阿片鎮(zhèn)痛耐受和痛覺過敏的相關(guān)性研究

阿片鎮(zhèn)痛耐受和痛覺過敏的相關(guān)性研究

高等教育反應(yīng)是指服用阿巴藥物后，其鎮(zhèn)痛作用逐漸減少，甚至消失。為了獲得相同的鎮(zhèn)痛效果，需要逐漸增加阿片類藥物的劑量。痛覺過敏(hyperalgesia)是指外周組織損傷或炎癥導(dǎo)致的對傷害性刺激產(chǎn)生過強的傷害性反應(yīng),或?qū)Ψ莻π源碳ぎa(chǎn)生傷害性反應(yīng)即痛覺異常(allodynia)?，F(xiàn)在研究表明,這兩個表面上并不相干的概念之間存在著密切的聯(lián)系。有人甚至認(rèn)為,阿片耐受產(chǎn)生的原因是由于長時間使用阿片類藥物引起的痛覺過敏對抗了阿片類藥物的鎮(zhèn)痛作用(Gutstein.1996)。這一觀點雖有一定的片面性,但使人們認(rèn)識到阿片耐受和痛覺過敏并非兩個孤立的病理過程。二者涉及的一個共同基礎(chǔ)——傷害性信息調(diào)制,使它們之間的聯(lián)系成為可能。隨著對這兩個病理過程機制探討的深入,發(fā)現(xiàn)在二者的形成和發(fā)展中存在著一些共同的機制,如NMDA受體的激活、第二信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)及NO的作用、中樞敏感化和神經(jīng)元可塑性改變等。本文就它們共同的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)進行綜述,為更好地理解痛覺生理及阿片耐受機制提供幫助。一、fos在傷害性刺激和學(xué)習(xí)中的作用“阿片耐受伴隨著一種潛在的痛覺過敏(latenthyperalgesia)”的觀點較為確切地說明了阿片耐受和痛覺過敏之間的關(guān)系。所謂的“潛在性”是指阿片耐受導(dǎo)致的痛覺過敏需要某種刺激激發(fā),或同等刺激誘發(fā)的痛覺過敏,在阿片耐受個體的表現(xiàn)要遠(yuǎn)強烈于非阿片耐受個體。Laulin等(1999)在大鼠急性和慢性海洛因鎮(zhèn)痛耐受模型上,發(fā)現(xiàn)耐受大鼠對機械性和溫?zé)岽碳さ耐从X閾值明顯降低,此現(xiàn)象與外周組織損傷或炎癥導(dǎo)致痛覺過敏時,痛覺閾值降低相似;Rohde等(1997)的研究表明,阿片耐受顯著增加福爾馬林痛敏大鼠的縮爪(flinch)現(xiàn)象;在阿片耐受納洛酮催促的戒斷大鼠,不僅表現(xiàn)出痛覺閾值的降低,而且出現(xiàn)明顯的痛覺異常現(xiàn)象,如觸覺痛(touch-evokedpain)。Fos是由能對外界刺激快速作出反應(yīng)的即刻早期基因(immediateearlygene)c-fos編碼的一種核蛋白。Fos在中樞神經(jīng)系統(tǒng)某些部位(如脊髓背角)的表達可作為傷害性刺激的一個標(biāo)志;有研究表明,Fos在背角表達的數(shù)量與傷害性刺激的強度呈正相關(guān)。也可作為鎮(zhèn)痛藥物有效性的一種標(biāo)志,如預(yù)先注射嗎啡可抑制福爾馬林刺激誘發(fā)的背角Fos表達,且存在明顯的量效關(guān)系。此外,它還可作為細(xì)胞水平神經(jīng)元活動程度的指標(biāo)。Rohde等研究發(fā)現(xiàn),福爾馬林致痛的嗎啡耐受大鼠較福爾馬林致痛的正常大鼠脊髓背角Fos表達顯著增加,不僅表現(xiàn)為數(shù)量上的增加,且在分布上已不局限在同側(cè)(刺激側(cè))背角淺層(Ⅰ、Ⅱ)和頸部(Ⅴ、Ⅵ)(傷害性感覺傳入Aδ、C纖維末梢的終止所在),在同側(cè)全層和對側(cè)均有分布;納洛酮催促戒斷大鼠,在不給予任何刺激情況下,兩側(cè)背角也出現(xiàn)大量Fos表達。