縫隙連接與神經(jīng)病理性痛的研究進(jìn)展

彭力超,梁尚棟

(南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，江西 南昌　330006)

縫隙連接與神經(jīng)病理性痛的研究進(jìn)展

彭力超,梁尚棟

(南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，江西 南昌330006)

中國圖書分類號(hào)：R-05；R322.8；R329.24；R441.1；R741.02

摘要：縫隙連接是介導(dǎo)相鄰細(xì)胞間物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、化學(xué)或電信號(hào)傳遞的專用跨膜通道，維持著細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。在神經(jīng)系統(tǒng)中，縫隙連接不僅介導(dǎo)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的胞間偶合，還參與病理?xiàng)l件下繼發(fā)性損害。目前，研究證明縫隙連接在由神經(jīng)系統(tǒng)損傷引起的神經(jīng)病理性痛中發(fā)揮作用。對(duì)縫隙連接與神經(jīng)病理性痛的關(guān)系進(jìn)行研究有助于更深層次的了解神經(jīng)病理性痛的發(fā)病機(jī)制，為治療神經(jīng)病理性痛提供新的研究方向。

關(guān)鍵詞:縫隙連接；連接蛋白；神經(jīng)系統(tǒng)；膠質(zhì)細(xì)胞；神經(jīng)病理性痛；縫隙連接阻斷劑

梁尚棟(1957-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向:神經(jīng)生理學(xué)與神經(jīng)藥理學(xué)， 通迅作者,E-mail: liangsd88@163.com

縫隙連接(gap junction，GJ)最早由Karrer在1960年發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過許多學(xué)者的多年研究，對(duì)GJ的結(jié)構(gòu)和功能已經(jīng)有了較深的認(rèn)識(shí)。GJ幾乎存在于所有動(dòng)物的細(xì)胞膜上，由每個(gè)細(xì)胞提供一個(gè)半通道(連接子)緊密結(jié)合形成相鄰細(xì)胞間的通訊通道，每個(gè)半通道由6個(gè)相同或相似的跨膜連接蛋白呈環(huán)狀排列構(gòu)成，中央形成一個(gè)直徑約1.5~2.0 nm的親水性通道，這是細(xì)胞間進(jìn)行直接交流胞質(zhì)成分的唯一通訊通道。GJ的通道允許相對(duì)分子質(zhì)量小于1 ku的分子通過，如細(xì)胞內(nèi)的無機(jī)鹽離子、糖、氨基酸、核苷酸、維生素、三磷酸腺苷(ATP)、環(huán)磷酸腺苷(cAMP)和肌醇三磷酸(IP3)等小分子物質(zhì)能從一個(gè)細(xì)胞通過GJ的通道進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)[1]。GJ既可以存在于兩種相同類型的細(xì)胞間，也能連接兩種不同類型的細(xì)胞。例如，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)元之間、膠質(zhì)細(xì)胞之間(包括星型膠質(zhì)細(xì)胞之間、少突膠質(zhì)細(xì)胞之間和星形膠質(zhì)細(xì)胞與少突觸細(xì)胞之間)[2]。與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的GJ相似，在外周神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)元之間和膠質(zhì)細(xì)胞之間也存在GJ。這些細(xì)胞通過GJ相互連接形成功能合胞體，在神經(jīng)沖動(dòng)信息傳遞及各種反應(yīng)過程中，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外離子濃度，神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞間的電活動(dòng)等作用維持著細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和神經(jīng)元功能的實(shí)現(xiàn)[3-4]。近年來對(duì)于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元的GJ研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)病理性疼痛模型中上述細(xì)胞間的GJ明顯增加，并且相關(guān)區(qū)域的GJ蛋白表達(dá)也增加，使用GJ阻斷劑后，疼痛有所緩解。這使得許多研究工作者開始將治療神經(jīng)病理痛的注意力從神經(jīng)元轉(zhuǎn)移到膠質(zhì)細(xì)胞之間的GJ上，這將為后續(xù)開發(fā)治療神經(jīng)病理痛的藥物提供一個(gè)新靶標(biāo)。

