膠質(zhì)細胞參與癌痛的實驗研究進展*

牛 娟，劉培雯，黃杜娟，樂明霞，周 瑞 綜述，曾俊偉 審校

(遵義醫(yī)學院生理學教研室/貴州省麻醉與器官功能保護重點實驗室，貴州遵義 563000)

·綜 述·

膠質(zhì)細胞參與癌痛的實驗研究進展*

牛 娟，劉培雯，黃杜娟，樂明霞，周 瑞 綜述，曾俊偉△審校

(遵義醫(yī)學院生理學教研室/貴州省麻醉與器官功能保護重點實驗室，貴州遵義 563000)

癌痛；脊髓背角；膠質(zhì)細胞

世界衛(wèi)生組織和國際疼痛研究協(xié)會將疼痛定義為：疼痛是組織損傷或潛在組織損傷所引起的不愉快感覺和情感體驗。癌痛是中晚期腫瘤患者最常見的癥狀之一，常給患者造成巨大的痛苦、憂慮及不安。因此，癌痛的機制研究以及藥物研發(fā)已成為目前疼痛醫(yī)學的研究熱點之一。各種癌痛動物模型的建立為探討癌痛的機制、研究新的鎮(zhèn)痛方法提供了參考。近年研究表明，脊髓背角膠質(zhì)細胞的激活以及功能增強參與了多種實驗動物的癌痛形成。

1 骨癌痛

骨癌痛模型是目前最常見的癌痛模型之一。早在1999年，Schwei 等[1]將骨肉瘤細胞注射到小鼠股骨后，出現(xiàn)觸誘發(fā)痛，且痛行為與骨質(zhì)破壞程度呈正相關。隨后，Medhurst 等[2]將Walker 256乳腺癌細胞注射到大鼠脛骨骨髓腔造成脛骨骨癌痛模型。此外，將纖維肉瘤細胞注射到大鼠跟骨造成跟骨骨癌痛模型[3]，將溶骨性肉瘤細胞注射入C3H/HeJ小鼠股骨骨髓腔造成股骨骨癌痛模型[4]。目前研究表明，脊髓背角膠質(zhì)細胞在骨癌痛的形成、發(fā)展中起了重要作用。

在MRMT-1 細胞注射的骨癌痛大鼠，隨注射后時間延長，骨質(zhì)破壞增加，腰部脊髓背角GFAP(星形膠質(zhì)細胞標記物)和Iba-1(小膠質(zhì)細胞標記物)表達增強；在溶骨性肉瘤細胞注射的股骨骨癌痛模型，在脊髓可見GFAP表達上調(diào)[4-5]。在Walker 256乳腺癌細胞注射的骨癌痛大鼠，背角GFAP和OX-42表達上調(diào)，在7～21 d均可見星形膠質(zhì)細胞激活，但小膠質(zhì)細胞激活在14～21 d更為明顯[6]，ERK磷酸化(存在于星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞)以及JNK磷酸化(存在于星形膠質(zhì)細胞)增強，伴隨有炎癥因子白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-6(IL-6)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)在mRNA水平表達上調(diào)[7-8]；鞘內(nèi)注射星形膠質(zhì)細胞代謝抑制劑氟代檸檬酸可明顯減輕骨癌痛大鼠痛敏癥狀，背角炎癥因子表達隨之下降，星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞ERK磷酸化明顯減弱。在脛骨骨癌痛大鼠，背角神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞可見PI3Kγ/Akt磷酸化增強，通過下游ephrinBs/EphBs途徑，參與脊髓水平傷害性信息的調(diào)制[9]。

