鉻腸線結(jié)扎的松緊度完全取決于實驗操作,可影響疼痛產(chǎn)生的強弱,甚至會導致該側(cè)后肢癱瘓,所以該模型產(chǎn)生疼痛的反應(yīng)具有較大的變異性。CCI模型不僅在機械痛而且在熱痛上其敏感性均增加,說明它具有神經(jīng)病理性疼痛和炎性疼痛雙重成分。1.2坐骨神經(jīng)的熱痛行為這是一種與CCI模型相似的神經(jīng)病理痛模型。麻醉及無菌操作下,在股段高位暴露大鼠坐骨神經(jīng),將一條8-0號硅化絲線縫入神經(jīng)干內(nèi),使神經(jīng)的背側(cè)1/3~1/2被收在線套內(nèi),然后扎緊線套。PSL的不同之處在于疼痛相關(guān)行為出現(xiàn)比較早,該模型也有抬足、舔足等自發(fā)痛行為表現(xiàn),但無自噬傷肢行為,動物損傷肢體有對輻射熱刺激和CO2激光照射敏感的熱痛敏、對vonfrey纖維刺激敏感的異常機械痛敏。由于這一水平支配外周區(qū)域的神經(jīng)纖維在坐骨神經(jīng)中是隨機分布的,不會造成特定區(qū)域的感覺喪失,且損傷纖維之定量也無法確知。因此,難以確定哪段脊髓節(jié)段損傷最為嚴重,其重復(fù)性和定量分析較差。該模型模擬外周神經(jīng)損傷后的燒灼痛,多用于同節(jié)段內(nèi)的損傷神經(jīng)元及正常神經(jīng)元之間活動的相互影響的研究。1.3術(shù)后大鼠骨髓炎反應(yīng)模型1992年,Chung等人成功制作的一種在脊髓水平切斷神經(jīng)傳導的模型。該模型結(jié)扎部位和結(jié)扎強度變異小,動物個體差異僅來自于動物的生物學變異,盡可能的排除了實驗誤差;脊髓損傷和非損傷節(jié)段完全分開,有利于對比研究損傷和非損傷脊髓節(jié)段的初級傳入是否或如何參與疼痛的誘導和維持機制。具體操作方法如下:在大鼠L4~S1水平切取一側(cè)椎旁肌肉,切除L6脊椎橫突,分離L4~L6脊神經(jīng),用6-0醫(yī)用絲線分別緊緊結(jié)扎L5和L6脊神經(jīng),或僅結(jié)扎L5脊神經(jīng)。術(shù)后動物出現(xiàn)步態(tài)異常,但手術(shù)側(cè)后肢除了輕度外翻、足趾緊收外,無其他畸形改變。機械痛敏和異常痛敏出現(xiàn)于手術(shù)后12~20h,持續(xù)10周左右;熱痛敏也可在手術(shù)后1d出現(xiàn),手術(shù)后3d最顯著,而后持續(xù)5周左右恢復(fù)術(shù)前水平,持續(xù)時間長達4個月。該模型常用于模擬神經(jīng)叢和背根的損傷。制備SNL模型時,手術(shù)操作復(fù)雜,損傷大,易感染,不利于大量制備疼痛模型。1.4腓腸神經(jīng)的機械異常痛敏Decosterd和Woolf等人建立的模型,于大鼠后肢上緣切開皮膚,分離肌肉,暴露坐骨神經(jīng)主干及分支—脛神經(jīng)、腓總神經(jīng)和腓腸神經(jīng),結(jié)扎并剪斷脛神經(jīng)和腓總神經(jīng),保留細小的腓腸神經(jīng),應(yīng)避免任何損傷。術(shù)后24h后肢足底和足背外側(cè)緣腓腸神經(jīng)的支配野出現(xiàn)顯著的機械異常痛敏,14d達高峰,持續(xù)7~8月;此外后肢足底內(nèi)側(cè)緣隱神經(jīng)支配野也出現(xiàn)機械異常痛敏,但較腓腸神經(jīng)支配野弱;腓腸神經(jīng)支配野熱痛閾無變化,但是熱刺激引起抬足的維持時間延長;在機械痛效果方面,SNI產(chǎn)生疼痛過敏和異常的時間最早,僅對機械刺激敏感,是一種較理想的疼痛模型。