病理性疼痛機制的研究進(jìn)展

李雁楠，王艷紅，張年萍

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西太原 030012;2.山西大同大學(xué)，山西 大同 037009)

病理性疼痛是指在傷害性刺激消除后仍然有疼痛的持續(xù)存在，按病因可分為炎癥性痛、神經(jīng)病理性痛和癌痛三類。臨床上一些炎癥、創(chuàng)傷、手術(shù)、腫瘤、糖尿病等都可以引起神經(jīng)病理性疼痛，患者表現(xiàn)為持續(xù)性自發(fā)痛、觸誘發(fā)痛和痛覺過敏。病理性疼痛的作用機制至今尚未完全闡明，但其中樞和外周機制已被學(xué)者認(rèn)可，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的作用也引起了人們的重視，現(xiàn)在學(xué)者們正致力于研究其發(fā)生和維持的細(xì)胞、分子水平的機制。本文將就病理性疼痛的機制中這幾個方面進(jìn)行綜述。

1 病理性疼痛的中樞和外周機制

1.1 外周敏感化和中樞敏感化

組織損傷可使機體出現(xiàn)兩種反應(yīng)即外周敏感化和中樞敏感化。外周敏感化是初級感覺神經(jīng)元的敏感性增加，對刺激產(chǎn)生夸大的疼痛反應(yīng)和擴大了感受野?？赡芘c炎性介質(zhì)(如5-HT、緩激肽、K+等)的釋放、神經(jīng)異位沖動、交感神經(jīng)和免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等方面有關(guān)。中樞敏感化是損傷或強烈刺激作用于初級傳入纖維引起脊髓背角神經(jīng)元之間的突觸傳遞可塑性發(fā)生變化，使得背角神經(jīng)元興奮性持續(xù)升高和出現(xiàn)痛覺過敏。研究認(rèn)為初級感覺神經(jīng)元的外周敏感化和脊髓背角神經(jīng)元的中樞敏感化是痛覺過敏發(fā)生的基礎(chǔ)，是病理性疼痛的主要機制。

1.2 痛覺過敏的相關(guān)因素

痛覺過敏即傷害性刺激引起的疼痛增強，可分為熱痛覺過敏和機械性痛覺過敏。

1.2.1 興奮性氨基酸(EAAs)及其受體 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最重要的兩種內(nèi)源性EAAs是L－谷氨酸(GLu)、L－天冬氨酸(Asp)，它們都是興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。興奮性氨基酸受體可分為離子型受體和代謝型受體。與痛覺過敏有關(guān)的離子型受體是N－甲基－D－天冬氨酸受體(NMDA)和使君子酸(AMPA)受體，NMDA受體激活使突觸后膜鈣離子內(nèi)流增加，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞內(nèi)的一系列代謝變化導(dǎo)致熱痛覺過敏。Schmidt［1］的實驗和Wong等［2］的研究表明用NMDA受體拮抗劑和抑制NMDA受體都可抑制EAAs的興奮作用降低痛覺過敏。代謝型受體(mGluRs)是與G－蛋白耦聯(lián)，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的第二信使。代謝型受體與AMPA的共同激活隨之的磷脂酶A2(PLA2)和環(huán)氧合酶(COX)的激活引起機械性痛覺過敏。Fujita等［3］研究表明，在疏松結(jié)扎大鼠下牙槽神經(jīng)的痛覺過敏模型上，三叉神經(jīng)核尾側(cè)EAAs水平升高，牙齒觸痛敏感性增加。因此，EAAs及其受體參與了痛覺過敏的發(fā)生。

1.2.2 蛋白激酶C(PKC)與傷害性刺激 PKC以無活性形式廣泛存在于細(xì)胞質(zhì)。大鼠足底注射佛氏佐劑可引起大鼠脊神經(jīng)元PKC上調(diào)，使大鼠對傷害性刺激的反應(yīng)增強。大鼠鞘內(nèi)注射雙吲哚馬來酰胺(PKC抑制劑)可減少足底注射福爾馬林引起的搔抓反應(yīng)。結(jié)扎大鼠坐骨神經(jīng)引起熱痛覺過敏的模型中，其PKC水平明顯增高。這些實驗都表明，PKC參與了痛覺過敏的形成。Chiu等［4］實驗研究也表明，控制大鼠脊髓背角的NMDA水平給予可卡因和安非他明調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄肽(CARTp)，大鼠對傷害的反應(yīng)性增強，主要是通過PKC和PKA信號通道完成的。