對于背角膠質(zhì)細胞參與骨癌痛的機制，目前研究認為有多種炎癥因子、神經(jīng)活性物質(zhì)或受體分子參與。鞘內(nèi)注射Toll樣受體-4拮抗劑納洛酮可以減輕膠質(zhì)細胞激活與炎癥因子表達，這提示Toll樣受體-4對膠質(zhì)細胞激活起了重要的調(diào)節(jié)作用[8,10]。Yan等[11]觀察到，脂多糖可以激活背角小膠質(zhì)細胞Toll樣受體-4并促進IL-1β釋放，通過突觸前機制作用于背角神經(jīng)元，抑制GABA受體活性。免疫熒光雙標技術觀察到，脂氧素A4受體主要表達于背角星形膠質(zhì)細胞，注射脂氧素A4可明顯減輕Walker256乳腺癌細胞注射的骨癌痛大鼠痛敏癥狀，而且下調(diào)背角IL-1β和TNF-α表達。此外，背角小膠質(zhì)細胞嘌呤P2X7受體/p38MAPK磷酸化/IL-18途徑也參與了Walker256乳腺癌細胞注射的骨癌痛大鼠痛敏行為[6]。也有文獻[12]報道，在骨癌痛大鼠背角神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞，降鈣素基因相關肽CGRP的受體成分(CLR and RAMP1)表達上調(diào)，CGRP促進星形膠質(zhì)細胞釋放ATP，進一步促進膠質(zhì)細胞激活和神經(jīng)活性物質(zhì)的釋放。

在脊髓水平有多種趨化因子也參與了骨癌痛的發(fā)生過程。在RM-1前列腺癌細胞注射的骨癌痛小鼠，應用熒光定量PCR技術、免疫熒光雙標以及免疫印跡技術觀察到背角星形膠質(zhì)細胞CXCL1表達上調(diào)，注射趨化因子CXCL1的中和抗體或核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)抑制劑可明顯減輕癌痛小鼠的熱痛敏和機械痛敏行為，同時使CXCL1表達下調(diào)；與此類似，離體實驗觀察到TNF-α可以通過活化NF-κB，促進培養(yǎng)的小鼠背角星形膠質(zhì)細胞CXCL1表達上調(diào)[13]。在骨癌痛大鼠，CXCL12可以經(jīng)背角星形膠質(zhì)細胞縫隙連接通道connexin 43(Cx43)釋放，參與脊髓水平痛覺敏感化的形成[14]。而且，CXCL10的中和抗體以及相應的CXCR3 受體拮抗劑也可以明顯減輕Walker 256乳腺癌細胞注射的骨癌痛大鼠脊髓背角小膠質(zhì)細胞激活[15]。

2 面癌及口腔癌痛

Hidaka等[16]將Walker256B 細胞注射到大鼠一側(cè)觸須部皮膚建立面癌痛模型，接種3～4 d后即可出現(xiàn)自發(fā)痛、機械痛敏和熱痛敏反應。在面癌痛大鼠三叉神經(jīng)節(jié)未見衛(wèi)星細胞GFAP表達增多，但同側(cè)延髓背角星形膠質(zhì)細胞GFAP和小膠質(zhì)細胞Iba-1表達上調(diào)。如果在接種Walker256B細胞之前腹腔內(nèi)注射膠質(zhì)細胞活性抑制劑丙戊茶堿，則可以明顯抑制延髓背角星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞激活。Sago等[17]觀察到，在大鼠一側(cè)觸須部皮膚接種Walker256B 細胞，腫瘤生長較為局限，感覺纖維投射向延髓而不是上部頸髓(框下區(qū)皮膚感覺纖維向頸髓投射)，然而，在胡須部位和框下區(qū)皮膚均出現(xiàn)機械痛敏和熱過敏反應，應用免疫熒光和免疫印跡技術均觀察到，在三叉神經(jīng)頸復合體星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞在接種瘤細胞第4天即廣泛激活，到接種11 d后逐漸降低，而在延髓背角星形膠質(zhì)細胞主要在接種后第4天激活，隨后范圍擴大到上部頸髓背角。在接種瘤細胞第4天給予丙戊茶堿可以明顯減輕痛敏行為和膠質(zhì)細胞活化程度。

