小膠質信號通路參與神經病理性疼痛及針刺干預研究

朱怡霖，沈醉，何俏穎，方劍喬，邵曉梅

(浙江中醫(yī)藥大學附屬第三醫(yī)院/浙江省針灸神經病學重點實驗室，杭州 310053)

2016年，國際疼痛研究學會(International Association for the Study of Pain， IASP)將疼痛定義為一種與組織損傷或潛在組織損傷相關的感覺、情感、認知和社會維度的痛苦體驗。其中，神經病理性疼痛是慢性疼痛的主要類型，其發(fā)病率高、機制復雜，引起人們的廣泛關注。據國際疼痛學研究協(xié)會的神經病理性疼痛學組(Neuropathic Pain Special Interest Group， NeuPSIG)的調查研究顯示，神經病理性疼痛的患病率約為3.3%～8.2%。2013年《中國神經病理性疼痛診療專家共識》表明中國目前約有 9000萬名神經病理性疼痛患者。神經病理性疼痛嚴重影響患者的工作和生活質量，容易誘發(fā)焦慮、抑郁等精神疾病，是常見的難治性疼痛疾病。

盡管近年來對于神經病理性疼痛的研究取得了一些進展，但它的發(fā)病機制尚不明確，診斷和治療仍舊是一個巨大的挑戰(zhàn)。目前多認為中樞神經系統(tǒng)中神經-免疫相互作用是引起神經系統(tǒng)病理變化的基本原因之一。免疫細胞可利用與神經元的共享遞質來促進其與神經元間的相互作用[1]。小膠質細胞具有多樣性及可塑性的特點，為中樞神經系統(tǒng)內固有的免疫效應細胞，在中樞神經系統(tǒng)的生理過程中發(fā)揮著極其重要的作用[2]。并且隨著研究進展，人們開始意識到小膠質細胞參與疼痛的產生和級聯(lián)放大反應，與外周神經損傷或炎癥誘發(fā)的神經病理性疼痛密切相關[3]。研究顯示，在中樞神經系統(tǒng)中，各種炎性反應和細胞凋亡構成系列級聯(lián)病理變化，引起痛覺敏化。而在此過程中，小膠質細胞內的絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)[4]、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)[5]、Janus激酶/信號轉導和轉錄激活因子(JAK/STAT)[6]、磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)[7]等多個級聯(lián)反應可被激活，發(fā)揮神經保護和毒性損傷雙重作用，對神經病理性疼痛的產生和維持至關重要。與此相關的是，研究發(fā)現調節(jié)小膠質細胞內 MAPK[8]、AMPK[9]、JAK/STAT[10]、PI3K/Akt[11]等信號通路，可使其向促炎表型M1或抗炎表型M2兩種不同的極化狀態(tài)轉化，在神經炎癥過程中發(fā)揮作用。

針刺不良反應少且療效顯著，是臨床上治療慢性痛常用的中醫(yī)特色療法之一。隨著醫(yī)學的發(fā)展，其機理也進一步得到揭示。目前發(fā)現，針刺通過抑制小膠質細胞的活化，可減少多種疼痛相關受體、促炎介質和致痛物質的表達，降低神經元的敏感性，在神經病理性疼痛中發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[12-13]。在此過程中，針刺對小膠質細胞中MAPK、PI3K/Akt、JAK/STAT、AMPK等多條信號通路干預機制已有部分研究報道，但仍舊缺少系統(tǒng)性研究。本文旨在前人研究的基礎上，系統(tǒng)闡述小膠質細胞內信號級聯(lián)反應如何激活、調控基因表達，試提出小膠質細胞內級聯(lián)反應介導的針刺鎮(zhèn)痛可能機制，這將有助于理解神經病理性疼痛的病理機制，并為針刺干預神經病理性疼痛機制研究提供啟示。

1 針刺通過多條小膠質信號通路發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用

1.1 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)

外界輸入的刺激激活小膠質細胞后，小膠質細胞通過多條信號通路參與疼痛敏化過程。MAPK就是其中一條重要的信號通路。其在神經病理性疼痛發(fā)展和維持中具有重要作用。研究顯示MAPK可在小膠質細胞中廣泛激活并引起外周和中樞敏化[10]。而針對這一條信號通路的鎮(zhèn)痛機制研究表明，針刺可以通過抑制小膠質細胞MAPK通路的激活，減少多種細胞因子釋放和降低疼痛相關受體的表達來起到鎮(zhèn)痛作用。