以上實驗說明,阿片耐受時背角神經(jīng)元興奮性增加(興奮閾值降低),在存在刺激的情況下,一方面對傷害性刺激的反應(yīng)增強,另一方面將非傷害性刺激易化為傷害性刺激,最終導(dǎo)致神經(jīng)元活動增加,Fos表達增加。利用電生理的方法進一步證實這種觀點,痛覺過敏時背角神經(jīng)元對各種刺激(包括傷害和非傷害性刺激)誘發(fā)的和自發(fā)的放電頻率均明顯增加;象痛覺過敏一樣,阿片戒斷時背角及背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元自發(fā)放電頻率也明顯增加(Ennis.1998)。以上行為學(xué)、形態(tài)學(xué)以及功能指標(biāo)都為“阿片耐受伴隨著一種潛在的痛覺過敏”的觀點提供了有力的證據(jù)。二者之間的聯(lián)系和影響是相互的。研究表明,預(yù)先存在的痛敏狀態(tài)或在給予阿片時伴隨傷害性刺激也可影響阿片耐受的發(fā)展。Vaccarino等報道,福爾馬林痛敏大鼠嗎啡耐受明顯減輕;在給予嗎啡同時予以傷害性刺激可抑制嗎啡耐受的發(fā)展。其機制現(xiàn)在仍不完全清楚,可能與傷害性刺激激活內(nèi)源性阿片肽、抗阿片肽以及糖皮質(zhì)激素系統(tǒng)有關(guān)。二、髓髓內(nèi)纖維與阿片受損脊髓背角是傷害性信息傳導(dǎo)通路的第一級中轉(zhuǎn)站,由Aδ、C纖維傳入的傷害性信息,通過背角上行投射神經(jīng)元傳遞到上位高級中樞;同時,背角又是一個重要的痛覺調(diào)制中樞,除為腦干下行抑制系統(tǒng)提供執(zhí)行場所外,還可通過自身中間神經(jīng)元來調(diào)制傷害性信息的傳遞?，F(xiàn)已闡明,阿片類藥物的鎮(zhèn)痛機制,一是激活背角阿片肽能中間神經(jīng)元;二是激活中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)(PAG)的阿片受體,通過興奮腦干下行抑制系統(tǒng)作用于背角神經(jīng)元,通過這兩條途徑發(fā)揮其突觸前抑制作用——減少神經(jīng)遞質(zhì)釋放,和突觸后抑制作用——抑制傷害性信息上傳,從而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛。研究表明,凡能影響脊髓水平傷害性信息調(diào)制的神經(jīng)遞質(zhì)/受體系統(tǒng),也都參與了阿片耐受的形成和發(fā)展。脊髓水平給藥可抑制阿片耐受,減輕阿片戒斷癥狀,也可誘發(fā)某些戒斷癥狀。Delander等認(rèn)為,脊髓是阿片耐受產(chǎn)生的關(guān)鍵部位。在阿片耐受的研究中,多數(shù)行為學(xué)實驗是以甩尾反射作為痛反應(yīng)指標(biāo),而甩尾反射是一個單純的脊髓反射,不需脊髓上神經(jīng)系統(tǒng)的參與,它反應(yīng)傷害性信息在脊髓水平的整合作用,說明脊髓是許多藥物抑制阿片耐受的作用位點之一。因此,有理由相信,脊髓背角不但是傷害性信息調(diào)制的場所,也是阿片耐受產(chǎn)生的重要形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。三、nmda受體抗劑興奮性氨基酸受體特別是NMDA受體在痛覺過敏的產(chǎn)生和維持中發(fā)揮重要作用,它的激活是啟動胞內(nèi)級聯(lián)放大效應(yīng),導(dǎo)致正反饋性神經(jīng)元興奮性升高的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。