該模型造成的神經(jīng)損傷程度固定,模型穩(wěn)定,產(chǎn)生的神經(jīng)病理性痛行為學表現(xiàn)持久,長達7個月,可模擬臨床神經(jīng)病理性痛的多個特點。1.5神經(jīng)瘤的生成用結(jié)扎、切斷、冷凍或者電切坐骨神經(jīng),然后將斷端的神經(jīng)干用聚乙烯管套住,保留的斷端在9到40天會生成神經(jīng)瘤。多用于研究臨床上截肢引起的疼痛。術(shù)后動物表現(xiàn)自殘行為,對動物自噬傷殘肢體現(xiàn)象是由于痛敏或異常痛敏,還是因為局部失去知覺而被當作異物咬掉,一直存在爭議。1.6神經(jīng)生物學模型糖尿病神經(jīng)源性疼痛模型(diabeticneuropathicpainmodel,DNP)和帶狀皰疹神經(jīng)性疼痛模型(postherapeuticneuralgiamodel,PHN)是兩種常見的由疾病引起的外周神經(jīng)源性疼痛模型。如通過注射細胞毒藥物如四氧嘧啶或鏈脲佐菌素建立的糖尿病神經(jīng)病理性模型;感染大鼠單純帶狀皰疹病毒開發(fā)出了急性皰疹和帶狀皰疹神經(jīng)痛模型的毒性神經(jīng)病變。除了結(jié)扎,橫切,炎性物質(zhì)損傷神經(jīng)之外,還有采用低溫損傷建立起來的模型(SCN),該模型潛在的優(yōu)勢在于神經(jīng)干的損傷是可逆的,還有修復(fù)的可能,因此該模型適用于研究暫時性外周神經(jīng)損傷引起的神經(jīng)源性疼痛的影響及損傷后修復(fù)過程。除了動物模型之外還有細胞模型,實驗證明細胞模型是有效的,它可以模擬體內(nèi)疼痛信號在細胞與細胞之間的傳遞。常用的有原代感覺神經(jīng)元的,永久性感覺神經(jīng)元的培養(yǎng)。以上模型從不同的角度說明神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機制,它們的復(fù)雜性與臨床上疼痛癥狀的多樣性一致。每種模型都有其適用與局限的地方,研究者需要根據(jù)自己的要求選擇合適的模型。2其他特殊受體的作用神經(jīng)病理性疼痛病因具有多樣性、復(fù)雜性,從實驗動物模型解剖學,生物化學,分子生物學,臨床病人的病理表現(xiàn)及用藥的有效結(jié)果等方面研究,總結(jié)如下:2.1電生理基礎(chǔ)許多實驗證明,損傷部位神經(jīng)傳入纖維異位電流釋放增加。這種現(xiàn)象可能與神經(jīng)元細胞膜上鈉離子通道重分布、數(shù)量和功能的改變有關(guān)。臨床實踐證明,應(yīng)用鈉離子通道阻滯劑如:抗痙攣劑、局部麻醉劑、抗心律不齊等都能緩解神經(jīng)病理性痛。除此之外,外周神經(jīng)損傷后鈣通道表達的改變在NPP形成中起重要作用,缺乏N型電壓敏感性鈣通道的小鼠,神經(jīng)痛的程度受到抑制。2.2解剖學基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn),神經(jīng)性病理性疼痛的大鼠模型表現(xiàn)出背根神經(jīng)節(jié)交感神經(jīng)異常芽生,電鏡發(fā)現(xiàn)神經(jīng)受傷部位交感神經(jīng)纖維增多。交感軸突長芽,并且外周神經(jīng)損傷能誘發(fā)被損傷的傳入纖維的胞體、雪旺氏細胞和成纖維細胞釋放神經(jīng)生長因子和白細胞抑制因子。交感神經(jīng)纖維的增生引起脊神經(jīng)感覺神經(jīng)元對機械,冷熱刺激的敏感性增強。