1縫隙連接的結(jié)構(gòu)、分布和功能

1.1縫隙連接的結(jié)構(gòu)與分布縫隙連接是相鄰細(xì)胞間細(xì)胞膜上的一種特殊結(jié)構(gòu)，允許細(xì)胞間直接進(jìn)行物質(zhì)和信息交換，實(shí)現(xiàn)相鄰細(xì)胞間直接通訊，這種通訊也叫做縫隙連接細(xì)胞通訊(gap junctional intercellular communication，GJIC)?？p隙連接通道是由相鄰的兩個(gè)細(xì)胞各提供一個(gè)連接子(connexon)對(duì)接形成，兩個(gè)連接子之間存在2~3 nm的間隙，因而縫隙連接也稱間隙連接。每個(gè)連接子含6個(gè)跨膜蛋白質(zhì)亞單位，即縫隙連接蛋白(connexin，Cx)。由相同Cx組成的連接子稱為同聚體連接子，不同的連接子組成異聚體連接子，同聚體連接子參與構(gòu)成同型縫隙連接，異聚體連接子參與構(gòu)成異型縫隙連接[1-2]。每個(gè)Cx都具有4個(gè)保守的ɑ螺旋跨膜區(qū)(M1-M4)、2個(gè)胞外環(huán)(C1-C2)和3個(gè)胞內(nèi)成分(1個(gè)胞內(nèi)環(huán)、1個(gè)氨基末端和1個(gè)羧基末端)。2個(gè)胞外環(huán)是Cx最為保守的結(jié)構(gòu)，每個(gè)胞外環(huán)含有3個(gè)半胱氨酸殘基，保證連接子的正確對(duì)接。胞內(nèi)成分中，N端相對(duì)比較保守，而C端差異性比較大，攜帶某些磷酸化調(diào)節(jié)位點(diǎn)。Cx是由多基因家族編碼的一大類膜蛋白，目前已從不同動(dòng)物和組織中分離出20余種Cx,它們有近50%的氨基酸序列相同。其相對(duì)分子質(zhì)量26 000~60 000不等。Cx是根據(jù)它們的分子質(zhì)量不同來命名的，如Cx43因其分子質(zhì)量為43 ku而得名[1,3]。

研究表明，除了在精母細(xì)胞、紅細(xì)胞、血小板、成人骨骼肌上和某些成年神經(jīng)元群體沒有連接蛋白基因分布外，其他幾乎所有的哺乳動(dòng)物細(xì)胞上均有其分布[1]。在不同的細(xì)胞和(或)細(xì)胞的不同發(fā)育階段，所表達(dá)的Cx類型及表達(dá)的量都有所不同，有些Cx表達(dá)于單一的組織中，而有些組織和細(xì)胞同時(shí)表達(dá)多種類型的Cx。迄今為止，已經(jīng)確定至少有11種Cx在哺乳動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)，Cx26、Cx29、Cx30、Cx31、Cx32、Cx33、Cx36、Cx37、Cx40、Cx43、Cx45 均在神經(jīng)系統(tǒng)中大量表達(dá)[3]。其中神經(jīng)元上表達(dá)的主要是Cx26、Cx32 和Cx36，分布尤為廣泛的是Cx32；星形膠質(zhì)細(xì)胞和衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)最多、分布最廣的是Cx43；而在少突膠質(zhì)細(xì)胞中主要表達(dá)Cx32[2]。近幾年神經(jīng)系統(tǒng)的研究表明，除了神經(jīng)元外，膠質(zhì)細(xì)胞也在神經(jīng)病理痛中發(fā)揮重要的作用。本篇綜述著重于神經(jīng)系統(tǒng)中的縫隙連接，特別是神經(jīng)病理性疼痛時(shí)外周初級(jí)感覺神經(jīng)節(jié)和脊髓膠質(zhì)細(xì)胞上的縫隙連接。

1.2神經(jīng)系統(tǒng)中縫隙連接的功能

1.2.1神經(jīng)元中縫隙連接的作用中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元大部分區(qū)域存在縫隙連接，允許神經(jīng)元之間進(jìn)行離子交換，是神經(jīng)元之間的電突觸結(jié)構(gòu)，具有單向或雙向傳遞神經(jīng)沖動(dòng)的功能。哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中 ，通常在出生后2周內(nèi)，神經(jīng)元之間的間隙連接偶合和Cx36的表達(dá)會(huì)瞬時(shí)增加，在神經(jīng)元發(fā)育中起到重要的作用[5]。神經(jīng)元損傷后，代謝型谷氨酸受體激活導(dǎo)致神經(jīng)元間縫隙連接增加，神經(jīng)元間的縫隙連接參與了神經(jīng)元死亡機(jī)制，但具體機(jī)制仍不明確[6]。GJ是神經(jīng)活動(dòng)同步化的關(guān)鍵因素之一。大腦中許多功能是以GJ介導(dǎo)的神經(jīng)活動(dòng)同步化為基礎(chǔ)的，包括認(rèn)知功能，例如記憶的鞏固、感知和學(xué)習(xí)，海馬體中Cx36組成的縫隙連接通道參與短期記憶，并通過改變神經(jīng)干細(xì)胞的分化參與神經(jīng)元重構(gòu)[7-8]。此外，神經(jīng)元之間的GJ允許第二信使在細(xì)胞間流動(dòng)，保證功能區(qū)內(nèi)的細(xì)胞生物效應(yīng)協(xié)調(diào)一致。

