自噬與神經(jīng)性疼痛

張冰緣，鄭學(xué)良，姜琳，孫燦林

（1.泰州市人民醫(yī)院 麻醉科,江蘇 泰州 225300；2.泰州市第四人民醫(yī)院 麻醉科，江蘇 泰州 225300）

自噬是細(xì)胞免受環(huán)境改變和病理刺激的一種適應(yīng)和生存機(jī)制[1]，其通過溶酶體途徑降解和回收受損的細(xì)胞來維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，對組織和器官的生長發(fā)育具有調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)[2]細(xì)胞自噬在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。神經(jīng)性疼痛是指外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷而引起的一系列不同病征，其特征是自發(fā)性疼痛、異常性疼痛及痛覺過敏[3]。最新研究表明，自噬功能障礙與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生密切相關(guān)，其對神經(jīng)系統(tǒng)維持突觸的可塑性和完整性具有至關(guān)重要的生理學(xué)意義[4]，調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬水平可以相對緩解神經(jīng)病理性疼痛。

1 自噬的相關(guān)分子機(jī)制及其分類

自噬是從酵母到哺乳動物的真核生物細(xì)胞內(nèi)的降解系統(tǒng)，與其他降解系統(tǒng)相比，自噬最顯著的特征是其能夠降解細(xì)胞中幾乎所有物質(zhì)，不僅包括生物分子（如蛋白質(zhì)），還包括各種細(xì)胞器和侵入性微生物[5]。降解各種大小靶向目標(biāo)的能力是由一種獨(dú)特的自噬機(jī)制決定的，自噬相關(guān)分子機(jī)制的突破要?dú)w功于酵母自噬過程中細(xì)胞膜涉及的獨(dú)特分子組，該分子被稱為自噬相關(guān)基因（autophagy related genes, ATG），這些核心ATG 主要分為4 個(gè)亞組參與自噬的具體過程，首先，ATG1/unc-51 樣激酶復(fù)合物調(diào)節(jié)自噬起始，其次，2 種泛素化蛋白ATG8 和ATG12 與微管相關(guān)輕鏈蛋白3（microtubule-associated protein light chain 3, LC3）協(xié)助調(diào)節(jié)自噬膜的延展，隨后磷脂酰肌醇3 激酶（phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K）與Vps34 復(fù)合物參與早期階段自噬體膜的形成，最后跨膜蛋白ATG9、ATG18 等參與自噬體的輸送與傳遞[6]。

自噬是細(xì)胞通過自噬調(diào)節(jié)因子對環(huán)境變化做出的反應(yīng)，也是其免受環(huán)境改變和病理刺激的一種生存機(jī)制，自噬的發(fā)生主要取決于2 個(gè)關(guān)鍵性步驟，自噬體的形成及自噬體和溶酶體的融合，細(xì)胞自噬主要分為5種類型： 分子伴侶介導(dǎo)自噬、胞內(nèi)自噬、巨自噬、微自噬及選擇性自噬[7]。分子伴侶介導(dǎo)自噬是指通過底物特異性識別和結(jié)合溶酶體，形成伴侶-底物-溶酶體復(fù)合物，介導(dǎo)底物移位，并借助于分子伴侶，使底物到達(dá)溶酶體基質(zhì)進(jìn)行降解[8]。胞內(nèi)自噬是指通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊泡包裹其需要降解的胞內(nèi)蛋白和細(xì)胞器，隨后囊泡從細(xì)胞膜上脫落，落入腔內(nèi)，捕獲的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器也隨之降解[9]。巨自噬是指通過脂質(zhì)和自噬相關(guān)蛋白的協(xié)調(diào)作用促使細(xì)胞膜延伸形成雙重囊泡隔離細(xì)胞質(zhì)相關(guān)成分并與溶酶體結(jié)合，2 個(gè)囊泡融合后，隔離的細(xì)胞質(zhì)成分在溶酶體中進(jìn)行降解[10]。微自噬是指通過溶酶體膜內(nèi)陷包裹需要降解的細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器以及衰老的蛋白質(zhì)等，使其在溶酶體內(nèi)部進(jìn)行降解[11]。選擇性自噬的發(fā)生機(jī)制與巨自噬大體相同，但選擇特定的細(xì)胞質(zhì)成分進(jìn)行降解，從宏觀角度來講選擇性自噬分為線粒體自噬、脂質(zhì)自噬及聚集體自噬。

