疼痛的生物學(xué)標(biāo)志物研究新進(jìn)展

李玄英，倪家驤

生物學(xué)標(biāo)志物是研究各種環(huán)境(化學(xué)的、物理的和生物學(xué)的)因子對(duì)生物體作用所引起機(jī)體器官、細(xì)胞、亞細(xì)胞的生化、生理、免疫和遺傳等任何可測(cè)定的改變。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)和人類基因組計(jì)劃的進(jìn)展，越來(lái)越多的生物學(xué)標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用于疾病早期診斷、預(yù)防和治療監(jiān)控，例如腫瘤、類風(fēng)濕、心臟病等，尋找和發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的生物學(xué)標(biāo)志物已成為目前各領(lǐng)域疾病研究的重要熱點(diǎn)。疼痛是一種不愉快的主觀體驗(yàn)，伴隨著一定程度的組織損傷。然而，目前尚缺乏一種可以測(cè)量疼痛的實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)，對(duì)疼痛的臨床評(píng)價(jià)主要是依靠臨床癥狀和患者的主訴。最近，人們通過(guò)新型、敏感、特異性的蛋白質(zhì)分析方法對(duì)血、尿、腦脊液和活檢組織進(jìn)行鑒定，試圖發(fā)現(xiàn)不同疼痛類型所伴隨的生物學(xué)標(biāo)志物的變化。本文對(duì)有關(guān)方面的文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，以便為進(jìn)一步探索客觀、有效的疼痛評(píng)價(jià)指標(biāo)提供幫助。

1 頭面部痛

Harrington[1]對(duì)自1897年以來(lái)有關(guān)原發(fā)性偏頭痛的腦脊液生化指標(biāo)改變的55篇論著進(jìn)行綜述，被檢測(cè)的指標(biāo)包括精氨酸酯酶活性、乙酰膽堿活性、腎上腺素、5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、緩激肽、激肽酶活性、腦脊液(cerebrospinal fluid,CSF)壓力、腦啡肽酶活性、葡萄糖、促腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocorticotropic hormone,ACTH)、鉀、鈣、銅、鋅、鎂、酪氨酸、天冬氨酸、血管內(nèi)皮素-1、2-花生四烯酰甘油、細(xì)胞計(jì)數(shù)、總蛋白、清蛋白、少克隆帶、肌酸激酶BB亞型、嗜鉻粒顆粒A等。其中CSF的細(xì)胞數(shù)、總蛋白、葡萄糖和壓力與對(duì)照組相比無(wú)明顯差異；其他一些指標(biāo)盡管在文獻(xiàn)中顯示了明顯差異，但這些物質(zhì)在偏頭痛患者表達(dá)的特異性仍需進(jìn)一步研究。在Edvinsson[2]對(duì)偏頭痛有關(guān)的生物學(xué)標(biāo)志物的綜述中，一些文獻(xiàn)對(duì)偏頭痛發(fā)作時(shí)血漿中內(nèi)源性阿片肽類物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)甲硫氨酸腦啡肽、β-內(nèi)啡肽顯著升高，但另一些研究卻顯示二者沒(méi)有或僅有輕度改變。而且，雖然50%有先兆的偏頭痛發(fā)作時(shí)均伴有腦血流降低，表明血管運(yùn)動(dòng)功能紊亂，但在為數(shù)不多的文獻(xiàn)中，僅顯示水、鈉平衡異常，而血管緊張素的濃度并無(wú)明顯變化。另外，偏頭痛發(fā)作時(shí)，降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene related protein,CGRP)有顯著升高：CGRP入血可介導(dǎo)疼痛所伴隨的顱內(nèi)血管擴(kuò)張，當(dāng)給予5-HT1B/1D受體激動(dòng)劑(抗偏頭痛藥物舒馬曲坦)和特異性CGRP受體拮抗劑BIBN4096后，偏頭痛患者血漿CGRP恢復(fù)正常，同時(shí)頭痛癥狀緩解；舒馬曲坦抑制CGRP釋放是通過(guò)5-HT1D受體使細(xì)胞內(nèi)鈣含量升高[3]。在叢集性頭痛發(fā)作期，Goadsby[4]發(fā)現(xiàn)CGRP和血管收縮腸肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)升高，并認(rèn)為這表明發(fā)作時(shí)有腦干反射激活，該反射環(huán)路由三叉神經(jīng)輸入和面神經(jīng)的副交感神經(jīng)輸出。隨著模型動(dòng)物的建立，人們發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性L-精氨酸/一氧化氮(NO)通路和結(jié)構(gòu)性一氧化氮合酶(constitutive nitric oxide synthase,cNOS)在硝酸甘油誘發(fā)的頭痛模型動(dòng)物中上調(diào)[5]。

