張 恒,付 炯,何 鵬,王永權(quán),楊 忠,周占松 (.陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院全軍泌尿中心,重慶 400038;.陸軍軍醫(yī)大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)教研室,重慶 400038)
慢性前列腺炎疼痛是泌尿男性生殖科的頑癥,常表現(xiàn)為持續(xù)內(nèi)臟牽涉痛,且前列腺炎癥消失后疼痛相關(guān)癥狀仍持續(xù)存在,其發(fā)生已證實(shí)與神經(jīng)機(jī)制的異常有關(guān)。脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞系統(tǒng)的重要免疫細(xì)胞,在神經(jīng)病理性疼痛中可通過分泌炎癥介質(zhì)因子而致痛。疼痛領(lǐng)域初步研究還發(fā)現(xiàn),Notch3參與膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)病理性痛覺信息的傳遞,是調(diào)控痛覺傳導(dǎo)的關(guān)鍵信號(hào)分子之一,但慢性前列腺炎疼痛中Notch3是否通過介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化引起持續(xù)的前列腺炎疼痛尚有待研究[1]。本研究通過建立慢性前列腺炎疼痛大鼠模型,觀察L5~S2脊段Notch3信號(hào)是否介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化,并通過調(diào)節(jié)致痛炎癥因子導(dǎo)致中樞的痛覺過敏,以進(jìn)一步闡明慢性前列腺炎疼痛發(fā)生的神經(jīng)機(jī)制。
CFA購自Sigma公司(美國),Notch3和IBA-1引物合成由基康生物公司完成(中國),RT-PCR kit和ELISA kit購自上海生工(中國),SYBR green PCR core reagent kit 購自Applied Biosystems公司(美國),DNA Engine OPTIONTm2購自MJ research 公司(美國)。
1.2.1 動(dòng)物模型的建立和分組 慢性前列腺炎疼痛大鼠模型參照Nackley等[2]和 Butler等[3]的方法建立,成年雄性特異性無病原體(specific pathogen free,SPF)大鼠由陸軍軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供,體質(zhì)量(200±25)g。實(shí)驗(yàn)分為兩部分:一是疼痛模型的鑒定、Notch3和小膠質(zhì)細(xì)胞活化,炎癥因子的檢測(cè),完全隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組(n=6)。大鼠均采用1%戊巴比妥鈉腹腔注射,前列腺經(jīng)下腹正中小切口(1 cm)暴露,實(shí)驗(yàn)組大鼠前列腺雙側(cè)葉各注射完全弗氏佐劑(complete Freund’s adjuvant,CFA)10 μL,對(duì)照組雙側(cè)葉注射等量生理鹽水。兩組大鼠均用5-0可吸收線縫合關(guān)閉切口,消毒包扎,術(shù)后大鼠置于安靜、溫暖、避光環(huán)境飼養(yǎng),12 h后按時(shí)相點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)相應(yīng)實(shí)驗(yàn);炎癥組織學(xué)檢查取注射后12 d大鼠組織,其余實(shí)驗(yàn)取4個(gè)時(shí)相點(diǎn):0、4、12、24 d。第二部分為模型大鼠鞘內(nèi)注射阻斷Notch3和小膠質(zhì)細(xì)胞后進(jìn)行炎癥因子檢測(cè),實(shí)驗(yàn)分為3組(n=6),分別在鞘內(nèi)注射:①Notch3受體拮抗劑N-乙酰半胱氨酸(NAC) 4 mmol/L為NAC組;②小膠質(zhì)細(xì)胞抑制劑米諾環(huán)素(minocycline)5 mol/L為minocycline組;③等體積人工腦脊液 (ACSF,pH 5.5)為ACSF組。所有程序均遵守實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用指南。
