痛覺敏化的分子生物學(xué)研究進(jìn)展

痛覺敏化的分子生物學(xué)研究進(jìn)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(qiáng)度在損傷部位或損傷以外的部位，包括外部敏感點(diǎn)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(xì)胞密切相關(guān),涉及多種細(xì)胞因子、遞質(zhì)、受體、離子通道和核內(nèi)第三信使的表達(dá)。以下就近幾年痛覺敏化的分子生物學(xué)研究進(jìn)展作一綜述。1痛覺敏化的發(fā)生途徑神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分為星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。傳統(tǒng)的理論認(rèn)為,神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞膜上的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體來進(jìn)行,病理情況下中樞局部谷氨酸堆積而導(dǎo)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(dǎo)其他傷害性分子的釋放促進(jìn)炎性反應(yīng),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(jìn)炎性反應(yīng),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(rèn)為,在非甾體類藥物止痛中起重要作用的是COX-2。對(duì)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(dá)增加,鞘內(nèi)給予COX-1抑制劑可劑量依賴性地減輕動(dòng)物的機(jī)械痛敏。2.4腫瘤壞死因子(TNF)-α在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中,TNF-α綁定在細(xì)胞外基質(zhì)間形成1個(gè)TNF-α庫(kù),當(dāng)機(jī)體受到損傷時(shí),TNF-α就從庫(kù)中釋放出來。研究發(fā)現(xiàn),鞘內(nèi)注射TNF-α后可增強(qiáng)脊髓背角神經(jīng)元的反應(yīng),出現(xiàn)類似“發(fā)條上調(diào)”和后放電等現(xiàn)象。Savegnago等報(bào)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(xì)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(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞核,將突觸信號(hào)傳至細(xì)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(zhǎng)因子(NGF)NGF主要分布于脊髓背角淺層Ⅰ和Ⅱ?qū)映跫?jí)感覺神經(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(shí)間內(nèi)引起速發(fā)相熱痛過敏,其機(jī)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(jī)體免受損傷。近來有研究提示,神經(jīng)病理性疼痛患者和動(dòng)物模型脊髓背角膠質(zhì)細(xì)胞活化釋放大量細(xì)胞因子和補(bǔ)體,這些物質(zhì)作用于靶細(xì)胞,可使MDA合成增多,進(jìn)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(hù)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(dǎo)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(xì)胞增加神經(jīng)肽和興奮性氨基酸的釋放來促進(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(dá)等細(xì)胞內(nèi)級(jí)聯(lián)反應(yīng)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),最終導(dǎo)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(fù)刺激C-纖維所致的“上發(fā)條”現(xiàn)象中;競(jìng)爭(zhēng)性或非競(jìng)爭(zhēng)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(qiáng)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(yīng)用GABAa受體激動(dòng)劑muscimol后,可抑制由高頻率強(qiáng)直性刺激引起的傳入纖維興奮所誘發(fā)的脊髓背角場(chǎng)電位的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng),從而抑制神經(jīng)性疼痛的進(jìn)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(duì)熱和壓力刺激的感受閾值。3.4sp作用機(jī)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(dòng)引起離子通道開放,外鈣內(nèi)流,促進(jìn)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(jìn)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(jìn)痛覺敏化。3.5p2px3、p2px7對(duì)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(rèn)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(dǎo)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(qiáng)P2X3受體激動(dòng)劑激發(fā)的內(nèi)向電流,對(duì)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(xì)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(xì)胞釋放具有擴(kuò)散性的生物活性因子如腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF),BDNF通過下調(diào)氯協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞釋放TNF-α和IL-1β等因子的重要受體。中樞損傷時(shí),P2X7受體通過激活MAPKs引起TNF-αmRNA表達(dá)增強(qiáng)。此外,ATP可引起脂多糖(LPS)預(yù)處理的小膠質(zhì)細(xì)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(shí)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(duì)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(dǎo)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(yùn)。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(xì)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(dǎo)炎性因子參與疼痛調(diào)制TLR4是細(xì)菌LPS細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)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(dǎo)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(xì)胞上的TLR4可能誘導(dǎo)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(dá)來抑制其信號(hào)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(duì)心血管系統(tǒng)的影響B(tài)K作用于磷脂酶,促進(jìn)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(rèn)為B2受體拮抗劑可能具有止痛作用,但其可能對(duì)心血管系統(tǒng)有一定影響,應(yīng)做進(jìn)一步評(píng)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(gè)目標(biāo)。4遠(yuǎn)離心臟4.1細(xì)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(xì)胞動(dòng)作電位的產(chǎn)生,進(jìn)而影響鈉電流和細(xì)胞興奮性,從而參與痛覺調(diào)制。4.2kv電流減少、細(xì)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(xì)胞超興奮和痛覺過敏。目前認(rèn)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(jìn)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(jìn)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(yáng)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(duì)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(yīng)。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(dǎo)中起至關(guān)重要的作用。PKC可通過以下機(jī)制參與痛覺調(diào)制。①傷害性疼痛刺激使細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高,激活PKC,PKC可使NMDA受體磷酸化;細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高反過來又可促進(jìn)PKC的活化和轉(zhuǎn)位。②PKC可通過延長(zhǎng)Ca2+依賴性鉀電流的滅活,縮短N(yùn)a+電流的滅活來增強(qiáng)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(dǎo)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(qiáng)。④PKC可使代謝型谷氨酸受體(mGluR)磷酸化,影響mGluRS介導(dǎo)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(qiáng)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(dǎo)和維持各種痛敏反應(yīng)。迄今為止,發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物的體內(nèi)存在4條MAPKs通路,即細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2通路、應(yīng)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(gè)與傷害性刺激相關(guān)的特異性指標(biāo),其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(Ras→Raf→MEK1/2→ERK1/2)是經(jīng)典的MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。活化的ERK可使細(xì)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(dá)來調(diào)控中樞敏化。5.2.2p38MAPKp38MAPK是細(xì)胞信息傳遞的交匯點(diǎn)和共同通路,其參與脊髓星形膠質(zhì)細(xì)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(xì)胞外刺激作用于細(xì)胞起,至細(xì)胞出現(xiàn)相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng),其激活機(jī)制是通過磷酸化三級(jí)酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)依次激活。5.3CGRPCGRP可增強(qiáng)外周感受器的敏感性,促進(jìn)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