目前小膠質細胞 MAPK通路激活大致可分兩條途徑，鈣離子依賴型和非鈣離子依賴型。小膠質細胞表面可表達 P2X4[14]、N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)[15]等配體門控離子通道偶聯(lián)受體和趨化因子受體 2(CCR2)[3]、CX3C趨化因子受體1(CX3CR1)[16]等G蛋白偶聯(lián)受體。當小膠質細胞受到刺激時，這些鈣離子依賴型受體即被激活，從而引起 Ga2+的內流，激活 MAPK家族的p38MAPK和細胞外調節(jié)蛋白激酶(ERK)；而IL-6、TNF-α以及一些外源性物質等促炎介質則可與小膠質細胞表面非離子依賴型受體結合，進一步激活p38和ERK[3]。p38和ERK活化之后，激活環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白(CREB)、核因子 kappaB(NF-κB)或其他轉錄因子調節(jié)基因轉錄過程，又反過來提高Toll樣受體4(TLR4)[3]、P2X4R[14]和 CX3CR1[16]等膜表面受體的表達，同時增加多種炎癥因子釋放，最終引起痛覺敏化[10]。

針刺可以通過抑制 MAPK通路抑制小膠質細胞活化。梁宜等[17]實驗發(fā)現，脊神經結扎(spinal nerve ligation， SNL)大鼠受損脊髓背角內p-p38 MAPK、小膠質細胞特異性標志物(OX-42)陽性細胞顯著增多，而電針后p-p38MAPK、OX-42陽性細胞表達明顯減少，小膠質細胞活化受到抑制。Lin L等[18]研究顯示，針刺可通過抑制小膠質細胞ERK激活來發(fā)揮顯著的鎮(zhèn)痛作用。與此相似，有實驗顯示，針刺可通過抑制p38和ERK磷酸化，抑制超氧陰離子的合成，從而降低多種炎癥介質的水平，防止痛覺敏化[19]。此外，p38和 ERK磷酸化介導了嗎啡誘導的鎮(zhèn)痛的耐受性的發(fā)展，使用電針抑制其磷酸化緩解或延緩了嗎啡耐受性[20]。

除上所述，MAPK家族的第三個成員c-Jun N端激酶(JNK)也參與神經病理性疼痛的病理過程。目前發(fā)現，它主要在星形膠質細胞中表達[21]，抑制 JNK可抑制星形膠質細胞活性，減輕神經病理性疼痛[22]。但也有研究表明，小膠質細胞內 JNK與神經炎癥密切相關[23]，JNK抑制劑具有神經保護和抗炎功能[24-25]。實驗顯示，抑制慢性坐骨神經結扎損傷(CCI)大鼠脊髓小膠質細胞內的c-JNK表達可減輕CCI引起的神經病理性疼痛[26]。然而目前關于小膠質細胞c-JNK的研究多集中在藥物方面，少有關于JNK介導的針刺鎮(zhèn)痛研究，此方面值得進一步研究。

1.2 磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)

目前多將小膠質細胞的激活類型分為兩種，M1型(“經典”激活的促炎表型)和M2型(“替代”激活的抗炎表型)[27]。M1型小膠質細胞產生 IL-6、IL-1β、IL-18等促炎因子，通常與炎癥和神經毒性相關，而M2型分泌IL-10、金屬蛋白酶組織抑制劑1(TIMP1)等抗炎因子，產生神經保護作用[28]。PI3K/Akt信號通路則可介導小膠質細胞向這兩種不同的極化狀態(tài)轉化[10]。

研究已經發(fā)現 PI3K/Akt對神經病理性疼痛具有雙重調節(jié)作用。實驗表明，PI3K/Akt信號通路從多個層面參與病理性疼痛的調制，在中樞神經系統(tǒng)中，PI3K可調節(jié)中樞神經系統(tǒng)的突觸可塑性，調節(jié)傷害性信息，并介導由有毒刺激引起的中樞敏化[10]。此信號通路可被多種細胞因子、生長因子以及脂多糖(LPS)等物質激活。配體與受體結合后激活PI3K，隨后引起Akt的活化。Akt具有多種下游效應物質，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)就是其中重要一種，抑制 PI3K/Akt/mTOR信號通路可減少小膠質細胞的活化[7]。此外，小膠質細胞在纖連蛋白刺激下可激活PI3K/Akt信號通路，并上調P2X4R蛋白和mRNA表達[14]，該受體在喚起和維持神經病理性疼痛中起關鍵作用[29]。抑制PI3K/Akt通路減少LPS導致的小膠質細胞活化、TLR4的表達以及細胞因子的產生可用于治療神經炎癥相關疾病[30]。這些結果揭示了小膠質細胞內 PI3K/Akt級聯(lián)反應在促進神經病理性疼痛中發(fā)揮重要作用。與此相對，有實驗證明PI3K/Akt通路也參與促進小膠質細胞向“抗炎”的M2極化狀態(tài)轉化，增加IL-10的釋放[11]。同時研究發(fā)現神經受損之后小膠質細胞表達的IL-10可通過PI3K/Akt通路對皮層神經元發(fā)揮保護作用[31]。