全身或鞘內(nèi)應(yīng)用競爭性或非競爭性NMDA受體拮抗劑可抑制外周組織損傷或炎癥所致的傷害性反應(yīng),拮抗神經(jīng)痛引起的痛覺閾值降低;NMDA受體拮抗劑可阻斷反復(fù)刺激C纖維導(dǎo)致的背角神經(jīng)元“windup”現(xiàn)象;利用離子微透析和電生理技術(shù)研究發(fā)現(xiàn),NMDA和Glu可興奮背角神經(jīng)元,提高背角神經(jīng)元對傷害性和非傷害性刺激的反應(yīng),擴大神經(jīng)元的接受域(receptivefield);鞘內(nèi)應(yīng)用NMDA或Glu在行為上產(chǎn)生NMDA受體拮抗劑可阻斷的痛覺過敏或痛覺異?，F(xiàn)象(Coderre等.1993)。Trujillo等(1991)首次報道,NMDA受體拮抗劑MK801本身不產(chǎn)生鎮(zhèn)痛,也不影響嗎啡的鎮(zhèn)痛作用,但卻能明顯抑制嗎啡鎮(zhèn)痛耐受(以甩尾反射作為痛反應(yīng)指標(biāo)),在其他競爭性或非競爭性NMDA受體拮抗劑也得到同樣的結(jié)果;進一步的研究顯示,MK801抑制嗎啡耐受的位點是在脊髓水平。Trujillo的工作開辟了阿片耐受研究的新領(lǐng)域,此后,NMDA受體和阿片耐受的關(guān)系得到更為廣泛和深入的研究。Kolesnikov等報道,在缺乏NMDA受體的129/svev小鼠,長時間使用μ、δ受體激動劑不再產(chǎn)生鎮(zhèn)痛耐受;在CD1小鼠預(yù)先給予NMDA可降低嗎啡的鎮(zhèn)痛作用,加速其耐受的產(chǎn)生,而在129/svev小鼠則無此效應(yīng)。LeGuen等(1999)研究表明,NMDA受體拮抗劑與嗎啡合用9天后,急性應(yīng)用嗎啡仍能有效抑制角叉菜膠誘發(fā)的脊髓背角Fos表達,該實驗為NMDA受體參與阿片耐受提供了形態(tài)學(xué)依據(jù)。電生理研究表明,腦室內(nèi)注射NMDA受體拮抗劑能阻斷阿片戒斷時藍(lán)斑核(LC)神經(jīng)元自發(fā)放電增加。Dunbar等發(fā)現(xiàn)反復(fù)阿片自然戒斷可引起由NMDA受體介導(dǎo)的痛覺過敏。這些實驗都充分說明了NMDA受體的激活在阿片耐受中發(fā)揮重要作用。NMDA受體既參與了痛覺過敏又參與了阿片耐受,但其激活和維持激活機制存在差異。在痛覺過敏中,外周組織損傷或炎癥可通過激活A(yù)δ、C纖維在背角大量釋放Glu和SP,Glu可直接激活突觸后膜的NMDA受體;而SP激活突觸后膜的NK-1受體后,通過G蛋白活化PLC,在PLC的作用下,PI水解生成IP3和DG,IP3動員內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+釋放,DG進一步激活PKC,PKC轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜磷酸化NMDA受體,使NMDA受體的興奮性升高和Ca2+內(nèi)流增加。NMDA受體激活后又可進一步活化PKC,而Ca2+濃度的升高也可影響PKC的活性,從而形成一種正反饋;此外,Glu還可通過代謝型谷氨酸受體(mGlu1和mGlu5)激活PKC。而在阿片耐受中,一方面通過激活μ受體,使PKC活性提高和轉(zhuǎn)位;另一方面長時間使用阿片后,cAMP/PKA通路上調(diào),通過胞內(nèi)信使系統(tǒng)間的“crosstalk”作用,激活胞內(nèi)的蛋白激酶系統(tǒng),磷酸化NMDA受體使其興奮性升高;磷酸化離子通道,使細(xì)胞膜興奮性升高;在這種狀態(tài)下給予外界刺激(如傷害性刺激、阿片戒斷等),引起NMDA受體的過度興奮,導(dǎo)致痛覺過敏。