REST在神經(jīng)病理性疼痛中的研究進(jìn)展

王藝穎，梁 策，趙 晨，張 凡，張海林

(河北醫(yī)科大學(xué)藥理學(xué)教研室，河北 石家莊 050017)

神經(jīng)病理性疼痛(neuropathic pain, NPP)在臨床上是一種常見的慢性疼痛，它主要是由中樞或外周神經(jīng)系統(tǒng)的損傷或功能失調(diào)引起的。NPP是世界公認(rèn)的最難治療的疼痛綜合癥之一，病程長，對人們來說是一個(gè)相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量、情緒、社會(huì)功能等。目前, 我國NPP患者至少有1600萬，因此，對其發(fā)病機(jī)制的研究對尋找有效的治療方法具有重要意義。近年來研究表明，抑制元素-1沉默轉(zhuǎn)錄因子/神經(jīng)元限制性沉默因子(repressor element-1 silencing transcription factor/neuron-restrictive silencing factor, REST/NRSF)調(diào)控神經(jīng)元特異性基因，防止神經(jīng)元基因的異位表達(dá)，維持神經(jīng)元表型，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄過程，可以通過招募核染色質(zhì)修飾輔酶因子，抑制神經(jīng)元中疼痛相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平，從而在NPP中發(fā)揮重要作用。本文就相關(guān)的研究進(jìn)展作一綜述。

1 NPP

周圍神經(jīng)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)傳達(dá)有關(guān)人體環(huán)境的多種信息。這些神經(jīng)的一個(gè)重要功能是通知大腦正在或即將發(fā)生的身體損傷，這種感覺通常稱為疼痛。疼痛分為急性疼痛和慢性疼痛。急性疼痛是由組織損傷等有害的刺激引起的，它是一種重要的生理功能，它作為一種快速預(yù)警系統(tǒng)，可以幫助人們預(yù)防傷害或限制損傷程度。然而，慢性疼痛是在最初的有害刺激，組織損傷和隨后的愈合時(shí)間過去之后，仍然存在的疼痛，并且通常是由不引起疼痛的刺激類型或水平引發(fā)的，對慢性疼痛的治療是目前臨床上面臨的主要挑戰(zhàn)之一[1-2]。NPP是一類慢性疼痛的總稱，通常是由軀體感覺神經(jīng)系統(tǒng)的損傷或病變引起的，表現(xiàn)為異常疼痛、痛覺過敏、自發(fā)性疼痛、感覺異常等臨床特征[3]。其分子生物學(xué)機(jī)制包括P2X受體、NMDA受體、炎性因子、異位放電、膠質(zhì)細(xì)胞激活、中樞敏化及去抑制等。NPP被廣泛認(rèn)為是最難治療的疼痛綜合癥之一，其發(fā)生機(jī)制十分復(fù)雜，長期的疼痛影響患者的情感、工作和生活，大多數(shù)慢性疼痛患者抱怨現(xiàn)有的藥物缺乏完全緩解，其中許多藥物具有不良副作用，目前尚無有效的治療策略。其中，一半以上慢性疼痛患者使用當(dāng)前可用的治療方法，病情基本很難有效的控制，嚴(yán)重地影響了人們的生活質(zhì)量[4]。

NPP的發(fā)生和后續(xù)發(fā)展涉及到外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疼痛傳導(dǎo)通路中多個(gè)區(qū)域的持久變化，例如，背根神經(jīng)元興奮性增加及放電閾值降低等[5]。這些神經(jīng)元活動(dòng)的異常與疼痛傳導(dǎo)通路中痛感覺神經(jīng)元基因表達(dá)水平改變密切相關(guān)[6]，但驅(qū)使基因表達(dá)變化的機(jī)制卻不清楚。我們將興趣轉(zhuǎn)向表觀遺傳學(xué)機(jī)制，這種機(jī)制很可能是驅(qū)使痛感覺神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組變化的一種方法。最新研究發(fā)現(xiàn)，在慢性疼痛患者的脊髓和大腦區(qū)域中的表觀遺傳變化，會(huì)使其對熱和機(jī)械刺激敏感[7-8]。表觀遺傳機(jī)制可能在NPP的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[9-10]。

