HMGB1/TLRs/MyD88信號通路與神經(jīng)病理性痛*

夏陽陽，黃 誠

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2016級碩士研究生；2.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院；3.疼痛醫(yī)學(xué)研究所，江西 贛州 341000)

神經(jīng)病理性痛(Neuropathic Pain, NP)是創(chuàng)傷或疾病累及軀體感覺系統(tǒng)后直接導(dǎo)致的疼痛，以自發(fā)性疼痛、痛覺過敏、觸誘發(fā)痛和感覺異常為臨床特征[1-2]。神經(jīng)病理性痛在普通人群的發(fā)病率高達6%～8%[3]，該疾病患者較其它類型的慢性疼痛患者生活質(zhì)量更差[4]，可引發(fā)社會心理和情緒障礙，并對個人及社會造成巨大的經(jīng)濟負擔[5]。由于神經(jīng)病理性痛的發(fā)病機制極其復(fù)雜，加之神經(jīng)病理性痛持續(xù)時間長且療效不佳[6]，神經(jīng)病理性痛的臨床治療仍是一個巨大的挑戰(zhàn)[7]。目前神經(jīng)病理性痛的分子和細胞機制仍不明確，其中神經(jīng)免疫過程在神經(jīng)病理性痛發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[8-11]。有研究表明，HMGB1/TLRs/MyD88信號通路從多個層面參與神經(jīng)病理性痛的調(diào)制，如在中樞參與神經(jīng)炎癥，在外周可能與感覺神經(jīng)元的痛覺敏化形成有關(guān)[12]。本文將就HMGB1/TLRs/MyD88信號通路的組成與功能以及其參與神經(jīng)病理性痛的作用機制進行綜述。

1 MyD88依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

MyD88又稱髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)，是此信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中一個重要接頭蛋白，由N端的死亡結(jié)構(gòu)域(DD)和C端的TIR結(jié)構(gòu)域(Toll/IL-1R domain)組成。其中死亡結(jié)構(gòu)域(DD)端約有90個氨基酸，參與該段與其他蛋白質(zhì)的相互作用，C端約有130個氨基酸，通過募集連接蛋白傳遞信息。除了TLR3外，所有TLR均可啟動MyD88依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[13]。其傳導(dǎo)過程是通過配基與TLR胞外段結(jié)合，使之二聚化并通過TIRAP(TIR domain-containing adaptor protein，亦稱MyD88-adapter-like,Mal)與MyD88的TIR結(jié)合，同時誘導(dǎo)MyD88的DD活化，形成TLR-MyD88活性復(fù)合體，然后募集IRAK(IL-1 receptor-assiciated kinase)1、IRAK4和TRAF6(the tumor necrosis factor receptor-associated factor 6)等信號分子。靜息態(tài)細胞中IRAK-1因同Tolip(Toll-interacting protein)結(jié)合而保持一定的穩(wěn)定性。經(jīng)配體刺激后，IRAK-4發(fā)揮激酶的作用使IRAK-1磷酸化，從而降低其與Tollip結(jié)合能力轉(zhuǎn)而與MyD88結(jié)合。隨后磷酸化的IRAK1-TRAF6復(fù)合物和受體解離，與胞膜的TAK1(transformation growth factor-β-activated kinase 1)及TAB(TAK1-binding protein)1、2作用，然后整個復(fù)合物進入胞漿，并與泛素化結(jié)合酶Ubc13和Uev1A形成更大的復(fù)合物，促使TAK1活化，活化的TAK-1分別使MAPK和IKK復(fù)合物磷酸化，引發(fā)兩條不同途徑的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：一是MAPK途徑，通過ERK、JNK和p38等激酶，激活轉(zhuǎn)錄因子AP-1(c-Jun和c-fos復(fù)合物)，調(diào)控IL-1、IL-6和TNF-α等炎癥因子的轉(zhuǎn)錄；另一是轉(zhuǎn)錄因子NF-κB途徑。綜上可知，配基與TLR(除了TLR3)結(jié)合，與MyD88等結(jié)合，形成TLR-MyD88活性復(fù)合體，募集IRAK1、IRAK4和ARAF6，活化IKK或MAPK，激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、AP-1，促進炎癥因子和共刺激分子表達[14]。

2 HMGB1/TLRs/MyD88信號通路與神經(jīng)

病理性痛

目前已有大量文獻證實MyD88依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與神經(jīng)病理性痛的發(fā)生及維持。HMGB1作為TLR2和TLR4的內(nèi)源性配體，與其胞外段結(jié)合，從而激活MyD88依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，活化NF-κB，分泌大量炎性介質(zhì)參與神經(jīng)病理性痛的發(fā)病機制。