2 神經(jīng)性疼痛誘發(fā)原因及其分類

神經(jīng)性疼痛最初由國際疼痛研究協(xié)會（IASP）定義為由神經(jīng)系統(tǒng)中的原發(fā)病變或功能障礙引發(fā)或引起的疼痛[12]，通過進(jìn)一步的深入研究，2008年將其重新定義為由影響軀體感覺系統(tǒng)的病變或疾病直接引起的疼痛[13]。神經(jīng)性疼痛可分為2 種亞型，基于病變的解剖位置分為外周神經(jīng)型和中樞神經(jīng)型。神經(jīng)性疼痛由軀體感覺系統(tǒng)病變、創(chuàng)傷或某些藥物毒性作用所觸發(fā)，可為恒定或周期發(fā)作性疼痛，具有一系列不同的癥狀，其癥狀可具有臨床相關(guān)晝夜差異，并對其生活質(zhì)量和日常功能有明顯的負(fù)面影響。中樞神經(jīng)性疼痛由脊柱或大腦的病變所引起，如腦血管疾病影響中樞感覺系統(tǒng)傳遞通路及脊髓損傷、脊髓空洞癥、脫髓鞘等疾病引起中樞神經(jīng)病理性疼痛。相較于中樞神經(jīng)性疼痛，周圍神經(jīng)性疼痛更加常見，如糖尿病相關(guān)性神經(jīng)疼痛及代謝性疾病、傳染病相關(guān)性疼痛等。

3 調(diào)節(jié)自噬在神經(jīng)性疼痛中的作用

細(xì)胞自噬受到多種信號途徑調(diào)節(jié)，健康的哺乳動物細(xì)胞自噬維持在穩(wěn)定的生理水平，細(xì)胞自噬促使蛋白質(zhì)和細(xì)胞器穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換，并受到營養(yǎng)在內(nèi)的各種壓力調(diào)節(jié)，包括活性氧、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、炎癥等[14]。

3.1 活性氧與神經(jīng)性疼痛

2010年KIM 等[15]發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)性疼痛模型中脊髓神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞中線粒體內(nèi)活性氧的水平明顯升高，除此之外，資料顯示大量活性氧類（reactive oxygen species, ROS）不僅促使DNA 碎裂、信號通路中斷、組織損傷，同時(shí)還能夠增強(qiáng)疼痛狀態(tài)下神經(jīng)元變性和超敏反應(yīng)[16]，現(xiàn)已證實(shí)，氧化應(yīng)激誘發(fā)的氧化還原反應(yīng)失衡是誘發(fā)神經(jīng)性疼痛的重要誘因[17]。在神經(jīng)性疼痛模型中阻斷線粒體電子傳遞系統(tǒng)能夠顯著緩解痛覺過敏[18]。ROS 是瞬時(shí)感受器重要的內(nèi)源性激動劑，神經(jīng)損傷后能夠提高外周和中樞神經(jīng)敏感性，從而導(dǎo)致神經(jīng)性疼痛[19]，眾所周知，ROS 是細(xì)胞自噬的有效調(diào)節(jié)劑，既參與細(xì)胞自噬過程，同樣也受到自噬反向調(diào)節(jié)，細(xì)胞能夠根據(jù)ROS 水平促進(jìn)或降低自噬從而維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，LIU 等[20]發(fā)現(xiàn)在大鼠脊髓損傷模型中通過促進(jìn)自噬減輕神經(jīng)病理性疼痛。此外，楊林等[21]也證實(shí)上調(diào)自噬水平能夠緩解神經(jīng)病理性疼痛。

