Toll樣受體在神經(jīng)病理性疼痛中的作用

顏建娥(綜述)，朱 濤 (審校)

(1．貴陽醫(yī)學(xué)院，貴陽550004;2．上海市松江區(qū)中心醫(yī)院麻醉科，上海201699)

神經(jīng)病理性疼痛是由外周或中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷所引起的疼痛，這些損傷包括糖尿病神經(jīng)病變、病毒感染和脊髓損傷等，國際疼痛研究協(xié)會將其稱之為“源于或由神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂所引起的疼痛”［1］。神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機(jī)制可能是多因素作用的結(jié)果，具體機(jī)制尚不明確。Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)是模式識別受體之一，具有激活抗原遞呈細(xì)胞的潛在免疫調(diào)節(jié)能力。TLR介導(dǎo)的免疫反應(yīng)在許多疾病的發(fā)病中起作用［2］。現(xiàn)就其在神經(jīng)病理性疼痛中的作用進(jìn)行綜述。

1 TLR的概述

TLR是Ⅰ型跨膜蛋白質(zhì)，是天然免疫細(xì)胞膜上最重要的模式識別受體，可廣泛的表達(dá)于哺乳動物免疫相關(guān)細(xì)胞和部分非免疫細(xì)胞(如上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞)，識別內(nèi)源性和外源性的危險因子并啟動免疫應(yīng)答。TLR可以識別病原體表面高度保守的分子模式，也可以識別內(nèi)源性分子，這些內(nèi)源性分子可通過損傷或死亡細(xì)胞釋放、應(yīng)激細(xì)胞分泌、細(xì)胞外基質(zhì)降解釋放等使組織損傷。目前對于TLR4的內(nèi)源性配體研究最多，研究顯示許多分子包括硫酸乙酰肝素、纖維蛋白原、透明質(zhì)酸、高遷移率族1、熱休克蛋白及其他潛在的分子，都是TLR4信號的內(nèi)源性激活物［3］。神經(jīng)病理性痛的形成過程中TLR4是關(guān)鍵受體［4］。因此，TLR除了對入侵的病原體起反應(yīng)外，在無病原體存在時也能起作用［5］。

2 神經(jīng)病理性疼痛與膠質(zhì)細(xì)胞

2．1 神經(jīng)病理性疼痛的臨床表現(xiàn) 神經(jīng)病理性疼痛主要表現(xiàn)為自發(fā)性疼痛、痛覺過敏、觸誘發(fā)痛和感覺異常。自發(fā)性疼痛是指不依賴于外周刺激的、自發(fā)的、隨機(jī)的持續(xù)性疼痛。痛覺過敏是指組織損傷引起的痛閾降低，對傷害性刺激反應(yīng)異常增強(qiáng)和延長的疼痛，如在患區(qū)皮膚給予輕微的疼痛刺激即可引起強(qiáng)烈的疼痛發(fā)作。觸誘發(fā)痛是指由非傷害性刺激引起的疼痛，即通常不引起疼痛的刺激所引起的疼痛，如觸摸、震動、中度冷熱即可引起疼痛或疼痛加劇。感覺異常包括感覺過敏、感覺減退、感覺遲鈍、異常感覺。此外，神經(jīng)病理性疼痛還伴隨有運動功能障礙，自主神經(jīng)功能障礙等［6］。

2．2 脊髓膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)病理性疼痛中的作用膠質(zhì)細(xì)胞(包括小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞)在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用［7］。膠質(zhì)細(xì)胞激活可引起神經(jīng)病理性疼痛感覺異常和痛覺過敏等關(guān)鍵表現(xiàn)，這可能與炎性介質(zhì)有關(guān)。外周神經(jīng)損傷后，通過激活脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞使不同的促炎因子介質(zhì)(如腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素1β、白細(xì)胞介素6和環(huán)氧化酶2)上調(diào)，導(dǎo)致炎癥的發(fā)生［7］。炎性細(xì)胞因子在疼痛的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用，其級聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致痛覺過敏或異常疼痛的發(fā)生［8，9］。因此，膠質(zhì)細(xì)胞激活是誘發(fā)神經(jīng)病理性疼痛所必需的，膠質(zhì)細(xì)胞可能廣泛參與神經(jīng)病理性疼痛及其他感覺現(xiàn)象。

