神經(jīng)病理性疼痛的小膠質(zhì)細(xì)胞機(jī)制

摘 要:小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的免疫細(xì)胞，起遞呈抗原、吞噬病原體、分泌多種細(xì)胞因子和神經(jīng)修復(fù)的作用。神經(jīng)損傷后，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)被激活，可釋放大量的細(xì)胞因子、炎性介質(zhì)，激活補(bǔ)體，引起神經(jīng)炎癥和神經(jīng)免疫反應(yīng)，導(dǎo)致各種神經(jīng)功能紊亂，引起痛覺過敏和異常痛敏。本文從小膠質(zhì)細(xì)胞的激活、以及激活途徑的關(guān)鍵分子TLR4來探討神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機(jī)制。

關(guān)鍵詞:小膠質(zhì)細(xì)胞 神經(jīng)病理性疼痛 TLR4

中圖分類號(hào):R741文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(a)-0233-02

過去認(rèn)為神經(jīng)病理性疼痛是由神經(jīng)元的功能改變引起的，包括異位放電、脊髓背跟神經(jīng)節(jié)交感神經(jīng)的分布增加和損傷后的傳入纖維表現(xiàn)型的改變，正常情況下不傳遞疼痛信號(hào)的神經(jīng)元基因發(fā)生改變，開始傳遞疼痛信號(hào)等。研究的熱點(diǎn)主要集中在周圍神經(jīng)、背根神經(jīng)節(jié)及中樞神經(jīng)元。最近，研究者發(fā)現(xiàn)神經(jīng)損傷后，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活會(huì)啟動(dòng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫反應(yīng)，對(duì)神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生與發(fā)展有一定的作用。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞廣泛分布于大腦和脊髓，約占膠質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的20%，被認(rèn)為是常駐中樞系統(tǒng)內(nèi)的“巨噬細(xì)胞”，被激活后可遞呈抗原和分泌細(xì)胞因子，構(gòu)成中樞神經(jīng)系統(tǒng)抵御病原體入侵的第一防線。正常情況下，小膠質(zhì)細(xì)胞保持靜息狀態(tài)，外形呈高度分枝狀，無活性，但可作為外界傷害性刺激的感受器[1];當(dāng)神經(jīng)受損傷后，小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生多種變化，包括形態(tài)學(xué)、細(xì)胞數(shù)量、表面受體以及生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的表達(dá):分枝狀立即變成圓形，具備增殖和遷移能力，同時(shí)膜受體密度增高，呈現(xiàn)強(qiáng)大的吞噬作用。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞表面的標(biāo)志物

作為中樞系統(tǒng)內(nèi)的重要免疫細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞可表達(dá)多種膜受體包括前炎癥細(xì)胞因子受體和抗炎性細(xì)胞因子受體，它們的平衡在誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞免疫功能上起到?jīng)Q定性作用，通過分泌多種細(xì)胞因子來行使它在中樞的功能。

2.1 細(xì)胞因子受體的表達(dá)

2.1.1 TLR4的表達(dá)

TLR[2]最初是從果蠅胚胎發(fā)育過程中被發(fā)現(xiàn)的一種跨膜蛋白，哺乳類動(dòng)物與果蠅的TLR具有高度的同源性。迄今已確認(rèn)鼠有13種TLR，而人擁有10種TLR(TLR1～10)，所有TLR家族成員均屬膜蛋白。TLR的主要特征是細(xì)胞外富含亮氨酸的重復(fù)結(jié)構(gòu)，以及細(xì)胞內(nèi)的Toll/IL-1受體(TIR)結(jié)構(gòu)域。TLR與IL-1R家族、以及IL-1R相關(guān)信號(hào)接頭蛋白家族均有TIR結(jié)構(gòu)域。這三組受體接頭蛋白共同組成IL-1R/TLR超家族。已證實(shí)TLR4為L(zhǎng)PS之受體，可誘導(dǎo)參與炎癥反應(yīng)的基因表達(dá)。此外，TLR4亦可識(shí)別脂磷壁酸、纖連蛋白和呼吸合胞體病毒融合蛋白等。TLR在細(xì)胞內(nèi)、外的微小差異即可導(dǎo)致對(duì)特異性微生物產(chǎn)物反應(yīng)的明顯不同。來源于不同細(xì)菌的LPS可被不同的受體所識(shí)別，而產(chǎn)生各種細(xì)胞反應(yīng)。已有研究證實(shí)，TLR4在小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和中樞免疫系統(tǒng)的啟動(dòng)起始階段有關(guān)鍵作用[3]。

2.1.2 IFN-γR由NK細(xì)胞和CD4+細(xì)胞亞群Th1產(chǎn)生的IFN-γ其受體明顯而穩(wěn)定的在靜息小膠質(zhì)細(xì)胞上表達(dá)。腦內(nèi)注射IFN-γ時(shí)，可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞MHCⅡ類分子的表達(dá)[4]。但這種誘導(dǎo)能力可被IL4、TGFβ及IL-IO等一些細(xì)胞因子抑制．神經(jīng)生長(zhǎng)因子及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3也能抑制小膠質(zhì)細(xì)胞上IFN-γ誘導(dǎo)的MHCⅡ類分子的表達(dá)。