1.2.3 一氧化氮(NO)與熱痛覺過敏 Chacur等［5］實驗表明，傷害性刺激使坐骨神經(jīng)疼痛模型的大鼠脊髓內(nèi)神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)增多，引起NO在病變的神經(jīng)末梢內(nèi)增多。Chen等［6］研究也表明，弗氏佐劑所致的熱痛覺過敏的模型中NOS的升高使細(xì)胞因子(如TNF-α、IL-1、SP等)表達(dá)上調(diào)，這些細(xì)胞因子作用于突觸前末稍釋放傷害性神經(jīng)遞質(zhì)EAAs，同時作用于突觸后背角傳入神經(jīng)元，使其敏感性增強，EAAs受體被激活，表達(dá)增高，使鈣離子內(nèi)流增加，細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平升高激活了NOS，使NO的合成增多，NO使神經(jīng)元內(nèi)環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)生成增多，是中樞敏感化的基礎(chǔ)［7］。熱痛覺過敏的形成主要與NMDA受體的激活和隨后的PKC、NO、cGMP級聯(lián)反應(yīng)有關(guān)。

2 神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與病理性疼痛的機制

近來的研究表明:神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞(包括星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞)在病理狀態(tài)下，通過特異性受體介導(dǎo)而被激活，激活的膠質(zhì)細(xì)胞釋放大量神經(jīng)活性物質(zhì)和促炎細(xì)胞因子(如 IL-1、IL-6、TNF-α 等)，這些物質(zhì)作用于突觸末稍，使傷害性神經(jīng)遞質(zhì)(如SP、EAAs、神經(jīng)營養(yǎng)因子、趨化因子等)大量釋放，作用于痛覺神經(jīng)元，使其敏感性和反應(yīng)性增強，產(chǎn)生并維持病理性疼痛;此外，促炎細(xì)胞因子還可通過自分泌和旁分泌的方式產(chǎn)生級聯(lián)放大效應(yīng)，使病理性疼痛擴大化［8］。有研究顯示，疼痛調(diào)控中脊髓膠質(zhì)細(xì)胞還能釋放一些其他強效的神經(jīng)調(diào)質(zhì)，如趨化因子及其受體(CCL2/CCR2CXCL1/CXCR2、CX3CL1/C X3CR1、CCL21/CXCR3)作為神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞相互調(diào)控的介質(zhì)參與神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)節(jié)［9］。

3 病理性疼痛的分子機制

現(xiàn)階段對病理性疼痛的研究已經(jīng)發(fā)展到細(xì)胞分子水平。已經(jīng)知道多種離子型和代謝型受體參與病理性疼痛的痛覺過敏。各種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如激活絲裂原活化蛋白激酶、環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白、核轉(zhuǎn)錄因子－κB等，通過誘發(fā)基因表達(dá)的改變來調(diào)控長時程的痛覺過敏。現(xiàn)在又發(fā)現(xiàn)了一些新的受體和各種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。

3.1 P2X7受體與病理性疼痛

P2X7受體是嘌呤能離子通道型受體7，執(zhí)行機體重要的生理功能，同時在炎癥痛、神經(jīng)病理性疼痛和癌痛中也有重要的作用。P2X7受體被細(xì)胞外ATP激活后使細(xì)胞外的Na+、Ca2+內(nèi)流和K+外流，其中以Ca2+內(nèi)流為主;同時激活的P2X7受體還能促進(jìn)多種炎癥介質(zhì)的釋放，如 IL-1β、IL-18、IL-6和 TNF-α 等，其中IL-1β誘導(dǎo)環(huán)氧合酶-2(COX-2)、NOS和其他物質(zhì)生成，從而引起痛覺過敏。Ferrari等［10］在缺乏P2X7受體的巨噬細(xì)胞中，沒有發(fā)現(xiàn)ATP促進(jìn)IL-1β釋放的現(xiàn)象，沒有痛覺過敏的發(fā)生;Chassell等［11］研究敲除小鼠P2X7受體基因后，發(fā)現(xiàn)結(jié)扎部分坐骨神經(jīng)引起的疼痛模型中未能出現(xiàn)痛覺過敏;Honore等［12］發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用P2X7受體拮抗劑可以抑制多種脊髓神經(jīng)元的放電，能緩解神經(jīng)病理性疼痛且與拮抗劑劑量呈正相關(guān)。大量文獻(xiàn)報道P2X7受體在原發(fā)性腫瘤(如骨腫瘤、多發(fā)性骨髓瘤、成神經(jīng)細(xì)胞瘤、乳腺癌等)中有高水平的表達(dá)［13］。