1.2.2 熱輻射痛閾法疼痛模型鑒定 實(shí)驗(yàn)大鼠置于底為3 mm厚的有機(jī)玻璃箱(2 cm×12 cm×22 cm)中,大鼠適應(yīng)環(huán)境30 min后,利用熱輻射刺激儀(12 V、 50 W )發(fā)出5 mm光斑照射大鼠足底,從照射開始至大鼠出現(xiàn)抬腿回避時(shí)間即為熱縮腿反射潛伏期(thermal withdrawal latency,TWL),每次照射時(shí)間不超過30 s,最長記為30 s,二次測(cè)量最少間隔10 min,每只測(cè)量5次,去掉最大和最小值,計(jì)算3次平均值時(shí)間。
1.2.3 大鼠前列腺炎癥模型組織鑒定 大鼠注射CFA 12 d后,經(jīng)腹腔注射10%水合氯醛(0.3 mL/100 g)麻醉,經(jīng)心臟灌入200 mL 0.9%生理鹽水,然后再灌入48 ℃、含4%多聚甲醛的0.01 mol/L磷酸鹽緩沖液約300 mL,剖腹收集左右前列腺組織,標(biāo)本固定在4 ℃、4%多聚甲醛中過夜、包埋、石蠟切片常規(guī)染色、切片在顯微鏡下檢查。
1.2.4 qRT-PCR檢測(cè)Notch3 和IBA-1mRNA的表達(dá) 將實(shí)驗(yàn)大鼠分別在注射CFA 后0、4、12、24 d斷頭處死,游離取出L5~S2脊段雙側(cè)的后角組織,稱取相同量的組織使用RT-PCR kit提取RNA,分光光度法測(cè)定總RNA的純度,A260和A280的比值為1.8~2.0,取2 μg 總RNA 進(jìn)行cDNA逆轉(zhuǎn)錄,反應(yīng)條件為70 ℃,5 min→37 ℃,60 min→70 ℃,10 min。再取20 ng cDNA進(jìn)行qRT-PCR檢測(cè)目標(biāo)基因。循環(huán)條件為50 ℃,30 min→95 ℃,15 min→94 ℃,15 s→56 ℃,15 s→72 ℃,30 s。共40個(gè)循環(huán)。用GAPDH作為內(nèi)參,建立擴(kuò)增的標(biāo)準(zhǔn)曲線和分析計(jì)算,用與內(nèi)參的相對(duì)值來檢測(cè)樣本的表達(dá)量。 目標(biāo)基因和內(nèi)參引物序列為IBA-1:TTG ATC TGA ATG GCA ATG GA (forward) , CCT CCA ATT AGG GCA ACT CA (reverse);Notch3:TGG CGC CTC TTC AAC AAC A(forward) , ATC CCA GCC GCA CTC CTC (reverse); GAPDH:TTT AAC TCT GGT AAA GTG GAT ATT GTT G(forward) , ATT TCC ATT GAT GAC AAG CTT CC (reverse)。
1.2.5 ELISA檢測(cè)TNF-α、IL-1β的表達(dá) 分別在注射CFA 0、4、12、24 d時(shí)將模型大鼠的L5~S2全部脊髓后角取出,再將相同量的組織加入0.5 mL冰裂解液(50 mmol/L Tris,150 mmol/L NaCl,1% TritonX-100,0.5%鈉脫氧膽酸鹽,l mmol/L PMSF,0.1% SDS,10 mmol/L氟化鈉和1 mmol/L硫酸鈉)。冰上勻漿,以1 800 r/min離心10 min, 收集上清液,采用ELISA試劑盒檢測(cè)IL-1β和TNF-α的含量。
1.2.6 鞘內(nèi)注射抑制Notch3和小膠質(zhì)細(xì)胞 按Yaksh等[4]的方法鞘內(nèi)置管。大鼠以1%戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉,CFA同法注射前列腺制作疼痛模型,再暴露大鼠寰枕膜,用PE-10插管小心插入脊髓蛛網(wǎng)膜下腔,進(jìn)管約6 cm,有腦脊液溢出即封閉外口,縫合皮膚,并將PE-10管固定于皮膚以防止脫落,恢復(fù)期為7 d,術(shù)后無運(yùn)動(dòng)障礙用于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn),按前述分組連續(xù)鞘內(nèi)注射5 d,注射量為15 μL,均用5 μL的ACSF沖洗,注射在5 min內(nèi)完成。5 d后同法取脊髓組織用ELISA測(cè)定TNF-α和IL-1β的含量。
實(shí)驗(yàn)組大鼠的TWL時(shí)間較對(duì)照組明顯縮短(P<0.01),說明前列腺注射CFA后導(dǎo)致了大鼠的痛覺過敏,成功建立了慢性前列腺炎疼痛的大鼠模型(表1)。
