P2X受體在骨癌痛發(fā)生和維持中的作用及其機制探討*

施任怡 蔡楊乾 杜俊英 房軍帆 梁 宜

（浙江中醫(yī)藥大學第三臨床醫(yī)學院針灸神經(jīng)生物學實驗室，杭州 310053）

近年來，惡性腫瘤的發(fā)生率呈逐年上升的趨勢，嚴重危及人類生命。然而，隨著癌癥診療技術(shù)的進步，癌癥病人的生存時間明顯延長, 癌痛逐漸成為影響癌癥病人生活質(zhì)量的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計約有40%早中期癌癥病人和90%晚期癌癥病人都在經(jīng)歷中度或重度疼痛；且有高達70%的癌癥痛病人疼痛并未得到充分的緩解[1]。骨癌痛是晚期癌癥病人最常見的疼痛，也是腫瘤發(fā)生骨轉(zhuǎn)移時最常見的癥狀之一。目前的治療方法還不能完全有效控制骨癌痛，因此針對骨癌痛的預防和控制是癌癥治療的一大難題，仍需進一步深入研究骨癌痛的發(fā)生發(fā)展機制。近年研究提示P2X受體參與了腫瘤發(fā)生和發(fā)展[2]。P2X受體介導的嘌呤信號在癌癥發(fā)生、腫瘤生長及其誘發(fā)痛覺敏化中起著至關(guān)重要的作用[3]。P2X受體是一種三磷酸腺苷(adenosin triphosphate,ATP)的門控離子通道，主要包括七個亞型。已有研究證明，其中P2X3、P2X4、P2X6、P2X7受體參與骨癌痛的產(chǎn)生和維持過程，且存在不同的調(diào)制機制[4～6]。故本文將圍繞P2X受體在骨癌痛的產(chǎn)生和維持中的作用及其可能機制進行闡述，為今后治療骨癌痛提供新的研究思路和方法。

1.P2X受體的結(jié)構(gòu)和分布特點

（1） P2X受體結(jié)構(gòu)特點：到目前為止，已有七個P2X (P2Xl-7)被克隆，并被認定為P2X受體家族成員。P2X受體各亞型具有相同的一般結(jié)構(gòu)：由胞內(nèi)的N末端和C末端，兩個跨膜區(qū)和一個細胞外環(huán)組成[7]。其中細胞外環(huán)包含有10個保守的半胱氨酸殘基，以二硫鍵互相連接，細胞外環(huán)上含有ATP結(jié)合位點和相應的激動劑、拮抗劑和調(diào)節(jié)劑的作用位點。P2X受體七個亞型的氨基酸序列之間有35%～48%的同源性，其氨基酸殘基數(shù)從379到595個不等[8]。據(jù)既往研究表明P2X受體氨基端較羧基端短，羧基末端長度不相同，最短的是P2X6，有25個殘基，P2X7則擁有240個殘基[9]。P2X受體可形成同聚體或異聚體的ATP門控非選擇性陽離子通道，被ATP激活后可以引起Na+、Ca2+內(nèi)流和K+外流，但對Ca2+的通透性最大[10]。目前認為P2X受體屬寡聚蛋白類，其受體亞基數(shù)量從3個到6個不等[11,12]。

（2）P2X受體分布特點：P2X受體不同亞型在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)均有分布，并且無論在中樞或是外周神經(jīng)系統(tǒng)中，P2X受體主要表達在神經(jīng)元細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞。由于P2X受體對傷害性、炎癥性和病理性疼痛的傳導都是必不可少的，因此在參與疼痛轉(zhuǎn)導的感覺神經(jīng)節(jié)、背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglion, DRG)和脊髓后角神經(jīng)元均能檢測到P2X受體（見表1）。

2.P2X受體介導骨癌痛

有研究報道，ATP及其作用的P2X受體廣泛分布于與傷害性信息傳遞有關(guān)的外周或中樞神經(jīng)細胞中，它們與傷害性刺激的感受及傳遞密切相關(guān)。越來越多的研究證實，ATP介導的嘌呤信號在癌癥疼痛的發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用[22]。由于在腫瘤微環(huán)境中，ATP的釋放不僅能夠促進癌細胞的轉(zhuǎn)移和浸潤，而且能促進神經(jīng)細胞和免疫細胞刺激物的產(chǎn)生[23]。有學者發(fā)現(xiàn)，在MRMT-1乳腺癌細胞致骨癌痛模型中，ATP在神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞（主要是脊髓星形膠質(zhì)細胞）集中釋放，從而激活P2X受體，介導大鼠疼痛相關(guān)行為的產(chǎn)生[24]。綜上所述，進一步說明了P2X受體在骨腫瘤生長、癌細胞轉(zhuǎn)移和浸潤、疼痛因子的釋放，最終介導骨癌痛產(chǎn)生這一過程中起著重要的作用?，F(xiàn)有的研究報道顯示，參與骨癌痛發(fā)生和發(fā)展的P2X受體主要有P2X3及其異聚體P2X2/3、P2X4、P2X6、P2X7受體。