3 TLR與神經(jīng)病理性疼痛

膠質(zhì)細(xì)胞激活導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛已被大家廣為接受，但關(guān)于外周神經(jīng)損傷如何激活膠質(zhì)細(xì)胞，從而導(dǎo)致痛覺過敏仍有爭論。Tanga等［10，11］首次報道了TLR在神經(jīng)病理性疼痛中起作用，研究發(fā)現(xiàn)在大鼠第5脊神經(jīng)離斷實驗中神經(jīng)損傷后脊髓膠質(zhì)細(xì)胞TLR4 mRNA表達(dá)上調(diào)，隨后又證實TLR4表達(dá)是神經(jīng)損傷導(dǎo)致脊髓膠質(zhì)細(xì)胞活化和熱觸覺過敏所必需的。鞘內(nèi)注射TLR4的反義寡核苷酸在TLR4基因剔除小鼠身上的痛覺減退與脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞TLR4表達(dá)被抑制有關(guān)，這些數(shù)據(jù)顯示神經(jīng)損傷可通過TLR4引起小膠質(zhì)細(xì)胞活化。近年來，有報道顯示TLR4不僅在小膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生上起作用，在神經(jīng)病理性疼痛的維持上也起作用［12］。此外，TLR在神經(jīng)元凋亡過程中也起重要作用［13］?；旌夏z質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)用脂多糖激活膠質(zhì)細(xì)胞可引起少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元損傷和死亡，但在TLR4缺失的膠質(zhì)細(xì)胞卻不會出現(xiàn)［14］。

與TLR4基因剔除小鼠類似，神經(jīng)損傷導(dǎo)致機(jī)械感覺異常和熱感覺過敏在TLR2基因剔除小鼠也降低。同時，神經(jīng)損傷導(dǎo)致的脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞活化及其誘導(dǎo)的疼痛相關(guān)基因表達(dá)在TLR2基因剔除也減少［15］。TLR3基因剔除小鼠或TLR3反義寡核苷酸注射小鼠，機(jī)械感覺異常變的更弱，但熱感覺過敏并沒有降低［16］，這說明TLR3在神經(jīng)病理性疼痛中的潛在作用機(jī)制與TLR2和TLR4可能有區(qū)別。從這方面考慮，發(fā)現(xiàn)TLR3基因剔除小鼠并不能抑制神經(jīng)損傷導(dǎo)致的星形膠質(zhì)細(xì)胞激活，而TLR2和TLR4基因剔除小鼠可以同時抑制小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞激活。在TLR2和4基因雙剔除小鼠神經(jīng)損傷導(dǎo)致的熱感覺過敏是否被完全抑制或者在TLR2、3和4基因三剔除小鼠神經(jīng)損傷導(dǎo)致的機(jī)械感覺異常是否完全被抑制還需進(jìn)一步研究。

既然TLR在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生和維持過程中起重要作用，那么抑制TLR表達(dá)是否能減輕神經(jīng)病理性疼痛呢?最近有多位學(xué)者對此進(jìn)行了實驗。Lan等［17］在大鼠骨癌模型中注入 TLR4的小干擾RNA可以抑制TLR4基因表達(dá)，減輕大鼠骨癌后疼痛。Wu等［18］在小鼠慢性縮窄性損傷模型中發(fā)現(xiàn)注入TLR4的小干擾RNA可以顯著減輕機(jī)械性感覺異常和熱痛覺過敏。除了抑制TLR基因的表達(dá)，采用TLR拮抗物也能減輕神經(jīng)病理性疼痛。在坐骨神經(jīng)損傷模型中，反復(fù)注入TLR4的拮抗劑FP-1可以抑制核因子κB的激活和腫瘤壞死因子α過度生成，從而減輕機(jī)械性感覺異常和熱痛覺過敏［4］。

在背根神經(jīng)節(jié)和脊髓軸突截斷性損傷后可以檢測到巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞滲透到損傷部位，因此神經(jīng)損傷后TLR在這些免疫細(xì)胞的活化也可能對誘導(dǎo)慢性疼痛起一定作用。利用骨髓源性的嵌合體小鼠(野生小鼠移植TLR缺乏小鼠骨髓)進(jìn)一步研究也許能解決這些問題［19］。此外，最近一些研究顯示部分TLR家族成員也在皮質(zhì)和感覺神經(jīng)元表達(dá)［20］。到目前為止，TLR在脊髓神經(jīng)元表達(dá)尚未被研究證實，因此在神經(jīng)損傷導(dǎo)致的疼痛過敏過程中仍不能排除脊髓和感覺神經(jīng)元上TLR的作用。

4 結(jié)語

神經(jīng)損傷后脊髓膠質(zhì)細(xì)胞TLR表達(dá)增加可能與內(nèi)源性配體表達(dá)升高有關(guān)。Hutchinson等［21］發(fā)現(xiàn)熱休克蛋白90與TLR4的協(xié)調(diào)作用可加重神經(jīng)病理性疼痛。脊髓膠質(zhì)細(xì)胞TLR表達(dá)增加可引起免疫反應(yīng)，其在神經(jīng)病理性疼痛中起著關(guān)鍵作用，干預(yù)TLR信號通路可能對治療神經(jīng)病理性疼痛有重要價值。但目前尚未有公認(rèn)的針對TLR，尤其是TLR4的特異性阻斷藥物，因此干預(yù)TLR內(nèi)外源配體對阻斷TLR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有重要意義。

