表觀遺傳修飾參與神經(jīng)病理性疼痛的相關(guān)機制

李依澤，于泳浩

(天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院麻醉科 天津市麻醉學(xué)研究所，天津 300052)

中樞或外周神經(jīng)系統(tǒng)炎癥、損傷或疾病可以引起神經(jīng)病理性疼痛(neuropathic pain，NP)，其全球患病率為6%～8%[1]。NP可發(fā)展為慢性疼痛，表現(xiàn)為異常性疼痛、痛覺過敏和自發(fā)痛，患者可出現(xiàn)失眠、抑郁等精神癥狀，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，增加了醫(yī)療費用，導(dǎo)致生產(chǎn)力降低。臨床鎮(zhèn)痛藥物(如阿片類藥物、非甾體抗炎藥)治療NP的效果個體差異較大，可能產(chǎn)生多種藥物不良反應(yīng)。NP的發(fā)病機制尚不明確，尚無有效防治策略。周圍炎癥和神經(jīng)損傷在背根神經(jīng)節(jié)(drosal root ganglion，DRG)、脊髓和大腦其他與疼痛相關(guān)區(qū)域的初級感覺神經(jīng)元中有多種受體、離子通道、神經(jīng)遞質(zhì)、酶、神經(jīng)調(diào)節(jié)劑和結(jié)構(gòu)蛋白，并可在轉(zhuǎn)錄和翻譯時發(fā)生變化[2-4]。上述變化有助于誘發(fā)和維持NP，但如何通過周圍有害刺激調(diào)節(jié)相關(guān)機制仍未明確。研究表明，NP相關(guān)基因調(diào)節(jié)涉及表觀遺傳修飾機制，包括慢性疼痛情況下DNA甲基化修飾、組蛋白修飾和微RNA(microRNA，miRNA)的變化[5]，可能是中樞神經(jīng)元在受到炎癥/神經(jīng)損傷后誘發(fā)疼痛相關(guān)基因改變的原因?，F(xiàn)就表觀遺傳修飾參與NP的機制予以綜述，以期為NP的治療提供新的思路和藥物靶點。

1 DNA甲基化修飾

1.1甲基-CpG結(jié)合蛋白2 (methyl-CpG-binding protein 2，MeCP2) MeCP2是一種對甲基化細(xì)胞素有親和力的蛋白，對神經(jīng)元的發(fā)育和功能起著重要作用，可調(diào)控神經(jīng)元的大小和形態(tài)、突觸遞質(zhì)釋放及突觸可塑性；還可與組蛋白脫乙酰酶 (histone decacetylases，HDACs)組成轉(zhuǎn)錄抑制因子復(fù)合物，與多次神經(jīng)損傷后的NP相關(guān)[6]。MeCP2基因突變引起Rett綜合征，以痛覺受損為臨床表現(xiàn)。周圍神經(jīng)損傷后小鼠背根神經(jīng)節(jié)MeCP2表達(dá)的增加。MeCP2與DNA結(jié)合后可引起DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferases，DNMTs)對DNA的CpG甲基化增加，抑制其下游靶基因轉(zhuǎn)錄。神經(jīng)損傷后與miR-126位點結(jié)合的富集MeCP2抑制miR-126的表達(dá)，miR-126的下調(diào)導(dǎo)致神經(jīng)2a細(xì)胞和脊神經(jīng)損傷模型中Dnmt1和Vegfa兩個靶基因上調(diào)；此外，在不同疼痛狀態(tài)下，DNMT、HDACs和MeCP2表達(dá)增加，與MeCP2靶基因的變化相平行。NP時，MeCP2的再分配可導(dǎo)致DRG基因表達(dá)的直接和間接調(diào)節(jié)作用[6-7]。因此，MeCP2是表觀遺傳調(diào)控誘導(dǎo)的神經(jīng)損傷分子變化的重要分子。

1.2DNMTs DNMTs是哺乳動物DNA甲基化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶。DNMT3a可減少mu-阿片受體(mu-opioid receptor，MOR)和疼痛相關(guān)離子通道的表達(dá)。神經(jīng)損傷可誘導(dǎo)背根神經(jīng)節(jié)DNMT3a表達(dá)的增加，并抑制MOR表達(dá)，阻斷DNMT3a表達(dá)可使MOR表達(dá)恢復(fù)，并恢復(fù)嗎啡鎮(zhèn)痛作用。DNMT3a對MOR基因甲基化的調(diào)控需要甲基-CpG結(jié)合蛋白1參與，敲除甲基-CpG結(jié)合蛋白1可導(dǎo)致DNMT3a與MOR基因啟動子的結(jié)合降低，從而阻斷DNMT3a觸發(fā)背根神經(jīng)節(jié)對MOR基因表達(dá)的抑制[8]。此外，脊神經(jīng)結(jié)扎(spinal nerve ligation，SNL)模型腰段背根神經(jīng)節(jié)中DNMT3a的表達(dá)增加可引起電壓依賴性鉀通道亞基Kcna2的表達(dá)減少。在無神經(jīng)損傷的情況下，過表達(dá)DNMT3a可增加Kcna2啟動子區(qū)域甲基化，降低Kcna2啟動子活性，減少Kcna2表達(dá)，降低鉀電流，增加DRG神經(jīng)元興奮性，并導(dǎo)致脊髓中樞敏化和NP癥狀[9]，表明DNMT3a可能通過抑制DRG中MOR和Kcna2的表達(dá)而導(dǎo)致NP。