1.2.2膠質(zhì)細(xì)胞中縫隙連接的作用在神經(jīng)系統(tǒng)中,星形膠質(zhì)細(xì)胞間的縫隙連接研究較多，超微結(jié)構(gòu)顯示這些GJ大部分包圍著神經(jīng)元的胞體、樹突和軸突。腦類糖原主要貯存在星形膠質(zhì)細(xì)胞中，由于GJ允許小分子代謝物和信號(hào)分子通過，由GJ實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間的偶聯(lián)，保證正常的生命活動(dòng)。研究證明，神經(jīng)沖動(dòng)時(shí)，神經(jīng)元中大量的K+外流，此時(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞K+通道激活，K+大量流入星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)，并迅速通過GJ運(yùn)送到相鄰細(xì)胞內(nèi)，達(dá)到清除細(xì)胞外K+,維持神經(jīng)元外環(huán)境K+的穩(wěn)態(tài)的功能，保證神經(jīng)元電活動(dòng)的正常進(jìn)行[9]。神經(jīng)損傷后，誘發(fā)脊髓中星形膠質(zhì)細(xì)胞K+通道關(guān)閉，導(dǎo)致其縫隙連接蛋白功能中斷，從而誘發(fā)神經(jīng)性疼痛[10]。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞間的GJ是膠質(zhì)細(xì)胞長(zhǎng)距離信號(hào)傳播的生物基礎(chǔ)。膠質(zhì)細(xì)胞受刺激后，細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度發(fā)生改變，通過GJ使其它偶聯(lián)的膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度也發(fā)生改變，即形成Ca2+波(calcium wave) 。膠質(zhì)細(xì)胞通過Ca2+波調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的功能[11]。對(duì)衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞間的縫隙連接研究發(fā)現(xiàn)其功能大部分與脊髓中的星形膠質(zhì)細(xì)胞相似，包括調(diào)節(jié)外周神經(jīng)系統(tǒng)的外環(huán)境，維持神經(jīng)元的穩(wěn)態(tài)和功能[12]，由于對(duì)其研究較少，具體的功能還有待進(jìn)一步的研究確定。

1.2.3神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞之間縫隙連接的作用神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞之間是否存在GJ一直存在爭(zhēng)議。Rash等[13]運(yùn)用免疫細(xì)胞化學(xué)、電鏡等技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在成年大鼠大腦內(nèi)神經(jīng)元只與其它神經(jīng)元存在GJ,與膠質(zhì)細(xì)胞不存在GJ。在體外共同培養(yǎng)神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)刺激產(chǎn)生的Ca2+波能傳遞到神經(jīng)元內(nèi)，使神經(jīng)元興奮，且GJ阻斷劑-辛醇可減弱這種信號(hào)的傳遞[14]，此研究提示神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞間存在GJ。在免疫電鏡下觀察戊四氮點(diǎn)燃大鼠海馬組織發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元與星形膠質(zhì)細(xì)胞之間存在Cx43構(gòu)成的半通道[15],這與劉煜等對(duì)實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎豚鼠的研究結(jié)果一致。但由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的局限性，這些結(jié)果未完全使人信服，神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞之間是否存在縫隙連接以及其存在的意義，仍有待進(jìn)一步的研究探明。

2縫隙連接與神經(jīng)病理痛

2.1神經(jīng)病理性痛國際疼痛研究協(xié)會(huì)(IASP)將神經(jīng)病理性疼痛(neuropathic pain)定義為由軀體感覺系統(tǒng)的損傷或疾病而直接引起的疼痛[16]，包括痛性糖尿病神經(jīng)系統(tǒng)病變、三叉神經(jīng)痛、坐骨神經(jīng)痛和脊髓損傷性疼痛等。神經(jīng)病理痛，簡(jiǎn)稱神經(jīng)痛，分為外周性和中樞性兩種，屬于慢性疼痛。神經(jīng)痛的發(fā)病率較高，最近一項(xiàng)流行病學(xué)調(diào)查顯示其發(fā)病率在普通人中已經(jīng)超過8%。神經(jīng)病理痛患者感到異常疼痛，常伴有睡眠障礙、焦慮、抑郁、精神萎靡、注意力分散、食欲減退，嚴(yán)重影響病人的生活質(zhì)量。目前，神經(jīng)病理痛發(fā)病的分子機(jī)制仍不夠清楚，導(dǎo)致多種因素引發(fā)的神經(jīng)病理痛得不到有效的治療。近幾年發(fā)現(xiàn)縫隙連接參與神經(jīng)病理痛，關(guān)于這方面的研究仍比較少，從縫隙連接方面來研究神經(jīng)病理痛的防治，將為神經(jīng)病理痛的治療帶來一個(gè)新的研究方向。

2.2縫隙連接與神經(jīng)病理痛周圍神經(jīng)損傷可能導(dǎo)致機(jī)械和熱痛敏，并增強(qiáng)背角神經(jīng)元的興奮性。神經(jīng)損傷后，鄰近的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞也可能在脊髓傷害信號(hào)的傳遞中發(fā)揮重要作用[17]。膠質(zhì)細(xì)胞間交流的基本機(jī)制是通過縫隙連接，允許第二信號(hào)(如環(huán)磷酸腺苷、三磷酸肌醇)、離子和小親水性分子(如ATP)在細(xì)胞之間自由通過。大量的研究表明，膠質(zhì)細(xì)胞間的縫隙連接可能在神經(jīng)病理性疼痛中發(fā)揮重要作用[18]?？p隙連接在神經(jīng)病理痛中的作用機(jī)制見Fig 1[3]。