針刺則可能通過作用于小膠質細胞內 PI3K的多個上游、旁路物質或下游效應物質，調節(jié)PI3K/Akt通路活性，發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應。研究表明，γ-干擾素(IFN-γ)也可促使小膠質細胞向M1表型極化[32]，而電針則可減輕CCI模型大鼠痛覺超敏并降低由IFN-γ誘導的小膠質細胞P2X4R的表達[13]。另外有實驗顯示，針刺可改善腦缺血后小膠質細胞 TLR4/NF-κB引起的炎癥反應和神經功能損傷[33]。雖然藥理學上已證明通過抑制小膠質細胞TLR4/PI3K/Akt/NF-κB信號通路可發(fā)揮抗炎作用[34]，但針刺是否能通過PI3K/Akt途徑抑制TLR4的表達尚未有直接證據。另一方面，Zhao J等[35]實驗提示，脊髓損傷后經電針治療不僅可以抑制 M1巨噬細胞比例及 TNF-α、IL-1β、IL-6表達，還能增加 M2巨噬細胞的比例及IL-10和神經營養(yǎng)因子3(NT-3)的表達。其中NT-3為PI3K的上游物質之一[36]。同時，Tu W等[37]實驗表明，電針可上調NT-3表達以調節(jié)CCI模型大鼠脊髓小膠質細胞活性發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應。但在針刺鎮(zhèn)痛過程中，其是否經由NT-3/PI3K/Akt起作用，以及針刺是否通過PI3K/Akt通路誘導小膠質細胞向M2狀態(tài)轉化仍需要進一步研究。

由此，筆者提出一種假說，這種小膠質細胞內通路激活效應的差異可能取決于不同的信號輸入，而針刺作為一種信號輸入，可以通過PI3K/Akt通路誘導小膠質細胞向 M2狀態(tài)轉化?？偠灾?，小膠質細胞內PI3K/Akt信號通路介導的針刺鎮(zhèn)痛機制有待進一步研究。擴大PI3K/Akt的研究病種，豐富針刺研究內容具有重要意義。

1.3 Janus激酶/信號轉導和轉錄激活因子(JAK/STAT)

與PI3K/Akt一樣，JAK/STAT同時具有促炎和抗炎雙重作用。這種矛盾的結果或許至少部分與該途徑的雙重激活性質相關。實驗證明，炎癥因子IL-6、IFN-γ，抗傷害感受性因子IL-10均可誘導小膠質JAK/TAT級聯(lián)的激活，產生促炎或抗炎效應[38-39]。

研究發(fā)現，IL-6作為小膠質細胞JAK/STAT3通路的主要激活物質之一[39]，可引起小膠質細胞活化，促進多種炎癥因子的表達，并且抑制該途徑能有效地阻止小膠質細胞向M1狀態(tài)轉變[10]。此外，在神經病理性疼痛過程中，單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)也可誘導小膠質細胞JAK2/STAT3信號轉導[40]?；罨男∧z質細胞又可釋放TNF-α、IL-6、MCP-1等炎癥介質，其中MCP-1還可作用于神經元 NMDAR，啟動和維持神經病理性疼痛[41]。同時研究發(fā)現，IL-10與IL-6一樣，也是STAT3調節(jié)因子[28]。在小膠質細胞中，IL-10可通過誘導STAT3的磷酸化，提高細胞的存活率，發(fā)揮神經元保護作用[42]。這一過程涉及復雜的生理反應，其中抗傷害作用或與小膠質細胞向終止炎癥的M2狀態(tài)極化相關[38]。因此，小膠質細胞在不同損傷階段向不同表型極化或許可由JAK/STAT這兩種活化形式介導。