四、pkc激動劑治療的安全性和痛覺異常NMDA受體興奮導(dǎo)致胞內(nèi)Ca2+濃度增加或直接激活G蛋白偶聯(lián)受體,啟動胞內(nèi)第二信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng),通過激活相應(yīng)的蛋白激酶磷酸化底物蛋白,發(fā)揮生理或病理效應(yīng)。它們的功能包括:(1)磷酸化離子通道,介導(dǎo)靜息膜電位變化,促進膜去極化,提高神經(jīng)細(xì)胞興奮性;(2)磷酸化受體蛋白,提高受體興奮性;(3)調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)釋放;(4)調(diào)節(jié)基因表達,介導(dǎo)外界刺激引起的神經(jīng)系統(tǒng)長期適應(yīng)性變化。多途徑激活胞內(nèi)第二信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在阿片耐受和痛覺過敏的維持和發(fā)展中起重要作用。(一)cAMP/PKAcAMP/PKA通路在阿片耐受中的作用早已為人們認(rèn)識。cAMP水平上調(diào)和戒斷時的超射(overshoot)現(xiàn)象被認(rèn)為是阿片耐受和戒斷反應(yīng)的生化基礎(chǔ)。大量研究表明,cAMP/PKA通路也參與傷害性信息調(diào)控和痛覺過敏形成。Wang等(1993)報道,鞘內(nèi)應(yīng)用cAMP類似物可拮抗μ、δ受體激動劑的抗傷害作用,也可產(chǎn)生機械性痛覺過敏;用微透析在脊髓注射PKA拮抗劑H8可抑制外周注射辣椒素引起的STT神經(jīng)元敏感化和機械性痛覺閾值的降低(Sluka等.1997)。這些實驗說明脊髓水平cAMP含量增加可引起痛覺過敏,且和cAMP激活PKA有關(guān)。這可能也是阿片耐受中產(chǎn)生潛在痛覺過敏的主要原因之一。(二)DG/PKC前文已提到NMDA受體與PKC通路之間的關(guān)系?？梢钥闯?阿片耐受和痛覺過敏中神經(jīng)元的背景(background)高反應(yīng)性的主要原因是PKC的激活。此外,PKC的激活還可引起c-fos的表達,引起神經(jīng)元長時程適應(yīng)和可塑性改變。行為實驗證實,PKC激動劑可增強傷害性刺激引起的傷害性反應(yīng),PKC抑制劑能減輕化學(xué)和溫?zé)岽碳ひ鸬姆磻?yīng),逆轉(zhuǎn)外周注射辣椒素導(dǎo)致的機械性痛覺異常;與行為學(xué)結(jié)果一致,痛敏大鼠脊髓板層Ⅰ~Ⅵ,特別是Ⅰ~Ⅱ?qū)幽そY(jié)合PKC或轉(zhuǎn)位到膜上的PKC明顯增多(Coderre等.1992,Mao.1993);Palecek等(1999)利用離體脊髓片和在體微透析研究表明,PKC激動劑佛波酯(phorbolesters)能提高靜息狀態(tài)和辣椒素刺激引起的背角Glu、SP、CGRP等與傷害性信息傳遞密切相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)肽釋放;佛波酯或細(xì)胞內(nèi)注射PKC可提高背根神經(jīng)節(jié)NMDA和非NMDA電流,增加STT自發(fā)放電和對傷害性和非傷害性刺激的反應(yīng);缺乏PKCγ的小鼠對急性痛刺激反應(yīng)正常,但坐骨神經(jīng)結(jié)扎不再表現(xiàn)出痛敏現(xiàn)象,進一步說明PKC在痛覺過敏的維持中發(fā)揮作用(Malmberg.1997)。以上實驗為PKC參與傷害性信息調(diào)制和痛覺過敏的中樞敏化機制提供了有力的證據(jù)。PKC也參與了阿片耐受的發(fā)展。