最近Hironaka 等[18]將鱗癌細胞SCC-158注入雌性大鼠下牙齦造成牙齦癌痛模型，在10～20 d內(nèi)，在下頜皮膚誘發(fā)明顯的機械痛，在16～28 d內(nèi)于相應觸須根部皮膚亦可誘發(fā)機械痛。在接種SCC-158細胞28 d后，可觀察到，在三叉神經(jīng)節(jié)，那些包圍大、中等直徑神經(jīng)元的衛(wèi)星細胞數(shù)目明顯增多，但延髓背側(cè)星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞數(shù)目沒有明顯增多。如將鱗癌細胞注入大鼠舌部造成舌癌痛模型，在淺麻醉狀態(tài)下可誘發(fā)出機械痛敏和熱痛敏行為，接種14 d后在延髓背側(cè)小膠質(zhì)細胞嘌呤P2Y12受體表達上調(diào)，腦池內(nèi)注射或腹腔注射小膠質(zhì)細胞活性抑制劑米諾環(huán)素或P2Y12受體拮抗劑MRS2395 有可能通過抑制小膠質(zhì)細胞活化進而抑制傷害性信息的傳遞，發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應[19]。

3 其他癌痛模型

在臨床上，由于腫瘤組織浸潤或壓迫外周神經(jīng)組織常引起神經(jīng)性癌痛。將NCTC 2472 肉瘤細胞注射入C57BL/6小鼠坐骨神經(jīng)近端制作神經(jīng)性癌痛模型，隨著腫瘤生長，可觀察到機械痛敏現(xiàn)象，脊髓前角及背角小膠質(zhì)細胞活化，Iba-1/OX-42表達上調(diào)從第8天即可觀察到，隨后開始下降，到第14天不明顯，此現(xiàn)象可以被腹腔注射神經(jīng)生長因子抗體所抑制；從第8天即可觀察到脊髓星形膠質(zhì)細胞活化，到第21天活化最為明顯[20]。然而，在胰腺癌小鼠，外周衛(wèi)星細胞的激活似乎通過抑制脊髓膠質(zhì)細胞激活發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[21]。 三磷酸鳥苷環(huán)水解酶抑制劑DAHP可以緩解B6黑色素瘤注射C57BL6小鼠足底后誘發(fā)的皮膚癌痛，同時背角小膠質(zhì)細胞活化及Iba-1表達上調(diào)均減輕；DAHP與嗎啡合用則可以進一步加強嗎啡的鎮(zhèn)痛效應，但并不增強嗎啡的不良反應，這提示DAHP有可能將來用于癌痛患者的治療[22]。

4 化療痛

由奧沙利鉑、長春新堿、紫杉醇、順鉑等抗腫瘤藥物化療時損傷神經(jīng)系統(tǒng)所誘導的神經(jīng)病理性疼痛，稱為化療痛，常表現(xiàn)為痛覺過敏或超敏反應。如奧沙利鉑和5-氟尿嘧啶及甲酰四氫葉聯(lián)連用，常用于轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌、卵巢癌和胰腺癌的化療，但奧沙利鉑引起的化療痛癥狀隨劑量加大而加重。在腹腔注射奧沙利鉑誘發(fā)的化療痛大鼠，給予肌肉注射α-conotoxin RgIA阻斷α9、α10 N型乙酰膽堿受體，可以抑制背角星形膠質(zhì)細胞活性，發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應[23]；在注射長春新堿誘發(fā)的化療痛小鼠，也觀察到背角星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞激活[24]； 硼替佐米是近年來用于骨髓瘤的化療藥物，也可以刺激大鼠產(chǎn)生化療痛，背角星形膠質(zhì)細胞激活，GFAP和connexin 43表達上調(diào)，但此現(xiàn)象可以被鞘內(nèi)注射米諾環(huán)素所抑制[25]。但Robinson等[26]實驗觀察到，在奧沙利鉑、硼替佐米誘發(fā)的化療痛大鼠，背角星形膠質(zhì)細胞明顯激活，但小膠質(zhì)細胞激活并不明顯。這些研究表明，脊髓膠質(zhì)細胞的激活與化療藥物誘發(fā)的神經(jīng)病理性疼痛密切相關。