神經(jīng)損傷可以誘發(fā)感覺神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的異?；顒?dòng)而產(chǎn)生疼痛。損傷后，膠質(zhì)細(xì)胞最明顯的變化是膠質(zhì)細(xì)胞間縫隙連接數(shù)目增加以及對(duì)ATP的敏感性增強(qiáng)。人們普遍認(rèn)為，活化的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)中樞敏化并釋放一些化學(xué)物質(zhì)，如促炎性細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)加劇疼痛。ATP作用的P2X受體如小膠質(zhì)細(xì)胞上的P2X7受體的活化是促炎細(xì)胞因子釋放的必不可少因素[18]。最初認(rèn)為星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的活化是對(duì)脊髓損傷(spinal cord injury)所造成傷害的一種神經(jīng)保護(hù)性反應(yīng)，但激活如果一直持續(xù)，激活的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞就會(huì)發(fā)生繼發(fā)性損害，誘發(fā)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞死亡，將神經(jīng)損傷作用蔓延。在外周損傷區(qū)域，繼發(fā)性損傷與ATP高水平持續(xù)釋放一致。雖然ATP的來源仍然有爭(zhēng)議，但已證明細(xì)胞外高水平的ATP能激活小膠質(zhì)細(xì)胞和白細(xì)胞上的P2X嘌呤受體，尤其是激活P2X7受體后可促進(jìn)宿主細(xì)胞因子和促炎分子的分泌(如ROS、IL-1β、 IL-6、TNF-α)[19]。這些細(xì)胞因子是脊髓中神經(jīng)細(xì)胞的致敏源，有助于形成神經(jīng)病理性疼痛[20]。此外，用藥物阻斷和基因缺失方法抑制P2X受體能減輕動(dòng)物疼痛行為。因此，活化細(xì)胞的P2X受體是神經(jīng)病理性疼痛形成過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。早期的研究顯示，脊髓損傷后有大量釋放的ATP[19]。然而，如Cx43的基因缺失，脊髓損傷后的脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞外ATP的濃度明顯降低。由于縫隙連接通道的結(jié)構(gòu)顯示它們有外排高濃度的ATP的作用，由此認(rèn)為縫隙連接通道是ATP釋放的重要途徑。研究表明嘌呤信號(hào)在神經(jīng)病理性疼痛中發(fā)揮重要作用，因此縫隙連接在神經(jīng)病理性疼痛中的作用需要進(jìn)一步深入研究。

2.2.1脊髓中縫隙連接與神經(jīng)病理痛越來越多的研究表明，脊髓中的膠質(zhì)細(xì)胞，特別是星形膠質(zhì)細(xì)胞中的GJ可以在各種病理性疼痛病癥(包括神經(jīng)性疼痛)中發(fā)揮重要作用[17,21]。在病理?xiàng)l件下，一些化合物如神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子、肽和細(xì)胞因子的異常釋放可影響連接蛋白的表達(dá)并影響縫隙連接通道的通透性。研究顯示，活化的脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞可能有助于維持背角神經(jīng)元的過度興奮，導(dǎo)致在組織和神經(jīng)損傷后痛覺信息在脊髓中的傳遞加強(qiáng)[20]。脊髓損傷后，星形膠質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)的一個(gè)顯著特征是高表達(dá)Cx43?；颊呋熞鸬纳窠?jīng)病變表現(xiàn)為星形膠質(zhì)細(xì)胞活化增多和Cx43的表達(dá)增加。大鼠L5脊髓神經(jīng)節(jié)結(jié)扎(spinal nerve ligation，SNL)建立的神經(jīng)病理痛模型實(shí)驗(yàn)顯示，給SNL大鼠鞘內(nèi)注射Cx43蛋白的siRNA后能緩解SNL大鼠的機(jī)械性痛覺超敏反應(yīng)[22]。神經(jīng)損傷后，Cx43的表達(dá)迅速上調(diào)，引發(fā)通過GJ偶聯(lián)的細(xì)胞內(nèi)Ca2+大量?jī)?nèi)流，并釋放谷氨酸，從而增強(qiáng)神經(jīng)的敏感受性，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞過度興奮而死亡。發(fā)生在脊髓背角內(nèi)的這些效應(yīng)有助于形成神經(jīng)病理痛。此外， Cx43可密集地分布在參與痛覺傳導(dǎo)的脊髓背角膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)[23]。由于Cx43蛋白是星形膠質(zhì)細(xì)胞間縫隙連接的主要連接蛋白，并能夠協(xié)調(diào)膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的同步活動(dòng)，損傷后Cx43半通道過度表達(dá)和星形膠質(zhì)細(xì)胞間縫隙連接偶合增強(qiáng)，可能影響神經(jīng)元的活動(dòng)誘發(fā)疼痛。雖然已經(jīng)明確在神經(jīng)病理痛條件下脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞中Cx43表達(dá)和功能會(huì)發(fā)生變化，但對(duì)于Cx43變化的機(jī)制仍不清楚。

