神經生長因子-TrkA信號通路在疼痛中的作用機制及TrkA抑制劑的研究進展

程鳴佳，林一丹

按照國際疼痛學會(IASP)的定義，疼痛是一種令人不快的感覺和情緒上的感受，伴隨有現(xiàn)存的或潛在的組織損傷。慢性疼痛又稱持續(xù)性疼痛，特指持續(xù)時間在6個月以上，超過疾病痊愈或創(chuàng)傷愈合所需正常時間的疼痛，涉及多種炎性和神經性疾病，包括創(chuàng)傷、間質性膀胱炎、胰腺炎、類風濕性關節(jié)炎、骨關節(jié)炎、腫瘤、皰疹后神經痛和糖尿病性神經病等。慢性持續(xù)性疼痛已成為全世界面臨的一個主要健康問題。

目前臨床上對于輕至中度疼痛，主要使用非阿片類鎮(zhèn)痛藥，如非甾體類抗炎藥(NSAIDs);對于中至重度疼痛，主要使用阿片類鎮(zhèn)痛藥。然而，NSAIDs存在“封頂效應”，阿片僅能使不到30%的非腫瘤性慢性疼痛得到有效緩解，20%的癌痛患者存在阿片類藥物耐藥。此外，現(xiàn)有止痛藥還存在輕至重度不良反應，長期用藥過程中尤其明顯。由于現(xiàn)有藥物只對約1/3慢性疼痛患者有效［1］，且對于更多患者來說，長期用藥的安全性是一個主要問題，所以開發(fā)新型止痛藥有極大的臨床需求。自從30多年前NSAIDs被應用于鎮(zhèn)痛，臨床上還未開發(fā)出任何新穎有效的鎮(zhèn)痛藥。因此，全新的藥物作用靶點開始受到關注，如TrkA受體就是其中之一。本文就TrkA受體在疼痛中的作用及TrkA抑制劑的研究進展進行綜述。

1 TrkA受體

TrkA受體家族屬于受體酪氨酸激酶(RTKs)，包括TrkA、TrkB和TrkC。TrkA是神經生長因子(NGF)的受體酪氨酸激酶，選擇性結合NGF，是NGF的功能性受體。除高親和力受體TrkA外，NGF還可與其低親和力受體p75結合［2］。

NGF與TrkA受體結合主要激活3個信號通路:(1)PI3K(phosphatidyl inositol-3-kinase)通路，抑制凋亡蛋白;(2)MAPK(mitogen-activated protein kinase)通路，促進神經元分化和軸突生長;(3)磷脂酶C-γ(PLC-γ)通路，參與介導過度敏感現(xiàn)象［3］。

NGF與TrkA的相互作用在神經元的生存與分化中起關鍵作用。然而，在NGF調控異常的情況下，這種相互作用可以成為導致疼痛的因素之一［4］。

2 NGF 及TrkA在疼痛和痛覺過敏中的作用

NGF及TrkA與疼痛和痛覺過敏的關系主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)NGF水平在創(chuàng)傷、炎癥和慢性疼痛中升高:在大量動物和人體實驗中，NGF水平升高與疼痛之間的關系已得到確定。在類風濕性關節(jié)炎、間質性膀胱炎、胰腺炎、前列腺炎、糖尿病性神經病、癌性疼痛和椎間盤退行性病變等急性或慢性疼痛狀態(tài)中，NGF水平都有所升高［5］。(2)應用NGF可加劇疼痛并促進痛覺過敏:在隨機雙盲人體試驗中，與基線相比，肌內注射NGF可增加痛覺感受程度，并且可以增加注射部位的壓痛敏感性［6］。如咬肌局部注射NGF可導致機械性痛覺超敏(mechanical allodynia)和持續(xù)時間至少長達7d的痛覺過敏(hyperalgesia)［7］。(3)大量臨床前證據(jù)表明，阻斷NGF與TrkA的作用可以減輕疼痛和痛覺過敏:動物模型已證實，使用抗NGF抗體或非選擇性小分子TrkA抑制劑阻斷NGF-TrkA信號可抑制疼痛［8-9］。在一些由創(chuàng)傷造成的神經病理性疼痛的動物模型中，阻斷NGFTrkA信號可防止溫度性和機械性痛覺過敏。這些動物模型包括慢性擠壓損傷［10］、部分神經切斷術［11］以及脊髓部分橫斷模型［12］。

先天性無痛無汗癥(CIPA)是由于TrkA基因突變，受體無法與NGF結合，從而導致患者對痛覺感受能力降低［13］。盡管TrkA受體無法與NGF結合，CIPA患者的智力和認知能力通常不受影響［13-14］。