針刺則可能通過調節(jié) JAK/STAT通路的上下游物質，調控小膠質細胞的極化狀態(tài)，在神經病理性疼痛的病理過程中發(fā)揮良性調節(jié)作用。首先，現有研究表明，電針可通過調節(jié)脊髓組織中JAK/STAT信號通路，發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應[43]。其次實驗顯示，電針可抑制神經損傷后產生的IL-6，提高神經損傷模型大鼠的痛閾[44-45]。此外，在神經病理性疼痛中，電針可以抑制星形膠質細胞MCP-1的表達來緩解疼痛[46]，但針刺是否能夠下調MCP-1表達抑制小膠質細胞JAK/STAT活化，發(fā)揮抗炎鎮(zhèn)痛作用，仍不清楚。另一方面，實驗顯示，在坐骨神經分支選擇性損傷(SNI)大鼠模型中，電針可以增加IL-10的產生以緩解疼痛[47]。趙澤金等[48]研究也表明電針治療可增加SCI患者體內IL-10的含量，從而緩解神經病理性疼痛。以上實驗表明針刺或許通過抑制IL-6的表達、促進IL-10的產生，經由JAK/STAT通路誘導小膠質向M2表型極化，發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應。

如上所述，IL-6和IL-10均可激活JAK/STAT級聯(lián)反應。這兩種激活形式可能引起小膠質細胞內不同的基因轉錄，從而改變小膠質細胞的極化狀態(tài)，使小膠質細胞發(fā)揮神經損傷或抗傷害作用。且研究發(fā)現針刺可對此過程的某些炎癥介質產生調節(jié)作用。然而，在神經病理性疼痛中，小膠質細胞內JAK/STAT通路是否介導針刺鎮(zhèn)痛效應，針刺是否通過改變小膠質細胞的極化狀態(tài)，抑制中樞敏化，仍需要進一步研究。

1.4 腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)

近年來能量穩(wěn)態(tài)對神經炎癥抑制的作用引起了廣泛關注。相關研究認為，維持能量平衡并參與炎癥反應的信號通路可被分成促炎通路和抗炎通路[49]。AMPK就是其中一條以抗炎為主的重要通路。AMPK是一種異源三聚體的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細胞內 AMP：ATP比值升高后可被激活，是調節(jié)能量平衡和代謝應激的能量傳感器[50]。研究表明AMPK可顯著抑制多種動物模型體內的炎癥[51]，其可能在神經炎癥和中樞神經系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制中發(fā)揮核心作用。

過去對于 AMPK在神經病理性疼痛的作用多集中在神經元的興奮性機制方面，少有關于AMPK對神經病理性疼痛中小膠質細胞功能的調節(jié)的報道。目前已有研究證明，小膠質細胞AMPK信號通路激活可抑制神經病理性疼痛[52]。在神經病理性疼痛過程中，小膠質細胞中 AMPK激活后可誘導小膠質細胞向M2表型極化[51]，并抑制多種促炎介質的表達[5]。且實驗顯示，在使用AMPK激動劑白藜蘆醇后，可以抑制小膠質細胞活化，并通過AMPK活化減輕神經膠質細胞介導的神經炎癥，進一步抑制中樞致敏作用，從而起到持續(xù)的鎮(zhèn)痛作用[52]。此外，AMPK 還能通過抑制 NF-κB[53]、MAPK[52]和JAK-STAT[54]等炎癥信號通路和炎癥基因的表達，減少炎癥反應，抑制傷害性感受器的興奮性和敏化。

另一方面針刺對神經病理性疼痛也具有顯著作用。但是針刺鎮(zhèn)痛效應是否與激活小膠質細胞 AMPK通路有關，相關研究卻是少之又少。AMPK與針刺作為疼痛研究的熱點，明確兩者之間的關系十分重要?？偠灾∧z質細胞內AMPK是一個重要的疼痛治療靶點，尋找到確切的激活方式對神經病理性疼痛的治療具有重大意義。而針刺可通過多途徑抑制中樞神經系統(tǒng)內小膠質細胞活化，改善炎癥反應和神經功能損傷，但其中機制極其復雜，目前尚缺少針刺與AMPK之間的研究。因此不論是小膠質細胞內 AMPK通路在神經病理性疼痛病理過程中發(fā)揮的作用，還是其介導的針刺鎮(zhèn)痛理論機制，都值得進一步研究。

2 展望

神經病理性疼痛已經成為沉重的臨床負擔，目前尚未發(fā)現治療該疾病的特效藥物，其患者廣受疼痛的折磨。近 10年研究已經明確小膠質細胞內 MAPK、PI3K/AKT、JAK/STAT、AMPK等多條信號通路在神經病理性疼痛過程中發(fā)揮重要作用。同時實驗已經證明針刺對神經病理性疼痛的治療作用與其能夠抑制小膠質細胞的激活密切相關。但是近年來的研究多局限在藥物對這些小膠質細胞內信號通路的影響。而針刺鎮(zhèn)痛機制研究卻鮮有從上述角度切入。因此有必要對此方面深入研究，明確雙方的關系，這為針刺治療神經病理性疼痛提供理論和實驗依據，促進針刺治療在臨床上的推廣應用具有重要意義。