［1］ 江偉．神經(jīng)病理性疼痛的研究現(xiàn)狀與展望［J］．上海醫(yī)學(xué)，2005，28(11):908-911．

［2］ Drexler SK，F(xiàn)oxwell BM．The role of Toll-like receptors in chronic inflammation［J］．Int J Biochem Cell Biol，2010，42(4):506-518．

［3］ Miyake K．Innate immune sensing of pathogens and danger signals by cell surface Toll-like receptors［J］．Semin Immunol，2007，19(1):3-10．

［4］ Bettoni I，Comelli F，Rossini C，et al．Glial TLR4 receptor as new target to treat neuropathic pain:efficacy of a new receptor antagonist in a model of peripheral nerve injury in mice［J］．Glia，2008，56(12):1312-1319．

［5］ Zhang Z，Schluesener HJ．Mammalian toll-like receptors:from endogenous ligands to tissue regeneration［J］．Cell Mol Life Sci，2006，63(24):2901-2907．

［6］ 黃宇光，徐建國．神經(jīng)病理性疼痛臨床診療學(xué)［M］．北京:人民衛(wèi)生出版社，2010:90-94．

［7］ Hains BC，Waxman SG．Activated microglia contribute to the maintenance of chronic pain after spinal cord injury［J］．Neurosci，2006，26(16):4308-4317．

［8］ Kawasaki Y，Zhang L，Chang JK，et al．Cytokine mechanisms of central sensitization:distinct and overlapping role of interleukin-l beta，interleukin 6，and tumor necrosis factor-alpha in regulating synaptlc and neuronal activity in the superficial spinal cord［J］．Neurosci，2008，28(20):5189-5194．

［9］ Narita M，Shimamura M，Imai S，et al．Role of interleukin-1beta and tumor necrosis factor-alpha-dependent expression of cyclooxygenase-2 mRNA in thermal hyperalgesia induced by chronic inflammation in mice［J］．Neuroscience，2008，152(2):477-486．

［10］ Tanga FY，Raghavendra V，DeLeo JA．Quantitative real-time RTPCR assessment of spinal microglial and astrocytic activation markers in a rat model of neuropathic pain［J］．Neurochem Int，2004，45(2/3):397-407．

［11］ Tanga FY，Nutile-McMenemy N，DeLeo JA．The CNS role of Tolllike receptor 4 in innate neuroimmunity and painful neuropathy［J］．Natl Acad Sci U S A，2005，102(16):5856-5861．

［12］ Hutchinson MR，Zhang Y，Brown K，et al．Non-stereoselective reversal of neuropathic pain by naloxone and naltrexone:involvement of toll-like receptor 4(TLR4)［J］．Eur J Neurosci，2008，28(1):20-29．

［13］ Glass CK，Saijo K，Winner B，et al．Mechanisms underlying inflammation in neurodegeneration［J］．Cell，2010，140(6):918-934．

［14］ Lehnardt S，Massillon L，F(xiàn)ollett P，et al．Activation of innate immunity in the CNS triggers neurodegeneration through a Toll-like receptor4-dependent pathway［J］．Natl Acad Sci U S A，2003，100(14):8514-8519．

［15］ Kim D，Kim MA，Cho IH，et al．A critical role of toll-like receptor 2 in nerve injury-induced spinal cord glial cell activation and pain hypersensitivity［J］．Biol Chem，2007，282(20):14975-14983．

［16］ Obata K，Katsura H，Miyoshi K，et al．Toll-like receptor 3 contributes to spinal glial activation and tactile allodynia after nerve injury［J］．Neurochem，2008，105(6):2249-2259．

［17］ Lan LS，Ping YJ，Na WL，et al．Down-regulation of Toll-like receptor 4 gene expression by short interfering RNA attenuates bone cancer pain in a rat model［J］．Mol Pain，2010，6:2．

［18］ Wu FX，Bian JJ，Miao XR，et al．Intrathecal siRNA against Tolllike receptor 4 reduces nociception in a rat model of neuropathic pain［J］．Int J Med Sci，2010，7(5):251-259．

［19］ Kang J，Rivest S．MyD88-deficient bone marrow cells accelerate onset and reduce survival in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis［J］．Cell Biol，2007，179(6):1219-1230．

［20］ Tang SC，Arumugam TV，Xu X，et al．Pivotal role for neuronal Tolllike receptors in ischemic brain injury and functional deficits［J］．Natl Acad Sci U S A，2007，104(34):13798-13803．

［21］ Hutchinson MR，Ramos KM，Loram LC，et al．Evidence for a role of heat shock protein-90 in toll like receptor 4 mediated pain enhancement in rats［J］．Neuroscience，2009，164(4):1821-1832．