2.1.3 IL-1R對(duì)大鼠而言，小膠質(zhì)細(xì)胞能表達(dá)IL-1R，可直接與IL-1作用于小膠質(zhì)細(xì)胞使其激活，而且大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞釋放的IL-1能通過旁分泌反饋機(jī)制激活更多的小膠質(zhì)細(xì)胞;但在小鼠和人的小膠質(zhì)細(xì)胞上不表達(dá)IL-1R，在星形膠質(zhì)細(xì)胞上表達(dá)[5]。

此外，小膠質(zhì)細(xì)胞還可表達(dá)TNFRⅠ和TNFRⅡ，與TNF-α結(jié)合后現(xiàn)可激活包括NF-κB在內(nèi)的許多轉(zhuǎn)錄因子來誘導(dǎo)免疫基因的轉(zhuǎn)錄。也可表達(dá)趨化細(xì)胞因子受體，能與多種趨化細(xì)胞因子結(jié)合，使它們募集到神經(jīng)炎癥反應(yīng)發(fā)生部位。同時(shí)還可表達(dá)主要組織相容性復(fù)合物MHC和CD11/CR3，可進(jìn)行抗原識(shí)別和遞呈[6]。

2.2 細(xì)胞因子的分泌

在神經(jīng)病理性疼痛中，小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞已被定為中樞神經(jīng)系統(tǒng)特異性炎癥中細(xì)胞因子的來源。小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的前炎癥細(xì)胞因子TNF-α，作為一種參與疼痛發(fā)生、發(fā)展的調(diào)節(jié)因子，同神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子樣可以在神經(jīng)軸突內(nèi)逆行或順行運(yùn)輸。[7]在CCI損傷20h后，應(yīng)用外源性i125－TNF進(jìn)行標(biāo)記，TNF集中于外周神經(jīng)損傷的近端，可能是自發(fā)性疼痛與痛覺超敏的潛在原因。

小膠質(zhì)細(xì)胞可表達(dá)ICE(IL-1β轉(zhuǎn)化酶)，是CNS內(nèi)源性IL-1的主要來源[8]。IL-1與痛覺傳遞有關(guān)，可誘導(dǎo)背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元分泌P物質(zhì)，促進(jìn)腦和脊髓神經(jīng)元產(chǎn)生環(huán)氧酶COX2，介導(dǎo)炎癥性痛覺過敏。IL-1還可誘導(dǎo)活化的小膠質(zhì)細(xì)胞通過表達(dá)許多細(xì)胞因子、趨化因子、前列腺素、活性氧自由基等參與機(jī)體病理生理活動(dòng)。IL-1β能誘導(dǎo)成年大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)TNF-α、磷脂酶A2和CD14等炎癥介質(zhì)受體。這些受體的表達(dá)都與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生與發(fā)展有著密切的關(guān)系。有研究采用IL-1β和TNF抑制劑的混合劑治療神經(jīng)病理性疼痛大鼠，發(fā)現(xiàn)可明顯緩解異常痛敏[9]。

2.3 趨化性細(xì)胞因子

不同炎癥的刺激下，小膠質(zhì)細(xì)胞有產(chǎn)生趨化性細(xì)胞因子的能力。因此通過評(píng)估暴露在感染條件下分泌趨化性細(xì)胞因子的能力，可知中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)軟組織的病原特異性免疫反應(yīng)的起始和擴(kuò)大以及外周免疫細(xì)胞群的補(bǔ)充起著關(guān)鍵的作用。

小膠質(zhì)細(xì)胞可表達(dá)不同的受體、分泌多種細(xì)胞因子，但并不是任何時(shí)刻如此，而是在神經(jīng)損傷后出現(xiàn)的一系列反應(yīng)。有實(shí)驗(yàn)研究表明，切斷大鼠的坐骨神經(jīng)后，電鏡下觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)脊髓節(jié)段的灰質(zhì)內(nèi)，小膠質(zhì)細(xì)胞體積增大、細(xì)胞質(zhì)豐富但未見有吞噬小體[10]。小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增多，且多位于神經(jīng)元的周圍，并且與神經(jīng)元有密切的接觸。而在其它部位這些激活的小膠質(zhì)細(xì)胞分布較均勻，沒有星形膠質(zhì)細(xì)胞的肥大和增生。與中樞神經(jīng)損傷的反應(yīng)不同，說明小膠質(zhì)細(xì)胞在不同的損傷情況下被激活的機(jī)理及功能都不盡相同。