由此看來，阻斷NGF-TrkA信號可顯著抑制疼痛，并且不會對中樞神經系統(tǒng)造成嚴重影響。選擇性Trk抑制劑或許可以為臨床上治療疼痛提供新方法。

3 NGF導致疼痛和痛覺過敏的機制

疼痛可按其來源被分為感受性疼痛和神經性疼痛。常見的感受性疼痛來源包括燒傷、機械性創(chuàng)傷和炎癥。神經性疼痛是由神經系統(tǒng)的創(chuàng)傷或疾病造成的。典型神經性疼痛包括幻肢痛、骨關節(jié)炎和糖尿病性神經病。二者都是由相關傷害感受性神經元被激活而引起的。

在創(chuàng)傷和炎癥組織中，NGF高表達，且位于傷害感受性神經元上的TrkA受體的激活可通過多種機制引發(fā)并加強疼痛信號。

3.1 NGF使TRPV1敏感化TrkA選擇性表達于傷害感受性神經元［15］，這些神經元同時表達瞬態(tài)電壓感受器陽離子通道(TRPV1)［16］。TRPV1是一種非選擇性配體門控陽離子通道，能對細胞內或細胞外的機械性、溫度性和化學性刺激做出反應。這些刺激導致TRPV1開放，Ca2+內流，使傷害感受性神經元產生動作電位，傳導疼痛信號［16］。研究表明，NGF水平在慢性疼痛狀態(tài)中異常升高［17］，并且主要通過以下兩條途徑影響TRPV1的功能:(1)創(chuàng)傷或炎癥后，NGF表達增加，與傷害感受性神經元上的TrkA受體結合，激活磷脂酶C，降低TRPV1開放閾值，從而使其敏感化［18］;(2)NGF導致TRPV1表達增加［19］，并促進其向胞膜轉運［20］。這兩條途徑都可以降低傷害感受性神經元動作電位產生的閾值。

3.2 NGF引起傷害感受器基因表達的改變從傷害感受性神經元突觸末端到胞體的逆向NGF信號可增加多種蛋白質的表達，包括P物質、Nav1．8 Na+通道和腦源性神經營養(yǎng)因子(BDNF)等。這些蛋白質進一步使傷害感受性神經元敏感化，并且促進中樞神經系統(tǒng)中次級神經元的激活［5，8］。

3.3 NGF激活肥大細胞在創(chuàng)傷和炎癥狀態(tài)下，NGF可使肥大細胞敏感化。激活的肥大細胞釋放多種疼痛介質，如5-HT、前列腺素、緩激肽、組胺、三磷腺苷(ATP)、H+和NGF本身，從而刺激傷害感受器并增強疼痛反應，形成一個使傷害感受性神經元敏感化的正反饋環(huán)路，間接促進疼痛的產生［21］。

3.4 NGF/TrkA誘導神經芽生和神經瘤形成 組織或神經損傷時，NGF可誘導異常神經芽生和神經瘤的形成［22-23］。在神經瘤動物模型中，隔絕NGF的融合蛋白可減少創(chuàng)傷性神經瘤的形成和自發(fā)異位放電，從而減輕疼痛［22］。因此，阻斷NGF激活TrkA可以在減輕疼痛的同時，阻斷感覺和交感神經纖維的病理性重構，而這種病理重構是痛覺過敏的主要驅動力。此研究結果可被應用于存在組織或神經損傷的情況中，如創(chuàng)傷、截肢手術和骨科手術等。

NGF在疼痛中起著關鍵作用，這為阻斷NGF-TrkA信號以減輕疼痛提供了明確的理論依據(jù)。因此，選擇性Trk抑制劑(至少能抑制TrkA受體)或許可以被應用于疼痛的臨床治療。

4 作用于TrkA受體的藥物

4.1 激酶抑制劑

4.1.1 K252a 一種生物堿樣化合物，可抑制蛋白激酶。K252a能夠抑制NGF介導的TrkA酪氨酸磷酸化，并且對TrkA有高親和性(KD=3 nM)。K252a不直接干擾NGF/p75信號。在體外實驗中，K252a可以有效阻止TrkA信號和NGF介導的神經分化。其IC50為3nM。但K252a的選擇性較低，會干擾其他酪氨酸或絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，從而干擾它們的信號通路［24］。因此，缺乏激酶選擇性限制了K252a作為止痛藥的應用。

4.1.2 Isothiazole 2006年由Pfizer公司報道的高效、高選擇性化合物，在生化分析中具有亞納摩爾級(sub-nanomolar)效能，細胞研究中IC50為7nM［25］。

4.1.3 AZ-23 2009年由AstraZeneca公司報道，具有良好水溶性(100μM)、口服生物利用度以及合適的藥代動力學特性，值得進一步研究。對TrkA有很好的選擇性，不會結合包括FGFR1、FGFR3、Flt3、Ret、MuSK、Lck、EphA2、IR和JAK2在內的多種其他激酶。細胞分析中，對于TrkA的EC50約為2nM［26］。