Strittmatter等[6]對(duì)三叉神經(jīng)痛患者CSF的神經(jīng)肽和單胺類物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)三叉神經(jīng)痛患者CSF中去甲腎上腺素、5-HT降低，而神經(jīng)肽Y水平升高。Edvinsson等[7]發(fā)現(xiàn)，在三叉神經(jīng)節(jié)毀損時(shí)刺激三叉神經(jīng)節(jié)后，頸靜脈血液內(nèi)CGRP和P物質(zhì)含量升高。顱內(nèi)血管經(jīng)頸外靜脈回流，神經(jīng)肽Y、VIP和CGRP、P物質(zhì)，分別被作為交感、副交感和感覺(jué)神經(jīng)興奮的標(biāo)志物[8]。因?yàn)樽匀嫔窠?jīng)節(jié)神經(jīng)元發(fā)出的C纖維主要含有CGRP和P物質(zhì)，而Aδ纖維主要含有CGRP和谷氨酸作為致痛物質(zhì)，在神經(jīng)節(jié)刺激結(jié)束后，血液內(nèi)這兩種肽類物質(zhì)濃度恢復(fù)正常。

由于不同時(shí)期診斷標(biāo)準(zhǔn)的差異，較難對(duì)這些研究結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較。Marchi等[9]認(rèn)為，未來(lái)的研究設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，即具有前瞻性，記錄項(xiàng)目應(yīng)包括：采集CSF的部位(腰椎、頸椎、經(jīng)腹部)、時(shí)間、數(shù)量、檢測(cè)指標(biāo)/檢測(cè)方法、樣本量和根據(jù)國(guó)際頭痛委員會(huì)最新版的頭痛鑒別診斷標(biāo)準(zhǔn)所確立的診斷、其他合并癥以及曾接受的治療等。而且，對(duì)照組的選擇亦應(yīng)加以界定，比如原發(fā)性頭痛的緩解期或健康人群。

2 椎間盤相關(guān)性疼痛

與椎間盤病變相關(guān)的坐骨神經(jīng)痛和肢體功能障礙是非常普遍的健康問(wèn)題，由于可影響到工作能力，因此也是一個(gè)社會(huì)問(wèn)題。一些學(xué)者認(rèn)為，神經(jīng)損傷可導(dǎo)致一些非特異性(與血組織屏障受損有關(guān))和特異性(與神經(jīng)組織損傷有關(guān))生物學(xué)標(biāo)志物的改變。1999年，Brisby等[10]研究了椎間盤突出癥患者CSF中的標(biāo)志物，認(rèn)為如果存在神經(jīng)損傷，那么神經(jīng)根周圍的CSF中的物質(zhì)變化可能是潛在的疼痛標(biāo)志物。結(jié)果表明，合并坐骨神經(jīng)痛的腰椎間盤突出癥患者中，CSF神經(jīng)纖維絲蛋白和S-100蛋白升高，表明軸突損傷和Schwann細(xì)胞損傷。神經(jīng)纖維絲蛋白似乎是坐骨神經(jīng)痛患者神經(jīng)損傷的潛在標(biāo)志物，而高水平的神經(jīng)纖維絲蛋白與術(shù)后神經(jīng)功能障礙有關(guān)。2002年，Brisby等[11]注意到，白介素8(IL-8)的升高與疼痛強(qiáng)度有關(guān)，并與較大的突出物有關(guān)；但是，白介素1β(IL-1β)、白介素6(IL-6)、干擾素(IFN)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、膠質(zhì)纖維絲酸性蛋白、神經(jīng)元特異性烯醇化酶與椎間盤突出引起的疼痛無(wú)關(guān)。Kuiper等[12]在研究椎間盤突出引起的疼痛中，認(rèn)為椎間盤的損傷與膠原代謝增加有關(guān)。他們采用血清標(biāo)志物，如I型前膠原羧基端肽(PICP)和Ⅰ型膠原C端肽(CTX)來(lái)監(jiān)測(cè)膠原的代謝，這些標(biāo)志物分別代表了I型膠原的合成和降解。通過(guò)測(cè)量PICP、CTX和接受腰椎間盤突出手術(shù)患者的背痛、下肢痛和功能障礙的關(guān)系，他們發(fā)現(xiàn)I型膠原合成增高(與高水平的PICP有關(guān))，降解降低(與低水平的CTX有關(guān))，這些標(biāo)志物也代表了椎間盤組織的恢復(fù)。而且，在對(duì)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和臨床資料分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，組織恢復(fù)與背痛或功能障礙的緩解有關(guān)。