同時發(fā)現(xiàn),初級傳入有髓低閾Aβ神經(jīng)纖維占據(jù)了高閾值C纖維的位置,并且與原來的C纖維形成新的突觸,激活了原本對C纖維無反應(yīng)的神經(jīng)元。這是Aβ神經(jīng)纖維參與神經(jīng)性疼痛的解剖基礎(chǔ)。2.3分子神經(jīng)生物學機制2.3.1NMDA受體的作用:大量研究表明,突觸后神經(jīng)元內(nèi)Ca2+濃度升高是誘導長時程增強效應(yīng)(LTP)所必需的。應(yīng)用NMDA受體非競爭性拮抗劑MK2801等可以阻斷病理性痛覺過敏的產(chǎn)生,減輕自發(fā)性疼痛和痛覺超敏。中樞敏化中NMDA受體和蛋白激酶C在維持中樞敏化中發(fā)揮重要作用。2.3.2P2X受體的作用:ATP不僅是一種貯能、供能物質(zhì),還是一種重要的神經(jīng)調(diào)質(zhì)。ATP門控的離子通道受體(P2X受體)廣泛分布于傷害性信息傳遞有關(guān)的外周或中樞神經(jīng)細胞中,它們與傷害性刺激的感受及傳遞關(guān)系密切。外周神經(jīng)損傷可以調(diào)節(jié)P2X受體的表達,其變化程度取決于損傷的類型。有研究發(fā)現(xiàn),坐骨神經(jīng)切斷后L4~L5DRG的P2X3受體水平下調(diào),而外周神經(jīng)損傷后脊髓小膠質(zhì)細胞P2X4受體表達水平上調(diào),預(yù)示外周神經(jīng)損傷后P2X4活化對異常痛敏的產(chǎn)生是必要的。神經(jīng)病理性模型,交感軸突長芽與背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元接觸,交感末梢釋放的ATP可激活背根神經(jīng)節(jié)P2X3受體。P2X受體阻滯劑蘇拉明可以減輕坐骨神經(jīng)結(jié)扎大鼠的觸誘發(fā)痛,預(yù)先給予P2X3通道的反義核苷酸治療也可以阻止機械痛敏的發(fā)生,而腎上腺素能受體阻滯劑酚妥拉明無此作用。2.3.3炎性介質(zhì)的作用:外周神經(jīng)損傷與神經(jīng)干局部炎癥密切相關(guān),并且這些炎癥介質(zhì)可以敏化軸突損傷的神經(jīng)纖維,因此炎癥介質(zhì)在NPP的形成和維持中非常重要。外周組織損傷引起速激肽釋放,與炎癥性痛敏密切相關(guān)。組織損傷后PGE2和PGI2迅速產(chǎn)生是炎癥性疼痛的重要促使因素。NPP動物給予環(huán)化酶抑制劑治療后,可以緩解溫度和機械性痛敏,小鼠足底注射PGI2激動劑可引起痛敏反應(yīng)。炎癥介質(zhì)通過活化細胞內(nèi)蛋白激酶,進而調(diào)控細胞膜表面不同離子通道的活性。神經(jīng)損傷后,P物質(zhì)(SubstanceP,SP)大量釋放,作用于脊髓背角的NK1受體,激活磷酯C(PLC),PLC能使細胞內(nèi)的三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)的濃度增加。IP3能夠動員內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的Ca2+,使細胞內(nèi)游離的度增加;DG則與Ca2+一起激活PKC,使NMDA受體磷酸化,提高NMDA受體的功能,對誘導脊髓背角敏感化有重要作用。2.3.4中樞抑制系統(tǒng)削弱:在正常情況下,抑制性中間神經(jīng)元可抑制C纖維中樞端釋放神經(jīng)遞質(zhì)和脊髓背角神經(jīng)元的興奮性,起著抑制傷害性信息傳遞的作用。