4.2 擬肽人工設計合成的肽，相似于能和TrkA受體相互作用的短NGF(5-10個氨基酸)基序，可與NGF競爭TrkA受體。擬肽可以起抑制或激活作用?？紤]到鎮(zhèn)痛目的，以下僅涉及抑制性NGF擬肽。

4.2.1 單價環(huán)狀擬肽 C28-35:競爭性結合并抑制TrkA和p75。C92-96:抑制TrkA。IC50為(23．5±16)μM。

4.2.2 1ss Brahimi等［27］通過一個小分子化合物將2個單價擬肽D3連接起來，從而產生NGF拮抗活性。1ss可以阻止NGF與受體的結合以及NGF介導的TrkA信號，其IC50約為5μM。

4.3 小分子抑制劑小分子NGF結合抑制劑非共價地改變神經營養(yǎng)因子表面的靜電和分子拓撲結構。所產生的NGF/小分子復合物將失去有效結合TrkA受體的能力。與抗體不同，小分子抑制劑可以被口服，給藥更為方便。

4.3.1 ALE0540(Allelix Biopharmaceuticals Inc．，Mississauga，ON，加拿大)NGF TrkA受體的非肽類拮抗劑，結合并改變NGF，可抑制NGF與TrkA和p75的結合，也可抑制TrkA受體介導的信號轉導。其IC50為(3．72±1．3)μM［28］。

4.3.2 PD90780(Parke-Davis Pharmaceuticals，Ann Arbor，MI，美國)結合并改變NGF，阻止NGF與TrkA結合。其IC50為1．8μM［29］。

4.3.3 Ro08-2750 結合并改變NGF。其 IC50為86μM［30］。

4.3.4 Y1036 結合并改變NGF，并且可與BDNF、NT3、NT4/5等多種神經營養(yǎng)因子結合。其IC50為5．7μM［31］。

4.4 TrkA單抗MNAC13來源于鼠的針對TrkA的單克隆抗體，可有效減輕疼痛反應，這些疼痛包括炎性疼痛和神經病理性疼痛。其作用在體外和體內實驗中均得到證實［32］。MNAC13可阻斷NGF與TrkA之間的相互作用，并且對TrkA具有特效性，不會結合其他Trk受體［33］。此外，MNAC13還可增強阿片的鎮(zhèn)痛作用［34］。

5 總結與展望

創(chuàng)傷(包括醫(yī)源性創(chuàng)傷，如手術)和慢性疼痛有很大的相關性。手術和創(chuàng)傷是引起慢性疼痛的重要原因，而這種持續(xù)性疼痛成為了影響患者疾病預后、生活質量和心理狀態(tài)的重要因素。在創(chuàng)傷的治療中，有效控制疼痛是一個關鍵環(huán)節(jié)，可減少并發(fā)癥，降低死亡率。雖然創(chuàng)傷后的急性疼痛可用阿片類鎮(zhèn)痛藥控制，但臨床上對于長期慢性疼痛的治療依然非常困難。TrkA抑制劑或許可以為有效控制創(chuàng)傷后的慢性疼痛提供新的解決方案。

為了使TrkA抑制劑的療效最大化，需要進一步確認哪種疼痛是由NGF驅使并維持的。如TrkA陽性纖維主要支配內臟、肌肉和骨骼［35-37］，而TrkA陰性纖維主要支配皮膚［37］。由此可以推測，抑制NGF-TrkA信號對于控制內臟性疼痛將更加有效。還需要理解在疾病的哪個階段，應用TrkA抑制劑最有效。如在臨床前實驗中，抗NGF抗體并不能有效抑制骨折發(fā)生后數(shù)秒至數(shù)分鐘內的疼痛，卻能使骨折24h后的疼痛減輕程度＞50%［38］。這表明抑制NGF-TrkA信號對于控制骨折數(shù)小時至數(shù)天后的疼痛更為有效。除了要確定阻斷NGF-TrkA的鎮(zhèn)痛效果外，還需明確涉及到針對TrkA治療安全性的問題，包括:(1)對于正常自主和感受性神經元結構和功能的影響;(2)在正?；騽?chuàng)傷狀態(tài)下通過胎盤或血腦屏障的能力，以及由此引起的對中樞神經系統(tǒng)的影響;(3)使用強效止痛藥后，患者行為方式以及對受傷肢體或衰退器官使用情況的改變等。

臨床上對于開發(fā)新穎有效，且不會對心血管、胃腸道或中樞神經系統(tǒng)造成嚴重不良影響的鎮(zhèn)痛藥有著極大需求，目前人們已經意識到NGF及其受體在成人疼痛機制中起著關鍵作用，這為開發(fā)出具有靶向性的新型鎮(zhèn)痛藥提供了新的臨床思路。

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