2.1HMGB1 HMGB1又稱高遷移率族蛋白1 (high mobility group box-1 protein, HMGB1)，是由215個氨基酸殘基組成，分子約為25 kD，因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳中的高速遷移率而得名[15]。HMGB1具有3個結(jié)構(gòu)域：A box、B box和一個酸性尾端[16]。其中A box和B box均由3個OT螺旋組成，構(gòu)成HMGB1的非特異性DNA結(jié)合區(qū)，而C末端則參與介導(dǎo)HMGBl與DNA的結(jié)合。與DNA結(jié)合的HMGBl通常含有特定的二級結(jié)構(gòu)，如超螺旋、十字結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)等，這可能是HMGBl參與DNA重組、復(fù)制、修復(fù)及基因轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[17]。細胞還可以將HMGB1分泌到細胞外，胞外的HMGB1參與細胞的分化、遷移、增殖與凋亡，同時還可誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，發(fā)揮多種病理生理學(xué)效應(yīng)[18-19]。已有研究表明，與炎癥相關(guān)的HMGB1受體主要是晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end-products，RAGE)和Toll樣受體(TLR4，TLR2)，前者主要激活Rho鳥苷三磷酸酶(Rho GTPases)CDC42/Rac分子、MAPKs途徑、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK1/2)、Ras-Juk/PIK3途徑以及NF-κB信號途徑[20]，后者主要由MyD88依賴性激活NF-κB，最終在細胞中產(chǎn)生并釋放大量促炎性細胞因子，促使炎癥持續(xù)放大[21-22]。

有研究認為神經(jīng)損傷后HMGB1的釋放可能在神經(jīng)病理性痛的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用[23]。最近的研究表明，HMGB1在周圍神經(jīng)病變后調(diào)節(jié)傷害性轉(zhuǎn)導(dǎo)中起關(guān)鍵作用，在小鼠部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎(PSNL)模型中，術(shù)后3～21天患側(cè)的HMGB1持續(xù)上調(diào)，與患側(cè)后爪機械超敏反應(yīng)一致。用抗HMGB1抗體重復(fù)治療顯著改善PSNL誘導(dǎo)的機械超敏反應(yīng)[24]。因此，阻斷神經(jīng)損傷中的HMGB1功能可能成為神經(jīng)病理性痛的有效治療策略。有學(xué)者針對HMGB1靶點展開有關(guān)神經(jīng)病理性痛治療的相關(guān)研究。Zhang等發(fā)現(xiàn)miR-142-3p的過度表達可顯著降低HMGB1的mRNA和蛋白表達水平，并且抑制SNL小鼠的神經(jīng)病理性痛和神經(jīng)炎癥，表明miR-142-3p可通過下調(diào)HMGB1來負調(diào)控神經(jīng)病理性痛的發(fā)展[25]。實驗也發(fā)現(xiàn)在CCI手術(shù)后，大鼠背根神經(jīng)節(jié)的miR-141表達明顯下調(diào)。然而miR-141的過度表達顯著抑制HMGB1的表達，表明miR-141的過表達通過靶向和抑制HMGB1來減輕神經(jīng)病理性痛的發(fā)展，意味著miR-141阻斷HMGB1可能是神經(jīng)病理性痛的關(guān)鍵治療策略[26]。Ma等給予SD大鼠丹參酮IIA可逆轉(zhuǎn)SNL誘導(dǎo)的熱痛覺過敏和機械異常性疼痛，下調(diào)HMGB1和TLR4mRNA、蛋白質(zhì)表達水平并抑制HMGB1-TLR4途徑。同時丹參酮IIA抑制SNL大鼠脊髓中TNF-α和IL-1β的表達[27]。這一系列研究證實HMGB1在神經(jīng)病理性痛的重要作用毋庸置疑。

2.2TLRsTLRs又稱Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)，TLR是I型跨膜蛋白受體，包括TLRl、TLR2、TLR4、TLR5和TLR9等，它是最具特征性的模式識別受體，TLRs在結(jié)構(gòu)上分為3個部分：含有富亮氨酸的胞外區(qū)、跨膜區(qū)和細胞內(nèi)含有TIR結(jié)構(gòu)域區(qū)。TLRs主要生物學(xué)功能是引起免疫細胞釋放促炎因子, 而TLR4就是其中最重要的一種。TLR4是 Medzhitov等發(fā)現(xiàn)果蠅 Toll蛋白同源的第一個人類 Toll樣受體蛋白[28]。TLR4主要分布于巨噬細胞、單核細胞、樹突狀細胞及肥大細胞等免疫細胞的細胞膜上。Hutchinson等研究發(fā)現(xiàn)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，TLR4主要表達于小膠質(zhì)細胞表面，在炎癥條件下，小膠質(zhì)細胞表面的TLR4上調(diào)，對神經(jīng)免疫起到關(guān)鍵性作用[29]。TLR2和TLR4亦能作為HMGBl的受體，并能與其相互作用誘導(dǎo)細胞活化，HMGBl與TLR結(jié)合后，活化髓樣分化因子88等相關(guān)分子，最終活化NF-κB參與神經(jīng)病理性痛的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