PKC轉(zhuǎn)位抑制劑神經(jīng)節(jié)苷酯(GM1)能抑制嗎啡耐受,減輕戒斷癥狀;Mao等(1995)報道嗎啡耐受大鼠背角PKCγ的免疫反應(yīng)活性明顯升高,以Ⅰ~Ⅱ?qū)訛樯?且可被MK801阻斷,提示阿片耐受時PKC活性的升高與NMDA受體的激活有關(guān)。(三)NO/cGMP雖然二者在NMDA受體激活機制上存在差異,但因此而導(dǎo)致的胞內(nèi)效應(yīng)卻有諸多相似之處。NMDA受體激活后,Ca2+內(nèi)流增加;以及磷脂酰肌醇通路中的IP3動員胞內(nèi)鈣庫釋放Ca2+,使胞內(nèi)Ca2+濃度顯著升高。Ca2+可結(jié)合到CaM上的鈣結(jié)合位點,生成具有活性的Ca2+/CaM復(fù)合體,進一步激活NOS,生成NO。一般認(rèn)為,NMDA受體和NO是緊密相連的,NO的產(chǎn)生有賴于NMDA受體的激活,而NMDA受體的效應(yīng)部分是通過NO介導(dǎo)的,NO還作為一種逆行信使彌散至突觸前膜增加神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,進一步易化NMDA受體。在CD1小鼠預(yù)先給予NMDA可降低嗎啡的鎮(zhèn)痛作用,而在缺乏NMDA受體的129/svev小鼠則無此效應(yīng);如果給予外源性的NO供體,嗎啡在兩種小鼠中的鎮(zhèn)痛作用均減弱,提示NMDA受體激活后的效應(yīng)可能部分通過NO介導(dǎo);利用在體微透析和基因敲除技術(shù)研究發(fā)現(xiàn),NOS基因敲除的小鼠,K+刺激引起的Glu釋放明顯降低,說明NO對Glu釋放具有調(diào)節(jié)作用。NO產(chǎn)生后與細(xì)胞內(nèi)可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(GC)上的血紅素基團結(jié)合,使其成為活化形式,激活的GC使細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量的cGMP,從而產(chǎn)生一系列生物效應(yīng)。形態(tài)學(xué)研究表明,外周傷害性刺激(福爾馬林、辣椒素、角叉菜膠等)可增加脊髓背角NADPH-d陽性神經(jīng)元數(shù)目,其變化與Fos表達相平行,且出現(xiàn)Fos/NADPH-d雙標(biāo)神經(jīng)元;Qing等(1999)用微透析和電生理證實,提高脊髓NO水平可長時間易化背角WDR和STT神經(jīng)元對傷害性和非傷害性刺激的反應(yīng);外周注射辣椒素可增加脊髓NO產(chǎn)量,同時敏化STT神經(jīng)元,該作用可被NOS抑制劑拮抗;鞘內(nèi)注射NO前體或供體,行為上可產(chǎn)生痛覺過敏現(xiàn)象,應(yīng)用NOS抑制劑則可減輕外周組織損傷或炎癥引起的痛覺過敏。以上實驗提示,NO參與了傷害性信息調(diào)制和痛覺過敏的形成和發(fā)展。NO在阿片耐受中的作用也被大量實驗證實。NOS抑制劑可抑制阿片耐受,減輕阿片戒斷癥狀;NO前體或供體則可加速阿片耐受的產(chǎn)生(Jimmy.1998);利用原位雜交和免疫組化方法顯示,嗎啡耐受大鼠脊髓NOSmRNA表達水平增高,NOS抗體陽性反應(yīng)神經(jīng)元數(shù)目增多,提示長期嗎啡處理后NOS合成增加;我們的研究表明,嗎啡耐受增加福爾馬林致痛大鼠脊髓水平NADPH-d、Fos和Fos/NADPH-d雙標(biāo)神經(jīng)元表達,推測嗎啡耐受大鼠脊髓NOS處于潛在高活性(latenthyperactivity)狀態(tài),某種刺激(如福爾馬林致痛或納洛酮催促戒斷)可激活這種狀態(tài),產(chǎn)生大量NO,從而參與介導(dǎo)嗎啡耐受和戒斷的行為學(xué)表現(xiàn),而這種潛在