表1 P2X受體各亞型在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的分布

（1）P2X3和P2X2/3受體：在P2X受體中，與疼痛關(guān)系最為密切的是P2X3受體，ATP主要通過同聚P2X3受體和異聚P2X2/3受體參與痛覺及傷害性信息傳遞，并參與骨癌痛的感知。研究發(fā)現(xiàn)，骨癌痛模型中，MRMT-1癌細胞釋放出ATP引起骨傳入神經(jīng)高表達P2X3和P2X2/3受體，進一步促進脊髓水平的中樞敏化引起骨癌痛的形成[25]。也有學者發(fā)現(xiàn)骨癌痛后DRG神經(jīng)元中P2X3受體mRNA表達升高，在接種癌細胞后的第14、21天顯著增多[4]。Gilchrist等[26]報道，骨癌痛小鼠趾部皮膚降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin generelated peptide,CGRP)免疫陽性的C纖維上P2X3受體表達上調(diào)，增加C纖維對ATP誘發(fā)疼痛的反應性，促進骨癌痛的形成。而使用P2X3和P2X2/3受體選擇性拮抗劑A-317491可以減輕大鼠骨癌痛模型的炎癥性和神經(jīng)性疼痛[27]。也有文獻報道，鞘內(nèi)持續(xù)注射P2X3受體反義寡核苷酸2 d后，可明顯減輕大鼠足底注射α，β-meATP引起的機械痛覺過敏，同時背根神經(jīng)節(jié)的P2X3受體蛋白水平顯著降低?？诜蛘咔蕛?nèi)注射高選擇性P2X3和P2X2/3受體拮抗劑AF-353可減輕大鼠骨腫瘤引起的疼痛，但對骨腫瘤引起的骨質(zhì)破壞無作用[28]。這些研究提示P2X3受體和異聚P2X2/3受體在骨癌痛的傷害性信息傳遞中起重要作用。

（2）P2X4受體：有研究表明，P2X4受體參與了神經(jīng)病理性疼痛和炎性痛的產(chǎn)生和維持，同時脊髓P2X4受體特異性存在于小膠質(zhì)細胞表面，參與了大鼠骨癌痛的產(chǎn)生[29]。任春光[30]等報道，骨癌痛模型中，脊髓背角小膠質(zhì)細胞中P2X4受體陽性細胞數(shù)表達在術(shù)后第6～18 d呈進行性上升趨勢，鞘內(nèi)注射TNP-ATP（P2X1-4受體抑制劑）后，骨癌痛大鼠的機械性觸誘發(fā)痛降低。P2X4受體基因敲減，同樣可有效對抗骨癌痛導致的痛覺過敏。這些研究結(jié)果提示，脊髓小膠質(zhì)細胞P2X4受體參與了大鼠脛骨癌痛的產(chǎn)生和維持。

（3）P2X7受體：以往研究證明，P2X7受體激活不僅能促進疼痛因子釋放，而且能通過腫瘤的生長、浸潤和血管化最終導致骨癌痛的產(chǎn)生。Huang等[31]發(fā)現(xiàn)，脛骨注射Walker 256癌細胞后的第3～14 d，骨癌痛大鼠延髓頭端腹內(nèi)側(cè)(rostroventral medulla,RVM)中小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞上的P2X7 mRNA和蛋白水平上調(diào)；RVM中注射P2X7受體拮抗劑BBG或P2X7受體基因si RNA可以抑制RVM中P2X7受體表達，起到鎮(zhèn)痛作用。有文獻報道，腹腔注射P2X7受體特異性拮抗劑A-839977可緩解骨癌痛大鼠疼痛行為[32]。