DNMT抑制劑5-AZA可通過上調(diào)慢性壓迫性損傷(chronic compress injury，CCI)大鼠腰椎脊髓中某些DNA甲基化依賴性抗傷害性基因的表達(dá)來減輕NP[10]。另外，SNL模型腰段脊髓DNMT3b表達(dá)下調(diào)可導(dǎo)致CXC趨化因子受體(chemokine C-X-C motif receptor，CXCR)3基因的去甲基化，并增加脊髓神經(jīng)元中CXCR3的表達(dá)，上調(diào)的CXCR3可通過促進(jìn)中樞敏感作用導(dǎo)致NP[11]。由此可見，MeCP2和DNMTs在NP的發(fā)展中起到重要作用，但MeCP2和DNMTs與傷害感受相關(guān)的特定基因的調(diào)控關(guān)系仍然需要更深入的探討和驗證。

2 組蛋白甲基化修飾

2.1Zeste基因增強子2(enhancer of zeste 2，EZH2) EZH2是多梳抑制復(fù)合物2(polycomb repressive complex 2，PRC2)的亞基，催化組蛋白H3在賴氨酸27的二甲基化和三甲基化(H3K27Me2/3)，導(dǎo)致相關(guān)基因沉默。PRC2復(fù)合物的增加可能有助于保護(hù)神經(jīng)元免于神經(jīng)變性[12]。在正常條件下，EZH2由脊髓背角神經(jīng)元表達(dá)。有研究顯示，甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2參與了NP的形成和維持，NP損傷可引起大鼠腰段脊髓背角的EZH2表達(dá)增加，表達(dá)EZH2的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量可突增7倍以上[13]。抑制EZH2減弱了炎癥介質(zhì)的表達(dá)以及NP大鼠的機械和熱痛覺過敏的發(fā)展和維持。使用EZH2抑制劑EPZ-6438可劑量依賴性地抑制體外小膠質(zhì)細(xì)胞脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的炎癥基因表達(dá)[14]。因此，EZH2可能是免疫調(diào)節(jié)治療NP的有效靶點。

2.2G9a G9a是一種H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶，又稱EHMT2常染色質(zhì)組蛋白賴氨酸N-甲基化轉(zhuǎn)移酶(euchromatic histone-lysine N-methyltransferase，EHMT2)，負(fù)責(zé)定位組蛋白甲基化位點，多項研究證實，EHMT2有助于促進(jìn)NP初級感覺神經(jīng)元中多種基因轉(zhuǎn)錄的抑制。神經(jīng)損傷可引起G9a表達(dá)增高，繼而升高H3K9me2水平，并在鉀通道啟動子部位富集，抑制相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，可引起多種鉀離子通道的沉默，并促進(jìn)周圍神經(jīng)病變后NP的發(fā)展[15]。阿片類藥物是疼痛藥物治療的金標(biāo)準(zhǔn)，但阿片類藥物治療NP的效果欠佳，與神經(jīng)損傷引起DRG和脊髓神經(jīng)元中MOR的下調(diào)，導(dǎo)致阿片類藥物作用靶點減少有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)損傷可引起G9a高表達(dá)，G9a通過提高M(jìn)OR啟動子中的H3K9me2水平，使DRG中MOR表達(dá)降低，從而減弱阿片類藥物的鎮(zhèn)痛作用[16-17]。敲低G9a可逆轉(zhuǎn)編碼MOR的Orpm1基因表達(dá)的下調(diào)，并恢復(fù)嗎啡的鎮(zhèn)痛作用，減輕嗎啡耐受。對NP大鼠模型的研究顯示，DNA甲基化抑制劑5-aza-dC可通過減少MOR基因的甲基化來增加DRG中MOR的表達(dá)，從而增強嗎啡的鎮(zhèn)痛作用[16]。由此可見，G9a可易化NP的發(fā)生，并與增加H3K9me2水平抑制多種疼痛相關(guān)鉀通道、MOR表達(dá)相關(guān)。