3.2 MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與病理性疼痛

許多研究證明:傷害性刺激引起背根神經(jīng)節(jié)和脊髓背角神經(jīng)元的可塑性變化中，絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是細(xì)胞內(nèi)的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，能將細(xì)胞外各種信號傳導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)，是細(xì)胞內(nèi)主要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。

MAPK是p38-ERK-JNK信號傳導(dǎo)通路主要包括p38、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)和氨基末端激酶(JNK)家族。p38信號傳導(dǎo)通路參與神經(jīng)病理性疼痛TNF-α等的合成，進(jìn)而參與痛覺過敏;損傷可以激活背根神經(jīng)節(jié)和脊髓背角神經(jīng)元的ERK信號傳導(dǎo)通路，通過調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄而參與中樞和外周敏感化的維持，還與機體痛情緒信息加工有關(guān);IL-1β、TNF-α等作用于膠質(zhì)細(xì)胞也可激活胞內(nèi)的JNK信號通路引起多種細(xì)胞趨化因子的表達(dá)，從而激活背角神經(jīng)NMDA受體使痛覺敏感性增強。

3.3 PI3K-Akt-mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與病理性疼痛

人們對于PKC和PKA在病理性疼痛中的作用比較熟悉，現(xiàn)在逐步認(rèn)識到蛋白激酶B(PKB)也參與了病理性疼痛的作用機制。研究證明PI3K-Akt-mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在疼痛信號調(diào)制中起重要作用。Akt也稱蛋白激酶 B，是 PI3K的直接靶基因，mTOR作為PI3K-Akt信號通路的分子，廣泛參與各種病理性疼痛模型中神經(jīng)突觸可塑性的形成以及疼痛信號的傳導(dǎo)。

Xu等［14］在角叉菜膠及甲醛溶液致炎的大鼠模型的中發(fā)現(xiàn)，大鼠出現(xiàn)痛覺過敏的同時PI3K-Akt-mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活，分別給予PI3K、Akt、mTOR的抑制劑后，痛覺過敏的癥狀明顯改善。Ying等［15］的研究證明，甲醛可通過PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活化TRPV1蛋白參與骨癌痛的形成。目前，越來越多的學(xué)者關(guān)注PI3K-Akt-mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在疼痛信號調(diào)制中的作用，但是關(guān)于這一信號通路具體的機制仍不清楚。

4 總結(jié)與展望

神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)元的可塑性變化在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)展和維持中有重要意義。因此，神經(jīng)病理性疼痛臨床治療的發(fā)展一直以神經(jīng)元為靶點，雖然某些藥物，如阿片類鎮(zhèn)痛藥、鈉通道阻滯劑、三環(huán)類抗抑郁藥和NMDA受體拮抗劑等，有一定的療效，但只能暫時緩解患者的疼痛，但不良反應(yīng)較多，極大地限制了他們的使用［16］。

近期的動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，一些膠質(zhì)細(xì)胞功能調(diào)節(jié)劑(如星形膠質(zhì)細(xì)胞抑制劑和小膠質(zhì)細(xì)胞抑制劑)和神經(jīng)炎癥的抑制劑(IL-10、TNF-α抑制劑、ATP受體拮抗劑、TLR拮抗劑等)都對實驗動物產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用［17］。這些細(xì)胞分子水平的研究將有助于進(jìn)一步揭示炎性痛、神經(jīng)病理性疼痛及癌痛等病理性疼痛的作用機制，也將給臨床治療疼痛提供新的方向。

［1］Schmidt AP，Tort AB，Silveira PP，et al.The NMDA Antagonist MK-801 Induces Hyperalgesia and Increases CSF Excitatory Amino Acids in Rats:Reversal by Guanosine［J］.Pharmacol Biochem Behav，2009，91:549-553.