但是，骨癌痛作為一種機制復雜而獨特的慢性痛，P2X7受體在其中的作用研究也有相反的結(jié)論。Hansen等[33]人研究發(fā)現(xiàn)，P2X7受體缺陷的BALB/cJ小鼠對骨癌痛易感，而且皮下注射選擇性的P2X7受體拮抗劑A438079 (300 μmol/kg)后，均不能減輕骨癌痛小鼠的痛行為。有學者認為，在小鼠骨癌痛模型中，P2X7受體不參與骨癌誘發(fā)痛覺敏化的發(fā)生和發(fā)展。考慮可能與大、小鼠骨癌痛條件下膠質(zhì)細胞不同的激活情況有關(guān)。

值得一提的是，經(jīng)Park等[34]人研究發(fā)現(xiàn)，在骨癌痛小鼠脊髓背角中P2X6受體表達顯著上調(diào)，提示P2X6受體可能介入小鼠骨癌痛的脊髓機制。綜上所述，P2X3、P2X4、P2X6受體與骨癌痛的產(chǎn)生和維持最為密切，而P2X1和P2X5受體與骨癌痛的研究目前未見相關(guān)報道，但不排除兩者存在關(guān)聯(lián)的可能性，有待更系統(tǒng)性的研究。

3.P2X受體參與骨癌痛的機制研究

目前對于P2X受體介導骨癌痛的機制研究主要涉及到P2X3、P2X4、P2X7受體，其他類型受體由于缺乏相關(guān)研究證據(jù)，暫時還不清楚其參與骨癌痛的內(nèi)在機制。

（1）P2X3受體參與骨癌痛的可能機制：目前P2X3受體參與骨癌痛的作用機制主要被認為與鈣敏感蛋白(visinin-like protein 1, VILIP -1)、核轉(zhuǎn)錄因 子 (nuclear transcription factor-κB, NF-κB)、 溶 血磷脂酸受體1 (LPA receptor subtype 1, LPAR1)、阿片受體（μ-阿片受體）有關(guān)。Liu等[35]研究發(fā)現(xiàn)在大鼠骨癌痛模型DRG神經(jīng)元上VILIP-1被激活后促進其氨基末端與P2X3受體的C-末端直接作用，增加P2X3受體在細胞膜上的表達與功能；過表達VILIP-1增加正常大鼠功能性P2X3受體的表達。亦有文獻報道，在骨癌痛大鼠的脊髓中NF-κB可與P2X3受體相互作用實現(xiàn)對P2X3受體表達的調(diào)制[36]。鞘內(nèi)注射 NF-κB p65 shRNA 慢病毒或者 PDTC（NF-κB抑制劑）可以逆轉(zhuǎn)P2X3受體高表達，從而降低骨癌痛大鼠機械痛。近期有相關(guān)研究表明，LPAR1通過激活其下游Rho/ROCK信號，引起細胞膜上相關(guān)Ca2+通道活性增強或敏感性增高，進而促使Ca2+內(nèi)流增大，參與P2X3受體介導的骨癌痛；VPC32183（LPAR1抑制劑）可以阻斷α，β-meATP誘導的自發(fā)痛行為；并且鞘內(nèi)注射BoTXC3（Rho抑制劑）、Y27632（ROCK抑制劑）可以瞬時翻轉(zhuǎn)P2X3受體介導骨癌痛大鼠機械痛下降和自發(fā)痛行為[37]。Chizhmakov等[38]人報道，P2X3受體可能通過降低阿片受體（μ-阿片受體）的敏感性促進癌性疼痛的產(chǎn)生。而相關(guān)的研究表明骨癌痛模型中，μ-阿片受體表達減少，功能減弱是通過磷脂酶C (phospholipase C, PLC)的活化實現(xiàn)的。由上述討論可見，P2X3受體介導骨癌痛的具體機制目前僅局限于相關(guān)受體、蛋白分子和核轉(zhuǎn)錄因子與P2X3受體的相互作用，而其他物質(zhì)是否參與P2X3受體介導的骨癌痛有待進一步證實。