2.3神經(jīng)元限制性沉默因子(neuron-restrictive silencer factor，NRSF) NRSF阻遏復(fù)合物包括NRSF、CoREST、LSD1、BHC80和BRAF35。NRSF阻遏復(fù)合物還招募了額外的沉默分子，如HDAC1/2、MeCP2和G9a，以鞏固抑制作用。NRSF阻遏復(fù)合物通過去除活性組蛋白標(biāo)記來抑制基因表達(dá)，如H3K4甲基化或各種組蛋白乙?；痆18]。小鼠CCI模型研究顯示，DRG中NRSF信使RNA和蛋白質(zhì)增加，并在神經(jīng)損傷后數(shù)周內(nèi)維持較高水平。NRSF的靶基因表達(dá)水平如Kcnd3、Kcnq2和Scn10a(分別編碼通道Kv4.3，Kv7.2和Nav1.8)，以及Oprm1和Gad2受到抑制，從而促進(jìn)了外周感覺纖維的神經(jīng)興奮性而產(chǎn)生NP[19-20]。因此，NRSF表達(dá)增加參與NP的產(chǎn)生和維持。

2.4含Jumonji結(jié)構(gòu)域蛋白3(Jumonji domain-containing protein 3，JMJD3) JMJD3 是組蛋白去甲基化酶，可特異性去甲基化H3K27me2/3，產(chǎn)生去抑制作用。脊髓損傷導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞中JMJD3增加，JMJD3可增加細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-6啟動子去甲基化，增加白細(xì)胞介素-6的表達(dá)，從而參與炎癥相關(guān)的NP[21]。JMJD3還可以通過增加神經(jīng)損傷后DRG神經(jīng)元中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)的表達(dá)參與NP。體外研究顯示，N-甲基-D-天冬氨酸刺激神經(jīng)元后，可將JMJD3募集到BDNF啟動子，導(dǎo)致BDNF啟動子去甲基化增加，有助于增加神經(jīng)元中的BDNF的表達(dá)[22]。可見，BDNF啟動子的表觀遺傳修飾在體外神經(jīng)元活化中具有至關(guān)重要的作用。體外神經(jīng)元損傷后，JMJD3可能通過減少炎癥因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)治療NP。

3 組蛋白乙?；揎?/h2>

3.1組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase，HATs) 神經(jīng)損傷誘導(dǎo)受損神經(jīng)的巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞中趨化因子及其受體的表達(dá)增加可導(dǎo)致NP，上述蛋白質(zhì)的表達(dá)增加通常伴隨著啟動子H3K9的乙酰化(H3K9Ac)的增加[23]。有研究表明，漆樹酸(HATs抑制劑)能抑制C-C趨化因子配體(chemokine C-C motif ligand，CCL)2、CCL3、CXCR2表達(dá)增加，表明上述趨化因子可隨H3K9乙?；降纳叨险{(diào)，進(jìn)而參與神經(jīng)損傷引起的NP。此外，研究顯示，脊髓H3K9Ac水平對CXCR2和CCL1的表達(dá)增加起到重要作用，阻斷CXCR2可逆轉(zhuǎn)機械痛的痛閾降低。而辛二酰苯胺異羥肟酸(HDAC抑制劑)可顯著加劇切口痛的機械痛[24]。姜黃素(HAT活性抑制劑)可減少BDNF和環(huán)加氧酶-2的表達(dá)，從而降低CCI大鼠的NP[25]。由此可見，抑制HAT活性可減輕炎癥和NP。

3.2HDACs HDACs抑制劑可作為嗎啡治療NP的輔助鎮(zhèn)痛藥物。通常情況下，組蛋白去乙?；瘯o密濃縮染色質(zhì)，導(dǎo)致基因沉默。研究表明，抑制HDACs可緩解炎癥性疼痛，并減弱NP模型中痛覺過敏的發(fā)展[26-27]。HDACs抑制劑可抑制細(xì)胞因子表達(dá)，減輕與炎癥相關(guān)的NP[26]。小鼠神經(jīng)損傷可引起背角小膠質(zhì)細(xì)胞HDAC1增加和H3K9Ac水平降低，HDAC1特異性抑制劑(LG325)可使HDAC1表達(dá)呈劑量依賴性降低，并提高H3K9Ac水平，從而減輕NP誘發(fā)的痛覺過敏[27]。MOR、DOR和Nav1.8通道在NP痛覺信號傳遞中具有重要作用，其啟動子區(qū)乙酰化水平的降低可下調(diào)信使RNA和蛋白的表達(dá)，參與NP的形成和維持[28]。HDACs抑制劑治療(如丙戊酸、曲古抑素A和伏立諾他治療)可通過提高乙?；秸{(diào)控疼痛相關(guān)基因表達(dá)，進(jìn)而減輕NP并恢復(fù)嗎啡的鎮(zhèn)痛作用[29-30]。