2 REST/NRSF

REST/NRSF是一種DNA鋅指結(jié)合蛋白，它通過與特異的作用元件—神經(jīng)元限制性沉默元件(neuron-restrictive silencer element, NRSE；又稱 repressor element 1, RE1)相結(jié)合，使序列中的組蛋白去乙?；?，抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄。1995年，Chong等[11]、Schoenherr等[12]研究分別發(fā)現(xiàn)并分離得到編碼REST的cDNA，REST蛋白全長1069個(gè)氨基酸，分子質(zhì)量116 ku，屬于Gli-Kruppel樣轉(zhuǎn)錄因子家族。含有9個(gè)Cys2/His2型鋅指結(jié)構(gòu)，1個(gè)賴氨酸富含區(qū)，1個(gè)脯氨酸富含區(qū)，1個(gè)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和2個(gè)轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)構(gòu)域——N端抑制結(jié)構(gòu)域和C端抑制結(jié)構(gòu)域。REST的N端抑制結(jié)構(gòu)域通過與Sin3A/B的結(jié)構(gòu)域結(jié)合，招募組蛋白去乙?；?histone deacetylases, HDACs)及相關(guān)蛋白，之后HDACs對核小體組蛋白的賴氨酸殘基進(jìn)行去乙酰基化修飾，促使核小體緊密包裹，染色質(zhì)成為凝縮狀態(tài)，最終啟動(dòng)子區(qū)域無法和其他轉(zhuǎn)錄因子及RNA聚合酶相結(jié)合，從而抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄。C端抑制結(jié)構(gòu)域與REST輔助抑制因子(REST corepressor，CoREST)的2個(gè)SANT結(jié)構(gòu)域結(jié)合后，CoREST可以作為“分子燈塔”招募HDAC、甲基化CpG結(jié)合蛋白(methyl CpG binding proteins, MeCPs)、染色質(zhì)重塑酶、花斑抑制因子同源物等，通過有關(guān)酶的甲基化等機(jī)制，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，以此來維持基因沉默。最近有研究表明，REST介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄沉默可以通過Polycomb亞基和REST蛋白復(fù)合物之間的相互作用，進(jìn)而募集Polycomb抑制復(fù)合體[13-16]。

在神經(jīng)發(fā)育期間，需要特定的轉(zhuǎn)錄因子來抑制非神經(jīng)元細(xì)胞中的神經(jīng)元基因的表達(dá)，以確保人體的正常發(fā)育。研究顯示，REST或NRSF是建立神經(jīng)元特異性的重要調(diào)控因子。REST/NRSF可以調(diào)節(jié)干細(xì)胞、非神經(jīng)元細(xì)胞和神經(jīng)元中許多參與神經(jīng)元分化、軸突生長以及囊泡運(yùn)輸和釋放的靶基因[17]。REST/NRSF在腦區(qū)中被廣泛檢測到[18]，并且在非神經(jīng)元細(xì)胞中高表達(dá)。與非神經(jīng)元細(xì)胞相比，REST在胚胎和神經(jīng)祖細(xì)胞中表達(dá)水平較低，且其表達(dá)水平隨著神經(jīng)元的分化而降低[19]，但是在成年的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，仍然能夠檢測到REST mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)。與維持REST低表達(dá)水平相反，在某些病理?xiàng)l件下的神經(jīng)系統(tǒng)中，REST的表達(dá)是上調(diào)的。例如，嚙齒類動(dòng)物出現(xiàn)全球缺血性中風(fēng)癥狀后，在海馬CA1神經(jīng)元中，REST和CoREST的mRNA和蛋白表達(dá)水平都有所提高[20]。

3 REST介導(dǎo)誘導(dǎo)NPP的多種基因轉(zhuǎn)錄抑制

REST在NPP的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。研究表明，對小鼠進(jìn)行部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎手術(shù)數(shù)周后，背根神經(jīng)節(jié)中REST的mRNA和蛋白表達(dá)水平都升高。REST可以抑制神經(jīng)元中μ-阿片類受體(μ-opioid receptor，Oprm1)、Kv4.3通道、Kv7.2通道、Nav1.8通道等疼痛相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平，從而在NPP中發(fā)揮重要作用。

瑞芬太尼是一種短效阿片合成類藥物，被廣泛用作麻醉劑，但會(huì)導(dǎo)致術(shù)后痛覺過敏。切口術(shù)后疼痛小鼠模型注入瑞芬太尼后，發(fā)現(xiàn)其中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)中REST表達(dá)水平升高[21]，REST升高伴隨著小鼠受到熱刺激和機(jī)械刺激后后爪縮回時(shí)間降低。瑞芬太尼誘導(dǎo)的REST升高可以抑制中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)中Oprm1表達(dá)，并且在腦室注射REST的反義寡核苷酸后，Oprm1的表達(dá)水平和縮足潛伏時(shí)間可以恢復(fù)到正常水平，這與在細(xì)胞培養(yǎng)中研究的結(jié)果一致，REST可以直接抑制Oprm1的轉(zhuǎn)錄[22]。