（2）P2X4受體參與骨癌痛的可能機制：目前研究結(jié)果顯示，Toll樣受體4 (Toll-Like Receptor-4,TLR4)的活化、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)大量釋放參與脊髓背角的小膠質(zhì)細胞中P2X4受體介導骨癌痛的產(chǎn)生和維持。最新的研究報道，脊髓背角的小膠質(zhì)細胞中P2X4受體的激活受TLR4的調(diào)制，但TLR4并不直接作用于P2X4受體，而是通過作用于p38 MAPK信號轉(zhuǎn)導通路，從而激活P2X4受體；使用TLR4 siRNA能降低p-p38 MAPK蛋白表達，阻斷P2X4受體以及痛覺過敏的產(chǎn)生。同樣的，鞘內(nèi)注射SB203580（p38 MAPK抑制劑）可以有效緩解P2X4受體活化誘導的機械痛覺過敏[5]。另外，研究者還發(fā)現(xiàn)，脊髓背角小膠質(zhì)細胞上P2X4受體被激活后，促使BDNF大量釋放，引起感覺超敏導致骨癌痛；P2X4R siRNA可以抑制BDNF，緩解骨癌痛大鼠機械痛[39]。后期的進一步研究表明BDNF的釋放，能促使BDNF與其特異性受體結(jié)合，進一步調(diào)控神經(jīng)元N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）功能，從而實現(xiàn)骨癌痛的產(chǎn)生[40]。此外，結(jié)合前期關(guān)于P2X4受體參與神經(jīng)性病理性疼痛的機制報道，BDNF的大量釋放，可以抑制脊髓背角神經(jīng)元胞內(nèi)氯化物的產(chǎn)生[41]。因此筆者認為BDNF作為重要中介物質(zhì)，在P2X4受體介導的骨癌痛中發(fā)揮重要作用。除此之外，也有文獻報道，纖維連接素和核苷酸結(jié)合寡聚蛋白2 (nucleotide-binding oligomerization domain containing2,NOD2)可以引起P2X4受體mRNA表達增加，表明纖維連接素和NOD2可能也參與了P2X4受體的上調(diào)[42,43]。綜上所述，脊髓背角小膠質(zhì)細胞中P2X4受體經(jīng)證實參與骨癌痛的產(chǎn)生和維持，但是筆者認為在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中的其他部位的P2X4受體可能也參與了骨癌痛的產(chǎn)生及維持且具有不同的作用機制，還需要進一步研究和確證。

（3）P2X7受體參與骨癌痛的可能機制：從文獻資料的闡述中了解到，P2X7受體參與骨癌痛主要是通過骨質(zhì)破壞、免疫細胞釋放的各種細胞因子最終引起初級感覺神經(jīng)元興奮性的改變，從而介導骨癌痛的產(chǎn)生。骨質(zhì)破壞主要是由腫瘤細胞的浸潤促進了破骨細胞的生成，抑制成骨細胞分化，打破了骨溶解與骨再生的平衡所致。而目前研究表明，P2X7受體在成骨細胞和破骨細胞上均有分布，且其參與骨癌痛的作用機制也有所不同：成骨細胞上P2X7受體通過激活PI3K/Akt、NFATc1、ROCK和VEGF等信號通路促進早期腫瘤的發(fā)展和成骨細胞的損傷，分別阻斷其信號通路能有效抑制成骨細胞的損傷，促進骨再生，減輕骨質(zhì)破壞[44～46]；破骨細胞上的P2X7受體能上調(diào)RANKL（轉(zhuǎn)錄因子NFκB配體）的表達，增強骨吸收和溶骨性病變[47]；除此之外，P2X7受體在免疫細胞上通過在高濃度的ATP激活作用下，釋放大量的促炎癥因子，如IL-1β、IL-6和IL-18等，這些細胞因子均可興奮初級感覺神經(jīng)元，介導痛覺過敏或痛覺超敏[48]。P2X7受體在炎性痛和神經(jīng)病理性疼痛中的作用已有大量深入的研究，而在骨癌痛中的作用機制研究相對較少，以期更深入的研究。

4.結(jié)語

目前，針對骨癌疼痛機制的研究是腫瘤相關(guān)研究中最迫切需要解決的問題之一。大量文獻研究顯示P2X受體可能是介導腫瘤生長和癌痛的共同作用靶點，拮抗該受體既可以起到抑制腫瘤生長浸潤的作用，又可以有效地緩解骨癌痛。但是，癌性疼痛不僅僅是神經(jīng)病理性疼痛、炎性疼痛兩者的結(jié)合，因此對P2X受體激活在骨癌痛調(diào)制機制中的作用還需做更加全面的探究；另外，P2X7受體在骨癌痛中的作用目前尚處于初始階段，相關(guān)的研究報道相對較少，對于P2X7受體在其中的作用也較有爭議，需要更多相關(guān)的研究和探索來進一步闡明。