形態(tài)學研究發(fā)現(xiàn),神經(jīng)損傷可引起形態(tài)的改變。研究還發(fā)現(xiàn),神經(jīng)損傷后,脊髓背角I板層和II板層抑制性中間神經(jīng)元出現(xiàn)了跨突觸的興奮毒性改變,出現(xiàn)了所謂的“暗神經(jīng)元”(darkneurons),說明神經(jīng)損傷可以引起中樞抑制性中間神經(jīng)元的死亡。此外,如前所述,在神經(jīng)損傷后,蛋白激酶系統(tǒng)被激活,引起GABA受體的磷酸化,也可導致中樞抑制性中間神經(jīng)元對傷害性信息傳遞的抑制作用減弱,從而產(chǎn)生痛覺過敏。鞘內(nèi)注射GABA受體激動劑,可拮抗外周神經(jīng)損傷所引發(fā)的痛覺過敏。進一步證明,中樞抑制性中間神經(jīng)元功能下降是引起神經(jīng)病理性疼痛的重要因素。2.3.5高位中樞敏感化:外周神經(jīng)損傷不僅引起脊髓部位突觸連接發(fā)生變化,也引起脊髓以上的高位中樞的功能發(fā)生改變。研究表明,脊髓以上的丘腦、大腦皮質(zhì)軀體感覺區(qū)及中腦灰質(zhì)的神經(jīng)元參與痛覺過敏,而神經(jīng)損傷后,下行易化調(diào)制系統(tǒng)功能的改變則可能參與脊髓敏化的維持。延髓頭端腹內(nèi)側(cè)區(qū)是下行易化系統(tǒng)的上位中樞,該部位的神經(jīng)緊張素可能在激活下行易化系統(tǒng)過程中發(fā)揮重要作用;外周神經(jīng)損傷后,從延髓頭端腹內(nèi)側(cè)區(qū)的下行易化系統(tǒng)對脊髓背角神經(jīng)元的作用增強。對于NPP的脊髓上高位中樞的確切作用機制,仍需要進一步研究,為尋求藥物作用靶點提供依據(jù)。3藥物治療3.1酸受體阻滯作用抗抑郁藥的作用機理是:①阻止5-HT和NE的再攝取;②鈉離子通道阻滯作用;③天門冬氨酸(NMDA)受體阻滯作用。包括三環(huán)類和非三環(huán)類的抗抑郁藥。鎮(zhèn)痛劑量比抗抑郁劑量低,并且起效更快。如三環(huán)類阿米替林每日鎮(zhèn)痛劑量平均為75mg,低于其抗抑郁劑量(150~300mg),鎮(zhèn)痛作用在服藥后1~7天起效,而抗抑郁作用通常需2周。3.2減弱不良刺激,抑制痛覺抗癲癇藥物可以針對疼痛發(fā)生機制中的多個環(huán)節(jié),如阻滯Na2+和Ca2+通道,提高GABA水平或抑制GABA降解,抑制緩激肽釋放,阻止動作電位形成,減弱不良刺激向心傳導,抑制異位放電,提高痛覺閾值等發(fā)揮作用,從而減少疼痛的產(chǎn)生和(或)抑制痛覺形成。第二代抗癲癇藥加巴噴丁,是目前推薦神經(jīng)性疼痛首選治療藥物中唯一的抗癲癇藥物。加巴噴丁治療神經(jīng)性疼痛的臨床研究報道較多,治療對象大多為糖尿病性神經(jīng)痛和帶狀皰疹后疼痛。加巴噴丁結(jié)構(gòu)與GABA類似,能調(diào)節(jié)GABA受體的活性及GABA的釋放;并具有抑制電壓依賴型Ca2+通道,抑制興奮性氨基酸釋放,減少大腦去甲腎上腺素的釋放等作用,從而抑制神經(jīng)性疼痛。3.3藥片類及安全性阿片類鎮(zhèn)痛藥用于治療慢性疼痛還存在爭議,但近年來研究發(fā)現(xiàn),在一部分慢性疼痛患者中長期使用阿片類的鎮(zhèn)痛藥不但有效,而且安全。所有服用鴉片類鎮(zhèn)痛藥的患者都會產(chǎn)生藥物依賴(當突然停藥或迅速減藥時出現(xiàn)撤藥癥狀),必須提醒患者不能突然停止治療。新型的鎮(zhèn)痛藥,如緩控釋劑型芬太尼透皮吸收劑,羥可酮控釋片,大大減小了阿片藥的副作用,廣泛用于慢性疼痛