2004年，Cornefjord等[13]采用CSF樣本來(lái)確定模擬臨床椎間盤突出癥的豬模型(n=20)中幾種與神經(jīng)損傷、炎癥和疼痛有關(guān)的物質(zhì)，包括四種神經(jīng)結(jié)構(gòu)蛋白(神經(jīng)纖維絲蛋白、S-100蛋白、神經(jīng)膠質(zhì)原纖維酸性蛋白和神經(jīng)元特異性烯醇化酶)、前炎癥細(xì)胞因子(IL-8)、P物質(zhì)和痛敏肽(nociceptin)的表達(dá)水平。研究顯示，只有神經(jīng)纖維絲蛋白和痛敏肽水平升高，這表明出現(xiàn)了脊神經(jīng)根損傷以及疼痛相關(guān)系統(tǒng)的病變，也證實(shí)了炎癥痛和神經(jīng)病理性疼痛具有不同的生物學(xué)物質(zhì)。這些資料顯示了神經(jīng)損傷(通過(guò)測(cè)量神經(jīng)纖維絲蛋白水平)和疼痛標(biāo)志物(痛敏肽水平)之間的相關(guān)性。

2006年，Balagué等[14]研究了坐骨神經(jīng)痛患者血液中有關(guān)椎間盤代謝的生物學(xué)指標(biāo)，測(cè)定了硫酸角質(zhì)素、透明質(zhì)酸酶、軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(COMP)的變化。在平均4.3年的隨訪中，所有分子指標(biāo)均有升高。Yüceer等[15]檢測(cè)了椎間盤疾病患者血清中免疫球蛋白的變化，并未發(fā)現(xiàn)IgG、IgA、IgM有顯著改變。

3 其他神經(jīng)病理性疼痛

帶狀皰疹后神經(jīng)痛是與水痘-帶狀皰疹病毒感染相關(guān)的疼痛性疾病。年齡、性別、合并癥、前驅(qū)疼痛、部位、皰疹樣皮疹和皮損是皰疹發(fā)展為后遺神經(jīng)痛的預(yù)測(cè)因素。許多研究者認(rèn)為，IL-8和年齡是帶狀皰疹后遺神經(jīng)痛的最佳預(yù)測(cè)因素，但還與疾病的時(shí)程和程度相關(guān)。2004年，Kotani等[16]觀察了170例非三叉神經(jīng)帶狀皰疹引起的疼痛患者CSF中IL-8表達(dá)，來(lái)確定IL-8的升高是否能夠判斷患者是否出現(xiàn)后遺神經(jīng)痛。這項(xiàng)研究將年齡和急性疼痛考慮在內(nèi)，認(rèn)為在皰疹完全結(jié)痂時(shí)測(cè)定的CSF中IL-8的濃度是預(yù)測(cè)患者是否出現(xiàn)后遺神經(jīng)痛的良好指標(biāo)。

炎癥是引起神經(jīng)損傷和神經(jīng)痛的一個(gè)重要原因。一些研究者認(rèn)為，炎癥引起的神經(jīng)病理性疼痛是由于炎癥介質(zhì)IL-6和TNF-α的作用。Empi等[17]分析了疼痛性和非疼痛性神經(jīng)病患者活檢神經(jīng)組織樣本中TNF-α的表達(dá)和血清中TNF-α受體的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)在疼痛性神經(jīng)病患者髓鞘的Schwann細(xì)胞中TNF-α表達(dá)上調(diào)，而且在機(jī)械痛覺(jué)超敏的患者血清TNF-α受體也升高，說(shuō)明全身TNF-α受體水平在疼痛的中樞處理機(jī)制方面起重要作用。2007年，üceyler等[18]在疼痛或非疼痛動(dòng)物模型上檢測(cè)了前炎癥因子[TNF-α和白介素2(IL-2)]和抗炎因子[白介素4(IL-4)和白介素10(IL-10)]在蛋白水平和mRNA表達(dá)上的差異。結(jié)果顯示，前炎癥細(xì)胞因子和周圍神經(jīng)病理性疼痛癥狀間具有相關(guān)性，而抗炎因子似乎有鎮(zhèn)痛作用。因此，細(xì)胞因子可作為神經(jīng)病理性疼痛的一個(gè)標(biāo)志物，并幫助我們決定是否采用細(xì)胞因子治療。

胱蛋白酶抑制劑C是一個(gè)胱蛋白酶抑制劑家族的半胱氨酸蛋白酶抑制劑，由星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元所分泌，被認(rèn)為可能是存在于人類CSF的疼痛標(biāo)志物。在持續(xù)性疼痛的動(dòng)物模型(大鼠)中，脊髓背角胱蛋白酶抑制劑C編碼基因表達(dá)上調(diào)[19]。