3.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與神經(jīng)性疼痛

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是具有折疊蛋白質(zhì)、緩沖鈣離子、進(jìn)行糖代謝等功能的動態(tài)細(xì)胞器，多種病理情況如葡萄糖剝奪、鈣離子耗竭、未折疊蛋白質(zhì)增加等均可促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激產(chǎn)生[22]，細(xì)胞則通過增加伴侶蛋白的表達(dá)如結(jié)合免疫球蛋白BIP 等來應(yīng)對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，研究表明，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是炎癥性疾病包括神經(jīng)性炎癥的關(guān)鍵反應(yīng)[23]，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與神經(jīng)炎癥反應(yīng)可通過激活活性氧、鈣離子、核因子κB（NF-κB）、分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）等多種信號途徑相連，促炎因子誘發(fā)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)可能有助于神經(jīng)性疼痛的發(fā)生及發(fā)展[24]。自噬是在應(yīng)激狀態(tài)下為恢復(fù)代謝平衡通過降解聚集的異常蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器而啟動的細(xì)胞降解程序，現(xiàn)已證實(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)自噬（ER stress-mediated autophagy）和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬（ER-phagy）2 種途徑激活細(xì)胞自噬的產(chǎn)生，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)自噬其特征為通過損傷的蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)聚集體以及受損的細(xì)胞器形成自噬體，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬則是選擇性地使用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞膜形成自噬體，自噬體的形成能夠通過回收和降解異常蛋白質(zhì)和細(xì)胞器緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而維持細(xì)胞代謝平衡。兩者既有相同處又有不同之處。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激促進(jìn)細(xì)胞自噬的產(chǎn)生，同時(shí)促進(jìn)神經(jīng)性疼痛的進(jìn)展，ZHANG 等[25]發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與神經(jīng)病理性疼痛的誘發(fā)和維持，此外，GUI 等[26]證實(shí)通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激能夠緩解慢性壓迫性損傷誘發(fā)的神經(jīng)性疼痛。

3.3 炎癥與神經(jīng)性疼痛

免疫系統(tǒng)是抵御外來侵害的重要防御系統(tǒng)，最近更多研究集中于免疫系統(tǒng)在神經(jīng)性疼痛中的作用。與神經(jīng)性疼痛相反，免疫介導(dǎo)或炎性疼痛通常被理解為繼發(fā)于組織損傷引起的炎癥的疼痛[27]，治療方法可能根據(jù)確定的疼痛類型而有所不同。然而，越來越多的證據(jù)表明受影響的神經(jīng)炎癥可能在介導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛中發(fā)揮作用[28]。周圍神經(jīng)損傷激活神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)并刺激疼痛信號分子（例如谷氨酸、P 物質(zhì)、降鈣素基因相關(guān)肽）的產(chǎn)生，延遲釋放促炎介質(zhì)可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)改變，可能導(dǎo)致神經(jīng)性疼痛[29]。由于2 種類型的疼痛之間確定各種共享機(jī)制，因此需要重新考慮對神經(jīng)性疼痛和炎癥疼痛的理解、診斷和治療。在控制代謝，細(xì)胞質(zhì)質(zhì)量和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定過程中，自噬具有細(xì)胞保護(hù)性、組織保護(hù)性、消炎等作用。細(xì)胞因子和先天免疫細(xì)胞旨在幫助清除細(xì)胞破壞性的無菌刺激物或入侵病原體，而自噬則是平衡并調(diào)節(jié)免疫激活以避免過度炎癥[30]，DONG 等[31]證實(shí)可通過抑制神經(jīng)炎癥來緩解大鼠糖尿病性神經(jīng)性疼痛。除此之外，JIANG 等[32]發(fā)現(xiàn)通過抑制炎癥因子NF-κB 能夠緩解長春新堿誘發(fā)的神經(jīng)病理性疼痛。

4 總結(jié)

神經(jīng)性疼痛是臨床上常見但難以得到有效治療的疾病，是由外周和中樞神經(jīng)元突觸可塑性介導(dǎo)的疼痛超敏反應(yīng)，由于神經(jīng)細(xì)胞受體、酶、離子通道的復(fù)雜變化，神經(jīng)性疼痛的治療仍是全世界健康問題的重大挑戰(zhàn)。近年來，大量研究探索神經(jīng)性疼痛治療中的新靶點(diǎn)，雖然已有可靠數(shù)據(jù)表明自噬功能障礙在神經(jīng)性疼痛的發(fā)生和發(fā)展中扮演重要角色，以及調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬活性可能緩解神經(jīng)病理性疼痛，但在這一領(lǐng)域仍有待解決的問題： ①細(xì)胞和細(xì)胞誘導(dǎo)自噬功能障礙的分子機(jī)制目前尚不清楚；②自噬與神經(jīng)細(xì)胞相互作用的具體機(jī)制尚未明確；③自噬與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的關(guān)系。未來也將進(jìn)一步研究自噬在神經(jīng)病理性疼痛發(fā)生、發(fā)展過程中的具體參與機(jī)制，為今后臨床治療提供新靶點(diǎn)。