小鼠坐骨神經(jīng)損傷7、14 d后，Kv4.3通道m(xù)RNA表達(dá)水平明顯降低，并且發(fā)現(xiàn)在小鼠、大鼠和人的Kv4.3通道基因里，存在保守的NRSE序列。坐骨神經(jīng)損傷明顯增加REST與Kv4.3-NRSE結(jié)合水平，降低組蛋白H4乙酰化。采用反義核苷酸敲低REST，可逆轉(zhuǎn)坐骨神經(jīng)損傷所造成的Kv4.3通道表達(dá)水平下調(diào)。C纖維在NPP中發(fā)揮著十分重要的作用，小鼠坐骨神經(jīng)損傷引起Nav1.8通道表達(dá)抑制，以及C纖維功能抑制，采用HDAC抑制劑曲古抑菌素A(trichostatin A,TSA)、丙戊酸鈉(valproate acid sodium，VPA)和辛二酰苯胺異羥肟酸(suberoylanilide hydroxamic acid，SAHA)，以及反義寡核苷酸敲低REST，能有效逆轉(zhuǎn)神經(jīng)損傷所造成的Nav1.8通道轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)和C纖維功能抑制[23]。此外，在背根神經(jīng)元中過表達(dá)REST，能明顯抑制Kv7.2通道電流，并且引起背根神經(jīng)元興奮性增高。小鼠坐骨神經(jīng)損傷同樣能夠在引起REST表達(dá)升高的同時(shí)，抑制Kv7.2通道表達(dá)水平。

另有研究表明，采用HDAC抑制劑可以減輕多種疼痛模型的疼痛癥狀[24]。以REST靶基因Kv4.3和Nav1.8通道為例，持續(xù)性疼痛與REST結(jié)合位點(diǎn)周圍的靶基因組區(qū)域低乙?；嘘P(guān)，HDAC抑制劑在一定程度上通過消除由REST介導(dǎo)的染色質(zhì)重塑和轉(zhuǎn)錄抑制，從而改善NPP。在嚙齒類動(dòng)物中，炎性疼痛和脊髓神經(jīng)結(jié)扎誘導(dǎo)的NPP模型，能夠降低谷氨酸脫羧酶2(glutamic acid decarboxylase 2,Gad2)啟動(dòng)子處的組蛋白乙?；剑⒁种艷ad2的表達(dá)，這種抑制也和HDAC 1/2酶募集到Gad2啟動(dòng)子有關(guān)，因?yàn)檫@些HDAC酶是由REST募集的共阻遏蛋白復(fù)合物的一部分。REST可能直接與Gad2啟動(dòng)子結(jié)合，參與完成NPP中Gad2的抑制。此外，疼痛誘導(dǎo)MeCP2的磷酸化可能是另一種潛在的REST介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄抑制的機(jī)制。在炎性疼痛小鼠模型中，背根神經(jīng)元中MeCP2的磷酸化水平升高。MeCP2是一種甲基化的DNA結(jié)合蛋白，其募集包含HDAC的共抑制復(fù)合物，MeCP2可以促進(jìn)CoREST向REST的募集。當(dāng)MeCP2被磷酸化時(shí)，會(huì)降低對甲基化DNA的親和力，其靶基因轉(zhuǎn)錄水平也會(huì)被抑制。

目前，NPP中由REST介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制靶點(diǎn)基因庫并未建立。將ENCODE數(shù)據(jù)庫中NPP小鼠模型中，REST占據(jù)基因組區(qū)域微陣列和RNA測序研究相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行薈萃分析[25]，揭示了多種潛在REST介導(dǎo)抑制的相關(guān)基因，包括幾個(gè)神經(jīng)遞質(zhì)受體，如尼古丁膽堿能受體3、γ-氨基丁酸B1型受體、紅藻氨酸離子型谷氨酸受體和5-羥色胺受體3A，電壓門控鉀通道Kcnc2和突觸相關(guān)蛋白25(synaptosomal-associated protein 25,Snap25)。關(guān)于REST介導(dǎo)NPP發(fā)生、發(fā)展過程的機(jī)制研究仍有較多空白，如要更好地了解REST在NPP中的作用，需要闡明起始和維持神經(jīng)損傷后，REST表達(dá)上調(diào)的機(jī)制，以及參與REST調(diào)節(jié)抑制靶基因轉(zhuǎn)錄水平的分子機(jī)制。除了轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)機(jī)制仍有待澄清，包括選擇性剪接和miRNA的調(diào)節(jié)作用等。闡明復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)如何調(diào)控NPP中REST表達(dá)水平，以及REST對目標(biāo)靶基因的抑制作用，對表觀遺傳學(xué)和疼痛的研究發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。

4 小結(jié)與展望

近年來，隨著對REST/NRSF研究的不斷深入，人們對REST/NRSF的結(jié)構(gòu)和功能有了初步的認(rèn)識(shí)和了解，作為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病等其他病理變化的一個(gè)重要靶點(diǎn)，REST/NRSF越來越受到人們的關(guān)注?？偠灾?，NPP與中樞和外周疼痛通路中REST/NRSF表達(dá)水平的增加有關(guān)，REST/NRSF升高選擇性抑制了一系列與疼痛相關(guān)的基因。對REST/NRSF調(diào)節(jié)NPP發(fā)生、發(fā)展過程的機(jī)制研究，將使我們更深入地了解疼痛的發(fā)展過程，并且可以對臨床上解決NPP的治療提供全新的思路。相信今后隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，人類一定可以解決治療NPP的難題。