3 神經(jīng)病理性疼痛

國(guó)際疼痛研究會(huì)(IASP，1994)將這種由于外周或中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接損傷后功能紊亂引起的疼痛稱為神經(jīng)病理性疼痛。包括自發(fā)性疼痛和誘發(fā)疼痛，后者又包括痛覺超敏和痛覺過敏。神經(jīng)病理性疼痛是一種困擾世界范圍內(nèi)很多人的疾病，它可能由于神經(jīng)損傷造成，也可能因?yàn)槟承┘膊?糖尿病、AIDS等)影響周圍神經(jīng)功能后引起的，還有可能是某些疾病的一種表現(xiàn)，如癌癥。不同的病因其發(fā)生機(jī)制也不同，有的引起中樞受損，有的會(huì)導(dǎo)致外周神經(jīng)功能障礙。明確它的發(fā)病機(jī)理是一件亟待解決的問題。本文主要是通過小膠質(zhì)細(xì)胞激活途徑探討外周神經(jīng)損傷后疼痛形成的機(jī)制。

外周神經(jīng)受損后出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，炎癥細(xì)胞釋放5-羥色胺、緩激肽、P物質(zhì)、組胺和大量前列腺素，敏化軸突損傷的神經(jīng)纖維，痛閾降低，并導(dǎo)致自發(fā)性疼痛。炎癥介質(zhì)在神經(jīng)病理性疼痛的形成和維持中非常重要。組織損傷后前列腺素PGE2和PGI2迅速產(chǎn)生，是炎癥性疼痛的重要促使因素。給予神經(jīng)病理性疼痛動(dòng)物環(huán)化酶抑制劑治療，可以緩解溫度和機(jī)械性痛敏。

由此可看出，外周神經(jīng)損傷后疼痛的出現(xiàn)與這些炎性介質(zhì)的生成有很大的關(guān)系，同時(shí)給予一些炎癥介質(zhì)受體的抑制劑可緩解疼痛。小膠質(zhì)細(xì)胞激活后可直接或間接的表達(dá)這些受體，所以可以想象抑制膠質(zhì)細(xì)胞激活，可以減輕疼痛的發(fā)生。向脊神經(jīng)結(jié)扎大鼠鞘內(nèi)注射甲基強(qiáng)的松龍，發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞活性降低[11]，同時(shí)痛覺過敏及異常痛敏減弱。

神經(jīng)病理性疼痛發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，涉及外周和中樞多個(gè)層面，隨著對(duì)其分子機(jī)制研究的進(jìn)一步加深，為理解其發(fā)病機(jī)制，重要的是如何從信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中將他們串聯(lián)起來去解釋疼痛的發(fā)生，以便從不同的環(huán)節(jié)阻斷疼痛;同時(shí)可以想象切斷任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可能伴隨一定的毒副作用。因此目前最重要的是要找到神經(jīng)病理性疼痛發(fā)病過程中的關(guān)鍵分子。從以上論述可以看出，小膠質(zhì)細(xì)胞表面的某一受體有望成為研究神經(jīng)病理性疼痛的新的靶點(diǎn)。

4 小膠質(zhì)細(xì)胞的激活

研究者發(fā)現(xiàn)，[12]神經(jīng)損傷的疼痛因素會(huì)促進(jìn)某些細(xì)胞因子產(chǎn)生，激活膠質(zhì)細(xì)胞;一方面大量的細(xì)胞因子可進(jìn)一步促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞增生，另一方面活化的膠質(zhì)細(xì)胞又可產(chǎn)生更多的細(xì)胞因子，兩者相互作用，引起疼痛相關(guān)的活性物質(zhì)和疼痛介質(zhì)的釋放，引起持續(xù)性疼痛、痛覺過敏和異常痛敏，造成中樞敏化，引起神經(jīng)病理性疼痛。

有實(shí)驗(yàn)報(bào)道[13]，通過橫斷TLR4基因敲除大鼠的L5脊神經(jīng)后，體外會(huì)發(fā)現(xiàn)大鼠對(duì)熱刺激和機(jī)械性刺激的敏感性較正常未受傷的對(duì)照組大鼠下降。通過實(shí)時(shí)定量RT-PCR檢測(cè)某些因子的mRNA表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)TLR4基因敲除大鼠IFN-γ、IL-1β、TNF-α含量顯著性下降。免疫組化法發(fā)現(xiàn)基因敲除大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞表面CD11/CR3表達(dá)有輕度的增加，而在未受傷大鼠有明顯的增加。這些結(jié)果說明TLR4在小膠質(zhì)細(xì)胞的激活及其細(xì)胞因子的表達(dá)都有一定的影響。其具體的作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

總之，小膠質(zhì)細(xì)胞表面的受體TLR4在外周神經(jīng)損傷后造成的病理性疼痛中起著很重要的作用。調(diào)節(jié)許多炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，會(huì)對(duì)疼痛的敏化造成一定的影響。還有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[14]，只是在損傷早期這些因子的表達(dá)會(huì)升高，在后期并不明顯。有報(bào)道說，損傷后期主要是星形膠質(zhì)細(xì)胞表面的標(biāo)志物GFAP會(huì)升高，而在起始階段沒有發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。所以，神經(jīng)病理性疼痛與小膠質(zhì)細(xì)胞表面的受體TLR4的關(guān)系還需要進(jìn)一步探討，找出相關(guān)聯(lián)的因素，為發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點(diǎn)作準(zhǔn)備。

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