2.2.2背根神經(jīng)節(jié)中縫隙連接與神經(jīng)病理痛哺乳動(dòng)物的感覺神經(jīng)節(jié)，特別是背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglia，DRG)在傳遞感覺信號(hào)的過程中有重要的作用而受到研究者的關(guān)注。目前已有較多研究證明，感覺神經(jīng)受損后導(dǎo)致DRG神經(jīng)元形態(tài)和電活動(dòng)等發(fā)生變化而產(chǎn)生神經(jīng)病理痛。而DRG中衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞間的GJ參與神經(jīng)病理痛的發(fā)生的研究到最近才受到重視。

Fig 1　Role of gap junctions in chronic pain following nervous system injury. Injury to the nervous system leads

A: Upregulation of cell-to-cell coupling and of gap junction hemichannels, in particular Cx43 channels, in glial cells (e.g., astrocytes in spinal cord and satellite glial cells in dorsal root ganglion) is commonly seen following nervous system injury and inflammation and can contribute to neuronal cell death, expansion of secondary injury, and pain responses by transmission of metabolic stress and pain-related substances. b: Opening and upregulation of hemichannels following injury may facilitate rapid bidirectional transmission of neurotoxic substances in and out of the injured cells, thereby affecting healthy neighboring cells, whereas direct cell-cell coupling can pass death signals. c: Injury-induced opening and upregulation of endothelial gap junction channels increases vascular permeability and hemorrhage, subsequently facilitating infiltration of immune cells and exacerbation of inflammatory reactions. d: The enhanced gap junction coupling can be modulated via gap junction blockers, which disrupt channel permeability and prevent the spread of secondary injury and amplification of pain. (Color figure can be viewed in the online issue, which is available at wileyonlinelibrary.com.)

Hanani等[4]第一次證明神經(jīng)損傷可引起外周神經(jīng)節(jié)的一種特殊的膠質(zhì)細(xì)胞-衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞(satellite glia cells，SGCs)間的GJ增多。這種外周神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞通過縫隙連接通道高度偶合，大部分SGCs緊密的包繞著感覺神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的胞體,包繞數(shù)量與神經(jīng)元胞體大小成正比。SGCs通過縫隙連接成對(duì)存在，并且表達(dá)嘌呤受體。SGCs可以釋放細(xì)胞因子、ATP和其他化學(xué)信使，它與星形膠質(zhì)細(xì)胞有許多共同點(diǎn)，包括調(diào)節(jié)外周神經(jīng)元的穩(wěn)態(tài)，從而保證神經(jīng)元的正?；顒?dòng)[24]。SGCs主要是通過調(diào)控縫隙連接、鉀離子通道和衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞攝取細(xì)胞外谷氨酸的能力來維持神經(jīng)元外環(huán)境穩(wěn)態(tài)的。SGCs與外周神經(jīng)元的信息交流主要通過興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸和ATP信號(hào)通路與嘌呤受體進(jìn)行的，神經(jīng)損傷后，這些功能活動(dòng)紊亂，導(dǎo)致疾病發(fā)生[25]。如神經(jīng)損傷后SGCs上的P2X7受體激活，ATP信號(hào)通路開放，進(jìn)而調(diào)節(jié)DRG神經(jīng)元P2X3受體影響痛覺[24]?；熞鸬耐庵苌窠?jīng)病變能引發(fā)神經(jīng)病理痛，Warwick等[26]用奧沙利鉑或紫杉醇等抗癌藥物注射至大鼠體內(nèi)建立神經(jīng)病理痛模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SGC的標(biāo)志物膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)表達(dá)增加，SGCs間的GJ比正常狀態(tài)增加了2~5倍。 這與在實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)大鼠模型中觀察到的結(jié)果一致[27]。

有證據(jù)表明，在神經(jīng)系統(tǒng)受損后，GJ的增加參與了膠質(zhì)細(xì)胞活化的部分過程(Fig 1)。GJ的增加實(shí)現(xiàn)了DRG中衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間的遠(yuǎn)距離連接通訊，并影響神經(jīng)元的興奮性和相鄰的感覺神經(jīng)元的自發(fā)放電。神經(jīng)受損后使SCGs激活，進(jìn)而釋放炎性細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6和TNF -α)、一氧化氮和前列腺素等，GFAP表達(dá)上調(diào)，這與受損后星形膠質(zhì)細(xì)胞的變化類似[28]。初級(jí)感覺神經(jīng)節(jié)中神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞間傳輸信號(hào)的一種方式是形成細(xì)胞間鈣波，SGCs和神經(jīng)元之間這種信號(hào)傳遞是雙向的。鈣波的傳遞依賴于偶聯(lián)的細(xì)胞間第二信使(如IP3、ATP)的擴(kuò)散，而第二信使的擴(kuò)散需要借助于縫隙連接通道來完成。神經(jīng)受損后，激發(fā)神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏母淖?，誘發(fā)神經(jīng)元釋放ATP, ATP激活神經(jīng)元以及包繞著神經(jīng)元的SGCs上的嘌呤受體，誘發(fā)這些細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度增加。Ca2+濃度增加誘發(fā)SGCs釋放更多的ATP[26]。受損后間縫隙連接增加，細(xì)胞釋放的ATP將能通過縫隙連接通道更多的作用于周圍細(xì)胞的嘌呤受體，影響Ca2+通道的開放，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的Ca2+濃度，造成更強(qiáng)的鈣波在神經(jīng)節(jié)間傳播，這將導(dǎo)致初級(jí)感覺神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元過度興奮，而引發(fā)疼痛。另一方面，神經(jīng)受損后，神經(jīng)元興奮性增加，導(dǎo)致細(xì)胞外鉀離子(K+)濃度升高，SGCs間縫隙連接增加是一種神經(jīng)元的保護(hù)措施，可使K+更有效的再分配，起到緩沖作用，不至于激增的K+改變細(xì)胞外環(huán)境，同時(shí)能使有害物質(zhì)遠(yuǎn)離神經(jīng)元[9]。