越來越多的證據(jù)表明Toll樣受體(TLRs)特別是位于小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞上的TLR4在傷害感受中起重要作用[30]。有研究表明，應(yīng)用野生型(WT)和TLR4敲除(KO)小鼠建立慢性縮窄性損傷(CCI)誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性痛模型，與對照組相比，WT和TLR4 KO組中的機械異常性疼痛顯著增加，并且在TLR4 KO組中觀察到異常性疼痛明顯減少。盡管WT組神經(jīng)膠質(zhì)細胞上調(diào)，但在TLR4 KO組中并未觀察到明顯變化[31]。TLR4參與神經(jīng)病理性痛的機制在糖尿病以及三叉神經(jīng)損傷的神經(jīng)病理性痛模型中也得到驗證[32-33]。有學(xué)者針對TLR4靶點開展神經(jīng)病理性痛治療研究，Jin等發(fā)現(xiàn)在CCI模型中，與對照組相比，模型組大鼠TLR2和TLR4蛋白表達水平升高。術(shù)后7天和14天，模型組的MWTs與對照組相比顯著降低。運用Sparstolonin B后，SsnB組的MWTs與模型組相比顯著增加，TLR2和TLR4表達增加均降低。結(jié)果表明SsnB可能通過抑制TLR2和TLR4來減輕神經(jīng)病理性痛，并可能成為治療神經(jīng)病理性痛的潛在藥物[34]。Jurga等在鞘內(nèi)給予TLR4拮抗劑[LPS-RS ULTRAPURE(LPS-RSU)]后，發(fā)現(xiàn)LPS-RSU改變了IL-18/IL-18BP和MMP-9 / TIMP-1之間的比率，有利于抗傷害性因子IL-18BP和TIMP-1上調(diào)，同時IL-6也明顯增加，通過抑制TLR4不僅可加強鎮(zhèn)痛作用，而且有利于恢復(fù)傷害性因素之間的平衡[30]。以上研究表明，Toll樣受體(TLRs)在神經(jīng)病理性痛的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

2.3MyD88 髓系分化因子-88(MyD88)是Toll樣受體(TLRs，TLR3除外)和白細胞介素-1受體(IL-1R)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中重要的銜接蛋白[35-36]。MyD88依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活，導(dǎo)致免疫細胞分泌大量炎性細胞因子，如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等[13,37]，從而參與到神經(jīng)病理性痛的發(fā)生發(fā)展。大量研究表明，在外周及中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，MyD88作為TLRs和IL-1R的銜接蛋白在DRG和脊髓中表達[38-39]。Liu等使用MyD88敲除小鼠，建立CCI神經(jīng)病理性痛模型，發(fā)現(xiàn)CCI誘導(dǎo)野生型小鼠在DRG神經(jīng)元和巨噬細胞浸潤的DRG中MyD88表達增加，同時脊髓背角中的小膠質(zhì)細胞活化亦出現(xiàn)上調(diào)，然而在MyD88敲除小鼠中并未出現(xiàn)顯著變化，這表明初級感覺神經(jīng)元的MyD88在調(diào)節(jié)外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)炎癥中起積極作用，并且有助于神經(jīng)病理性痛的維持[12]。最近的研究結(jié)果揭示抑制髓樣分化因子-88(MyD88)-依賴性信號傳導(dǎo)可減輕神經(jīng)性疼痛大鼠周圍神經(jīng)損傷所引起的疼痛[40]。綜上所述，MyD88依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在神經(jīng)病理性痛的發(fā)生、發(fā)展中起著不可忽視的作用，其可能成為臨床治療神經(jīng)病理性痛的潛在靶點。

3 展 望

綜上所述，HMGB1作為TLR2和TLR4的內(nèi)源性配體，與其胞外段結(jié)合，從而激活MyD88依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，活化NF-κB，分泌大量炎性介質(zhì)參與神經(jīng)病理性痛的發(fā)病機制(見圖1)。雖有大量文獻證實，HMGB1/TLRs/MyD88信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與神經(jīng)病理性痛的發(fā)生、發(fā)展及維持，但是研究模型相對單一，基本都是圍繞CCI模型展開，而且HMGB1/TLRs/MyD88信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在其它神經(jīng)病理性痛模型中是否表現(xiàn)出一致性，還有待進一步的實驗加以證實。HMGB1/TLRs/MyD88信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與神經(jīng)病理性痛的發(fā)病機制已有大量研究，但是圍繞此通路在神經(jīng)病理性痛的治療研究卻鳳毛麟角。因此，針對HMGB1/TLRs/MyD88信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路尋求合理的治療方案顯得尤為重要。電針作為我國中醫(yī)藥的瑰寶，在臨床治療慢性疼痛中發(fā)揮重要作用，目前有關(guān)電針在神經(jīng)病理性痛的鎮(zhèn)痛機制并不十分明確，電針是否通過抑制HMGB1/TLRs/MyD88信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用值得進一步探討。

圖1 HMGB1/TLRs/MyD88信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路