［2］Wong CS，Wu GJ，Chen WF，et al.N-Methyl-D-aspartate Receptor Antagonist d-AP5 Prevents Pertussis Toxin-inducedalterations in Rat Spinal Cords by Inhibiting Increase in Concentrations of Spinal CSF Excitatory Amino Acids and Downregulation of Glutamate Transporters［J］.Brain Res Bull，2009，80:69-74.

［3］Fujita T，Kamisaki Y，Yonehara N.Nitric Oxide-induced Increase of Excitatoryamino Acid Levels in the Trigeminal Nucleus Caudalis of the Rat with Tactilehypersensitivity Evoked by the Loose-ligation of the Inferior Alveolar Nerves［J］.Neurochem，2004，91:558-567.

［4］Chiu HY，Lin HH ，Lai CC.Potentiation of Spinal NMDA-mediated Nociception by Cocaine-and Amphetamine-regulated Transcript Peptide via PKA and PKC Signaling Pathways in Rats［J］.Regul Pept，2009，158:77-85.

［5］Chacur M，Matos RJ，Alves AS，et al.Participation of Neuronal Nitric Oxide Synthase in Experimental Neuropathic Pain Induced by Sciatic Nerve Transaction［J］.Braz J Med Biol Res，2010，43:367-376.

［6］Chen Y，Boettger MK，Reif A，et al.Nitric Oxide Synthase Modulates CFA-induced Thermal Hyperalgesia through Cytokine Regulation in Mice［J］.Mol Pain，2010，6:13.

［7］Serio R，Zizzo mg，Mule F.Nitric Oxide Inducesmuscular Relaxation via Cyclic GMP-dependent and-independent Mechanisms in the Longitudeinal Muscle of the Mouse Duodenum［J］.Nitric Oxide，2003，8(1):48-52.

［8］孫 珊，高俊鵬，呂 寧.膠質(zhì)細(xì)胞與病理性疼痛［J］.細(xì)胞生物學(xué)雜志，2007，29(6):826-830.

［9］高永靜，張志軍，曹德利.趨化因子介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)病理性疼痛［J］.中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報，2014，36(3):297-307.

［10］Ferrari D，Pizzirani C，Adinolfi E，et al.The P2X7 Receptor:A Key Player in IL-1 Processing and Release［J］.J Immunol，2006，176(7):3877-3883.

［11］Chessell IP，Hatcher JP，Bountra C，et al.Disruption of the P2X7 Purinoceptor Gene Abolishes Chronic Inflammatory and Neuropathic Pain［J］.Pain，2005，114(3):386-396.

［12］Honore P，Donnelly-Roberts D，Namovic MT，et al.A －740003［N-(1-{［(cyanoimino)(5-quinolinylam-ino)methyl］amino}-2，2-dimethylpropyl)-2-(3，4-dimethoxyphenyl)acetamide］，a Novel and Selective P2X7 Receptor Antagonist，Dose-dependently Reduces Neuropathic Pain in the Rat［J］.J Pharmacol Exp Ther，2006，319(3):1376-1385.

［13］Lukk M，Kapushesky M，Nikkila J，et al.A Global Map of Human Gene Expression［J］.Nat Biotechnol，2010，28(4):322-324.

［14］Xu QH，F(xiàn)itzsimmons B，Steinauer J，et al.Spinal Phosphinositide 3-kinase-Akt-mammalian Target of Rapamycin Signaling Cascades in Ammation-induced Hyperalgesia［J］.J Neurosci，2011，31:2113-2124.

［15］Ying H，Yan L，You W，et al.Formaldehyde Upregulates TRPV1 through MAPK and PI3K Signa-ling Pathways in a Rat Model of Bone Cancer Pain［J］.Neurosci Bull，2012，28:165-172.

［16］Dworkin RH，Backonja M，Rowbotham MC，et al.Advances in Neuropathic Pain:Diagnosis，Mechanisms，and Treatment Recommendations［J］.Arch Neurol，2003，60(11):1524-1534.

［17］Gao YJ，Ji RR.Chemokines，Neuronal-glial Interactions，and Central Processing of Neuropathic Pain［J］.Pharmacol Ther，2010，126(1):56-68.