近年來，已對(duì)Cx43表達(dá)的變化和疼痛之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行過較為詳細(xì)的研究。研究表明，損傷能誘導(dǎo) Cx43蛋白表達(dá)的變化，Cx43介導(dǎo)神經(jīng)元的敏化作用。研究證明，缺血后Cx43表達(dá)受抑制是一種神經(jīng)保護(hù)方式，神經(jīng)損傷后Cx43表達(dá)減少能鎮(zhèn)痛。有趣的是，減少非損傷大鼠中Cx43的表達(dá)可增加大鼠的疼痛行為[28]，出現(xiàn)這種情況可能是正常的縫隙連接功能出現(xiàn)紊亂，使其對(duì)細(xì)胞內(nèi)K+的緩沖能力降低，導(dǎo)致神經(jīng)元過度興奮而自發(fā)放電。因此，沉默Cx43的表達(dá)對(duì)神經(jīng)受傷的動(dòng)物具有鎮(zhèn)痛作用，而對(duì)于正常動(dòng)物卻能誘發(fā)早期疼痛。CX43參與疼痛的機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究。

2.3縫隙連接阻斷劑與神經(jīng)病理痛隨著縫隙連接在神經(jīng)病理痛中重要作用的發(fā)現(xiàn)，研究人員致力于縫隙連接阻斷劑對(duì)神經(jīng)病理疼痛治療作用的研究。目前，用于此研究的膠質(zhì)細(xì)胞間的GJ阻斷劑主要有甘珀酸(carbenoxolone，CBX)、甲氯滅酸(meclofenamic acid，MFA)和棕櫚油酸(palmitoleic acid，PA)等。在內(nèi)臟痛模型中，注射上述3種藥物后，能阻滯SGCs和神經(jīng)元間由于損傷而誘發(fā)的病理變化，并可明顯地緩解疼痛[20]?？p隙連接阻斷劑中研究最多的是CBX(18-甘草次酸的衍生物)，它能消除SGC和神經(jīng)元之間由于損傷而引起的縫隙連接偶合，減弱由損傷引起的周圍炎性疼痛行為，在持續(xù)性疼痛的各種動(dòng)物模型中產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用[20]。在SNL模型建模成功2~3周后鞘內(nèi)注射CBX可減弱SNL大鼠的熱痛敏反應(yīng)。電生理方法研究顯示，與鞘內(nèi)藥物相似，SNL大鼠脊髓局部注射CBX也能減弱神經(jīng)元對(duì)機(jī)械刺激和反復(fù)性皮內(nèi)電刺激的反應(yīng)。故SNL模型大鼠鞘內(nèi)注射CBX對(duì)神經(jīng)病理性疼痛的抑制作用可能涉及縫隙連接通道的抑制，進(jìn)而減弱背角神經(jīng)元的電活動(dòng)[22]。同樣，眶下神經(jīng)部分切斷誘發(fā)疼痛和中樞敏化的疼痛模型中，鞘內(nèi)注射CBX能影響神經(jīng)切斷引起的機(jī)械激活閾值，改變延髓背角中樞敏感參數(shù)，這些結(jié)果表明，縫隙連接可能與口面部神經(jīng)性疼痛機(jī)制有關(guān)[23]。在對(duì)化療引起神經(jīng)病理痛的小鼠注射CBX后，幾乎完全阻斷SGCs間的縫隙連接通道，結(jié)果觀察到染色的42個(gè)SGCs間的縫隙連接通道中只有一個(gè)偶合。同時(shí)，注射CBX后能提高化療處理小鼠的疼痛閾值，與注射棕櫚油酸產(chǎn)生同樣的鎮(zhèn)痛作用。因此，縫隙連接阻滯劑對(duì)化療引起的神經(jīng)病理性疼痛具有治療作用[26]。