在注射長春新堿誘發(fā)的化療痛小鼠，鞘內(nèi)注射血紅素加氧酶1(HO-1)的誘導劑可以明顯減輕脊髓背角星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞激活，抑制p38MAPK磷酸化，抑制腫瘤壞死因子-α和單核細胞趨化蛋白-1生成，從而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。但是，在注射長春新堿誘發(fā)的化療痛大鼠，僅觀察到脊髓背角星形膠質(zhì)細胞激活而沒有明顯小膠質(zhì)細胞激活；鞘內(nèi)注射氟代檸檬酸可減輕其痛敏癥狀，而米諾環(huán)素則無此效應。進一步觀察到，氧化應激可以促進大鼠脊髓星形膠質(zhì)細胞激活，隨后IL-1β表達及釋放增多，轉(zhuǎn)而作用于背角神經(jīng)元促進NMDA受體磷酸化，增強突觸傳遞效能，這有可能是長春新堿誘發(fā)化療痛的重要機制之一[27]。

SOD模擬化合物MnL4可以抑制奧沙利鉑誘發(fā)的大鼠熱痛敏和機械痛敏；進一步離體實驗觀察到，MnL4可以抑制奧沙利鉑刺激離體大鼠皮層星形膠質(zhì)細胞脂質(zhì)過氧化物產(chǎn)生，同時下調(diào)caspase3/7活性。MnL4對于ATP誘發(fā)的皮層星形膠質(zhì)細胞鈣濃度上調(diào)同樣表現(xiàn)抑制作用；但MnL4并不影響奧沙利鉑對HT-29癌細胞的毒性作用，這提示MnL4或許將來能夠用于化療痛的治療[28]。

研究表明，在注射紫杉醇誘發(fā)的化療痛大鼠，疼痛的發(fā)生機制與膠質(zhì)細胞谷氨酸及GABA轉(zhuǎn)運體活性變化有關。其背角GABA能神經(jīng)元突觸傳遞效能降低可以被GABA轉(zhuǎn)運體GAT-1阻斷劑改善，但不受GAT-3阻斷劑影響；GAT-1(表達于突觸前末梢和星形膠質(zhì)細胞)表達上升而GAT-3(主要表達于星形膠質(zhì)細胞)下降，提示化療痛的發(fā)生與GABA的重吸收增強有關[29]。此外，糖原合酶激酶3β活性增強促進了星形膠質(zhì)細胞激活，IL-1β表達上調(diào)，谷氨酸轉(zhuǎn)運體GLT-1活性下降，細胞外液中谷氨酸增多，導致神經(jīng)元活性上調(diào)[30]。這提示谷氨酸及GABA轉(zhuǎn)運體可以作為化療痛的藥物作用靶點，以糾正星形膠質(zhì)細胞谷氨酸重吸收減少、GABA能神經(jīng)元的脫抑制狀態(tài)，進而緩解化療痛的癥狀。此外，尚有報道紫杉醇可以刺激脊髓背角星形膠質(zhì)細胞趨化因子單核細胞趨化蛋白-1表達[31]。

5 總 結(jié)

綜上所述，在諸多動物癌痛模型中，脊髓背角膠質(zhì)細胞活化，細胞表面受體蛋白表達發(fā)生相應變化、神經(jīng)活性物質(zhì)合成或釋放增多，隨后影響感覺神經(jīng)元突觸傳遞效能，這可能是癌痛發(fā)生與維持的重要機制之一。因此，抑制膠質(zhì)細胞活化和后續(xù)的神經(jīng)活性物質(zhì)釋放成為治療癌痛的重要思路。有關癌痛的研究機制的進展，以及一些藥物在癌痛動物模型上體現(xiàn)出良好的鎮(zhèn)痛效應，都將為癌痛的臨床治療帶來新的希望。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2017.13.040

國家自然科學基金資助項目(31460266)；教育部新世紀優(yōu)秀人才計劃(NCET-13-1070)；貴州省科教英才基金資助項目(黔省專合字2012-93號)。 作者簡介：牛娟(1987-)，碩士，主要從事疼痛的神經(jīng)化學機制研究?！?/p>

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