痛敏肽/胍啡肽是阿片樣受體(OLR-1)的神經(jīng)肽配體，在模型動(dòng)物的脊髓水平具有抗傷害作用，而在脊髓上水平具有傷害作用，是一種抗阿片分子。2006年，Raffaeli等[20]發(fā)現(xiàn)未接受嗎啡治療的慢性非癌痛患者CSF中痛敏肽含量增多。相反，在接受鞘內(nèi)注射嗎啡的患者中，CSF中痛敏肽的含量降低。這項(xiàng)研究顯示，痛敏肽合成的升高是脊髓水平疼痛的反映，而嗎啡的鎮(zhèn)痛作用引起了痛敏肽合成降低。

總之，盡管目前人們對(duì)是否存在疼痛的生物學(xué)標(biāo)志物仍有爭(zhēng)議，但隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和臨床研究的進(jìn)一步深入，將會(huì)進(jìn)一步揭示疼痛的機(jī)制，針對(duì)不同疼痛類型的疼痛標(biāo)志物的探討，亦將有助于頑固性疼痛的預(yù)防和治療。

1 Harrington MG.Cerebrospinal fluid biomarkers in primary headache disorders[J].Headache,2006,46(7):1075-1087.

2 Edvinsson L.Neuronal signal substances as biomarkers of migraine[J].Headache,2006,46(7):1088-1094.

3 Villalón CM,Olesen J.The role of CGRP in the pathophysiology of migraine and efficacy of CGRP receptor antagonists as acute antimigraine drugs[J].Pharmacol Ther,2009,124(3):309-323.

4 Goadsby PJ.Calcitonin gene-related peptide (CGRP) antagonists and migraine:Is this a new era?[J].Neurology,2008,70(16):1300-1301.

5 Tfelt-Hansen PC,Tfelt-Hansen J.Nitroglycerin headache and nitroglycerin-induced primary headaches from 1846 and onwards:A historical overview and an update[J].Headache,2009,49(3):445-456.

6 Strittmatter M,Grauer M,Isenberg E,et al.Cerebrospinal fluid neuropeptides and monoaminergic transmitters in patients with trigeminal neuralgia[J].Headache,1997,37(4):211-216.

7 Edvinsson L,Goadsby PJ.Neuropeptides in the cerebral circulation:Relevance to headache[J].Cephalalgia,1995,15(4):272-276.

8 Miller RD.Miller′s anesthesia[M].7th ed.Churchill Livingstone:Elsevier,2009.

9 Marchi A,Vellucci R,Mameli S,et al.Pain biomarkers[J].Clin Drug Invest,2009,29(suppl 1):41-46.

10 Brisby H,Olmarker K,Rosengren L,et al.Markers of nerve tissue injury in the cerebrospinal fluid in patients with lumbar disc herniation and sciatica[J].Spine,1999,24(8):742-746.

11 Brisby H,Olmarker K,Larsson K,et al.Proinflammatory cytokines in cerebrospinal fluid and serum in patients with disc herniation and sciatica[J].Eur Spine J,2002,11(1):62-66.

12 Kuiper JI,Verbeek JH.Exploration of the use of biomarkers to monitor recovery after surgery for lumbar disc herniation:A prospective cohort study[J].J Spinal Disord,2002,15(5):398-403.

13 Cornefjord M,Nyberg F,Rosengren L,et al.Cerebrospinal fluid biomarkers in experimental spinal nerve root injury[J].Spine,2004,29(17):1862-1868.

14 Balagué F,Nordin M,Schafer D,et al.The potential value of blood biomarkers of intervertebral disk metabolism in the follow-up of patients with sciatica[J].Eur Spine J,2006,15(5):627-633.

15 Yüceer N,Arasil E,Temiz C.Serum immunoglobulins in brain tumors and lumbar disc disease[J].Neuro Report,2000,11(2):279-281.

16 Kotani N,Kudo R,Sakurai Y,et al.Cerebrospinal fluid interleukin 8 concentrations and the subsequent development of postherpetic neuralgia[J].Am J Med,2004,116(5):318-324.

17 Empi M,Renaud S,Erne B,et al.TNFα expression in painful and nonpainful neuropathies[J].Neurology,2001,56(10):1371-1377.

18 üceyler N,Rogausch J,Toyka KV,et al.Differential expression of cytokines in painful and painless neuropathies[J].Neurology,2007,69(1):42-49.

19 Mannes AJ,Martin BM,Yang H-YT,et al.Cystatin C as a cerebrospinal fluid biomarker for pain in humans[J].Pain,2003,102(3):251-256.

20 Raffaeli W,Samolsky BG,Landuzzi D,et al.Nociceptin levels in the cerebrospinal fluid of chronic pain patients with or without intrathecal administration of morphine[J].J Pain Symptom Manage,2006,32(4):372-377.