CBX是Cx43縫隙連接和半通道的有效阻斷劑,它可結(jié)合縫隙連接通道，并誘導(dǎo)其構(gòu)象發(fā)生變化以關(guān)閉通道[18]。研究表明，CBX還可以阻止其他通道，如脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞中與P2X7受體相關(guān)的pan-1通道[29]。此外，新近的研究顯示，CBX可以調(diào)節(jié)突觸傳遞和神經(jīng)元膜的通透性，并增加神經(jīng)元中活性氧的形成，通過調(diào)節(jié)陰離子通道控制星形膠質(zhì)細(xì)胞的體積，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞中IL-23的表達(dá)[30]。CBX影響疼痛的一種機(jī)制可能是通過抑制半通道，進(jìn)而抑制神經(jīng)膠質(zhì)介質(zhì)(如促炎性細(xì)胞因子，ATP和谷氨酸鹽)的釋放產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用(Fig 1)。盡管CBX有上述的作用，但由于注射的阻斷劑分布至全身，很難確定它們精確的作用位置，對(duì)此尚待進(jìn)一步的研究確定。

3結(jié)語

綜上所述，膠質(zhì)細(xì)胞縫隙連接參與了神經(jīng)損傷后引起的神經(jīng)病理痛過程。越來越多的研究表明，阻斷背根神經(jīng)節(jié)和脊髓的縫隙連接通訊和半通道開發(fā)有助于緩解神經(jīng)病理疼痛。但目前對(duì)縫隙連接在痛覺調(diào)制中的作用機(jī)制尚未完全清楚，這需要我們對(duì)縫隙連接蛋白的調(diào)控和功能做更深入的研究，損傷后縫隙連接蛋白在背根神經(jīng)節(jié)和脊髓表達(dá)增加，縫隙連接阻斷劑可阻斷縫隙連接蛋白對(duì)持續(xù)性疼痛產(chǎn)生抑制作用。因此，探尋縫隙連接的新阻斷劑有助于開發(fā)治療神經(jīng)病理痛的新藥物。

參考文獻(xiàn):

[1]Eugenin E A, Basilio D, Saez J C, et al. The role of gap junction channels during physiologic and pathologic conditions of the human central nervous system[J].JNeuroimmunePharmacol, 2012, 7(3): 499-518.

[2]Cui Y, Masaki K, Yamasaki R, et al. Extensive dysregulations of oligodendrocytic and astrocytic connexins are associated with disease progression in an amyotrophic lateral sclerosis mouse model[J].JNeuroinflammation, 2014, 11: 42.

[3]Wu A, Green C R, Rupenthal I D, et al. Role of gap junctions in chronic pain[J].JNeurosciRes, 2012, 90(2): 337-45.

[4]Hanani M, Huang T Y, Cherkas P S, et al. Glial cell plasticity in sensory ganglia induced by nerve damage[J].Neuroscience, 2002, 114(2): 279-83.

[5]Park W M, Wang Y, Park S, et al. Interplay of chemical neurotransmitters regulates developmental increase in electrical synapses[J].JNeurosci, 2011, 31(16): 5909-20.

[6]Belousov A B. The regulation and role of neuronal gap junctions during neuronal injury[J].Channels(Austin), 2012, 6(5): 390-2.

[7]Allen K, Fuchs E C, Jaschonek H, et al. Gap junctions between interneurons are required for normal spatial coding in the hippocampus and short-term spatial memory[J].JNeurosci, 2011, 31(17): 6542-52.

[8]Hartfield E M, Rinaldi F, Glover C P, et al. Connexin 36 expression regulates neuronal differentiation from neural progenitor cells[J].PLoSOne, 2011, 6(3): e14746.

[9]Hibino H, Inanobe A, Furutani K, et al. Inwardly rectifying potassium channels: their structure, function, and physiological roles[J].PhysiolRev, 2010, 90(1): 291-366.

[10]Wu X F, Liu W T, Liu Y P, et al. Reopening of ATP-sensitive potassium channels reduces neuropathic pain and regulates astroglial gap junctions in the rat spinal cord[J].Pain, 2011, 152(11): 2605-15.

[11]Nedergaard M, Rodriguez J J, Verkhratsky A. Glial calcium and diseases of the nervous system[J].CellCalcium, 2010, 47(2):140-9.

[12]Jasmin L, Vit J P, Bhargava A, et al. Can satellite glial cells be therapeutic targets for pain control[J].NeuronGliaBiol, 2010, 6(1): 63-71.

[13]Rash J E, Yasumura T, Dudek F E, et al. Cell-specific expression of connexins and evidence of restricted gap junctional coupling between glial cells and between neurons[J].JNeurosci, 2001, 21(6):1983-2000.

[14]Nedergaard M. Direct signaling from astrocytes to neurons in cultures of mammalian brain cells[J].Science, 1994, 263(5154): 1768-71.

[15]蘭莉, 蘭怡, 段麗,等.戊四氮致(癎)大鼠海馬神經(jīng)元與星形膠質(zhì)細(xì)胞間關(guān)系的超微結(jié)構(gòu)觀察[J].中華實(shí)用兒科臨床雜志, 2013, 28(5): 373-6.

[15]Lan L,Lan Y,Duan L, et al. Observation of ultrastructure of morphological relationship between neurons and astrocytes in hippocampi of pentylenetetrazol-kindled epileptic rats[J].ChinJApplClinPediatr,2013, 28(5): 373-6.

[16]Jensen T S, Baron R, Haanpaa M, et al. A new definition of neuropathic pain[J].Pain, 2011, 152(10):2204-5.