3.3去乙?；?sirtuin，SIRT) SIRT1的天然化合物可減輕NP，并減少組蛋白H3乙?；?，減少微小膠質(zhì)細(xì)胞活化，抑制炎癥[31]。因此，SIRT1和SIRT2可能成為治療NP的潛在藥物。CCI模型可引起L4/L5脊髓節(jié)段的SIRT1表達(dá)減少，在大鼠CCI相關(guān)研究中，SIRT2在DRG中下調(diào)，SIRT2的過表達(dá)可抑制核因子κB信號傳導(dǎo)并減輕機械異常性疼痛和熱痛覺過敏。使用SIRT2特異性抑制劑可導(dǎo)致NP疼痛程度明顯加重，減弱SIRT2過表達(dá)可緩解NP的作用[32]。

4 miRNA

無轉(zhuǎn)錄功能miRNA在基因表達(dá)活性依賴性調(diào)控中起到關(guān)鍵性基因調(diào)節(jié)功能。典型miRNA含有17～24個核苷酸，可結(jié)合信使RNA抑制蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制[33]。miRNA調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中疼痛相關(guān)基因的表達(dá)提示miRNA可作為慢性疼痛治療新途徑[34-35]。大鼠CCI模型DRG中，miR-19a和miR-221增加，直接導(dǎo)致細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制分子(suppressor of cytokine signaling，SOCS)1水平降低，抑制miR-19a和miR-221可減少SOCS1消耗，降低炎癥引起的機械痛和熱痛[36]。此外，還可通過特異性抑制劑下調(diào)miR-218，減少SOCS3表達(dá)，繼而減輕NP[37]。CCI后，BDNF的表達(dá)水平受到DRG中miR-206和坐骨神經(jīng)中miR-1的調(diào)節(jié)，神經(jīng)損傷后，miR-206和miR-1減少，并誘導(dǎo)BDNF表達(dá)，產(chǎn)生機械和熱痛覺過敏。miR-206可直接作用于BDNF的3′非翻譯區(qū)，抑制BDNF表達(dá)，還可降低促炎細(xì)胞因子表達(dá)，延緩NP的發(fā)展[38]。研究顯示，脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞的miR-32-5p在SNL后增加，雙特異性磷酸酶5(Dusp5)作為該miRNA的直接靶點，參與NP和神經(jīng)炎癥。miR-146a-5p通過抑制脊髓中腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6及其下游信號分子Jun激酶/CCL2來減輕NP[39]。另有研究顯示，CCI大鼠脊髓中的miR-93亦減少，miR-93直接作用于炎癥調(diào)節(jié)因子轉(zhuǎn)錄因子3的轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和激活因子，miR-93過表達(dá)可顯著抑制STAT3的表達(dá)，并且減輕CCI大鼠的炎癥和NP的發(fā)展[40]。miR-96抑制鈉電壓門控通道Nav1.3表達(dá)，神經(jīng)損傷增加Nav1.3表達(dá)而鞘內(nèi)注射miR-96抑制Nav1.3表達(dá)并減輕CCI后的NP[41]。同樣，miR-30b可控制神經(jīng)損傷后的Nav1.7表達(dá)。miR-30b敲低卻可顯著增加正常大鼠的痛覺敏感性，而miR-30b過表達(dá)可抑制鈉電壓門控通道α亞基9的轉(zhuǎn)錄，從而緩解神經(jīng)痛[42]。另外，miR-183簇控制著超過80%的NP調(diào)控基因，并且可以控制基礎(chǔ)機械敏感性和機械性痛覺，如控制電壓門控鈣通道亞基α2δ-1和α2δ-2以及酪氨酸激酶受體B+觸覺傳感器[43]。SNL大鼠同側(cè)脊髓背角可增加DNMT3a的表達(dá)，可引起miR-214-3p啟動子高甲基化相關(guān)表達(dá)的降低，DNMT3a介導(dǎo)的miR-214-3p表觀遺傳抑制增強了星形膠質(zhì)細(xì)胞集落刺激因子-1的產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)SNL模型大鼠的神經(jīng)炎癥和疼痛行為[44]。表明某些miRNAs可能對NP具有治療效果，有望成為新型NP治療藥物。

5 小 結(jié)

表觀遺傳學(xué)與NP的產(chǎn)生和維持存在重要的相關(guān)性。其中包括DNA甲基化修飾、組蛋白甲基化修飾、組蛋白乙酰化修飾以及miRNA等機制參與調(diào)控NP相關(guān)的受體、神經(jīng)遞質(zhì)、炎癥細(xì)胞因子、離子通道等。然而，目前表觀遺傳調(diào)控異常在NP形成和發(fā)展中的作用和治療相關(guān)機制尚不明確，還需要進(jìn)行深入探討。對表觀遺傳學(xué)角度進(jìn)行的新型NP治療藥物的研究，將為疼痛的機制提供新的理論基礎(chǔ)和新的用藥靶點。