[17]Ji R R, Berta T, Nedergaard M. Glia and pain: is chronic pain a gliopathy[J].Pain, 2013, 154 (Suppl 1): S10-28.

[18]Yoon S Y, Robinson C R, Zhang H, et al. Spinal astrocyte gap junctions contribute to oxaliplatin-induced mechanical hypersensitivity[J].JPain, 2013, 14(2):205-14.

[19]Peng W, Cotrina M L, Han X, et al. Systemic administration of an antagonist of the ATP-sensitive receptor P2X7improves recovery after spinal cord injury[J].ProcNatlAcadSciUSA, 2009, 106(30):12489-93.

[20]Roh D H, Yoon S Y, Seo H S, et al. Intrathecal injection of carbenoxolone, a gap junction decoupler, attenuates the induction of below-level neuropathic pain after spinal cord injury in rats[J].ExpNeurol, 2010, 224(1):123-32.

[21]Ji X T, Qian N S, Zhang T, et al. Spinal astrocytic activation contributes to mechanical allodynia in a rat chemotherapy-induced neuropathic pain model[J].PLoSOne, 2013, 8(4): e60733.

[22]Xu Q, Cheong Y K, Yang F, et al. Intrathecal carbenoxolone inhibits neuropathic pain and spinal wide-dynamic range neuronal activity in rats after an L5 spinal nerve injury[J].NeurosciLett, 2014, 563: 45-50.

[23]Wang H, Cao Y, Chiang C Y, et al. The gap junction blocker carbenoxolone attenuates nociceptive behavior and medullary dorsal horn central sensitization induced by partial infraorbital nerve transection in rats[J].Pain, 2014, 155(2): 429-35.

[24]彭海英,梁尚棟.外周神經(jīng)節(jié)衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞的研究進(jìn)展[J].神經(jīng)解剖學(xué)雜志, 2012, 28(6): 631-5.

[24]Peng H Y, Liang S D. Research progress on satellite glia cells in peripheral ganglia[J].ChinJNeuroanatomy, 2012, 28(6):631-5.

[25]焦曉翠,張會(huì)然,張璇,等.衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)外周神經(jīng)元作用的研究進(jìn)展[J].中國藥理學(xué)通報(bào), 2014，30(5):612-4.

[25]Jiao X C, Zhang H R, Zhang X, et al. Research progress in interactions between neuron and satellite glial cell[J].ChinPharmacolBull, 2014，30(5): 612-4.

[26]Warwick R A, Hanani M. The contribution of satellite glial cells to chemotherapy-induced neuropathic pain[J].EurJPain, 2013, 17(4): 571-80.

[27]Warwick R A, Ledgerwood C J, Brenner T, et al. Satellite glial cells in dorsal root ganglia are activated in experimental autoimmune encephalomyelitis[J].NeurosciLett, 2014, 569: 59-62.

[28]Jasmin L, Vit J P, Bhargava A, et al. Can satellite glial cells be therapeutic targets for pain control[J]?NeuronGliaBiol, 2010, 6(1): 63-71.

[29]Shoji K F, Saez PJ, Harcha P, et al. Pannexin1 channels act downstream of P2X receptors in ATP-induced murine T-cell death[J].Channels(Austin), 2014, 8(2)：142-56.

[30]Endong L, Shijie J, Sonobe Y, et al. The gap-junction inhibitor carbenoxolone suppresses the differentiation of Th17 cells through inhibition of IL-23 expression in antigen presenting cells[J].JNeuroimmunol, 2011, 240-1: 58-64.

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-1-9 13:37網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1001-1978.2015.02.003.html

Recent research progress on the role of gap junction in neuropathic pain

PENG Li-chao，LIANG Shang-dong

(DeptofPhysiology,BasicMedicalCollegeofNanchangUniversity,Nanchang330006,China)

Abstract:Gap junctions are specialized transmembrane channels that enable the direct exchange of materials and transfer chemical or electrical signaling between adjacent cells, thus maintaining cellular homeostasis. In the nervous system, gap junction channels not only mediate intercellular coupling between neurons and between glial cells, but also can be involved in secondary damage under pathological conditions. Recently, some studies have shown that gap junctions play an important role in neuropathic pain caused by nervous system damage. Research on the role of gap junctions in neuropathic pain can contribute to a deeper understanding of the pathogenesis of neuropathic pain, providing a new research direction for the treatment of neuropathic pain.

Key words:gap junction; connexin; nervous system; glial cells; neuropathic pain; gap junction blocker

作者簡(jiǎn)介:彭力超(1990-)，女，碩士生，研究方向：神經(jīng)生理學(xué)與病理生理學(xué)， E-mail: 836615177@qq.com；

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No 81171184, 31060139, 30860086)；第二批江西省“贛鄱英才555工程”領(lǐng)軍人才項(xiàng)目；江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No 20142BAB205028)；江西省教育廳科技項(xiàng)目(No GJJ13155)

收稿日期:2014-10-27,修回日期:2014-11-25

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-1978(2015)02-0157-06

doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2015.02.003