表1 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組TWL時(shí)間比較
*:與對(duì)照組比較,P<0.01;#:與0 d比較,P<0.01
CFA注射的前列腺炎組的大鼠前列腺組織可見細(xì)胞變性,壞死脫落,皺縮,間質(zhì)內(nèi)有大量的淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞聚焦,部分淋巴細(xì)胞成簇狀浸潤;而注射生理鹽水的對(duì)照組大鼠前列腺組織結(jié)構(gòu)基本正常,無明顯炎性細(xì)胞浸潤,提示CFA注射可建立明顯的前列腺炎模型(圖1)。
圖1 前列腺炎實(shí)驗(yàn)組大鼠組織學(xué)檢查
qRT-PCR結(jié)果顯示,疼痛模型大鼠L5~S2脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物IBA-1和Notch3 mRNA在4 d、12 d和24 d 的表達(dá)均明顯高于對(duì)照組 (P<0.01),峰值出現(xiàn)在12 d,表明慢性炎癥實(shí)驗(yàn)組L5~S2脊髓中樞存在小膠質(zhì)細(xì)胞活化和Notch3信號(hào)的激活(表2、3)。
表2 L5~S2脊段Notch3 mRNA相對(duì)表達(dá)量
*:與對(duì)照組比較,P<0.01;#:與0 d比較,P<0.01;△:與4 d比較,P<0.05
表3 L5~S2脊段IBA-1 mRNA相對(duì)表達(dá)量
*:與對(duì)照組比較,P<0.01;#:與0 d比較,P<0.01;△:與4 d比較P<0.05
ELISA結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)組大鼠L5~S2脊髓組織內(nèi)炎癥因子TNF-α、IL-1β含量在4 d時(shí)開始升高、12 d時(shí)最高,24 d下降,數(shù)值均明顯高于對(duì)照組(P<0.01) (表4、5)。
表4 L5~S2脊段TNF-的表達(dá)
組別0 d4 d12 d24 d實(shí)驗(yàn)組0.352±0.0380.571±0.036?#0.690±0.035?#△0.673±0.032?#對(duì)照組0.347±0.0420.349±0.0330.355±0.0340.339±0.028
*:與對(duì)照組比較,P<0.01;#:與0 d比較,P<0.01;△:與4 d比較,P<0.05
組別 0 d4 d12 d24 d實(shí)驗(yàn)組0.249±0.0280.390±0.038?#0.493±0.027?#△0.459±0.026?#對(duì)照組0.261±0.0290.273±0.0290.250±0.0280.261±0.018
*:與對(duì)照組比較,P<0.01;#:與0 d比較,P<0.01;△:與4 d比較,P<0.05
鞘內(nèi)置管后持續(xù)注射Notch3和小膠質(zhì)細(xì)胞,采用ELISA檢測(cè)到NAC組、minocycline組大鼠L5~S2脊髓組織內(nèi)炎癥因子TNF-α、IL-1β含量明顯低于ACSF組(P<0.01) ,見表6。
表6 抑制Notch3和小膠質(zhì)細(xì)胞后L5~S2脊段IL-1β和TNF-表達(dá)
*:與ACSF組比較,P<0.01
慢性前列腺炎(chronic prostatitis,CP)是泌尿科最常見的疾病,占門診患者的25%~35%,最新的流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示,50歲以下男性具有前列腺炎癥狀的比例可能高達(dá)11.5%,其中慢性無菌性前列腺炎(Ⅲa型)/慢性盆腔疼痛綜合征(CPPS)( Ⅲb型)則占臨床前列腺炎患者的90%左右[5]。慢性前列腺炎疼痛的病因和發(fā)生機(jī)制仍不明確,長期的疼痛可引起患者嚴(yán)重的身心障礙,目前尚缺乏有效的治療手段,其診治已成為國內(nèi)外泌尿?qū)W科的難題[6]。因此,對(duì)慢性前列腺炎疼痛發(fā)生機(jī)制的研究極其重要,相關(guān)理論的研究可以為該病的臨床診治帶來新的治療方法。
Shoskes等[7]于2009年提出了著名的前列腺炎的UPOINT的疾病分類體系,為慢性前列腺炎的診治提供了一個(gè)新的思路,并得到了廣泛的認(rèn)可。UPOINT 將慢性前列腺炎歸結(jié)為6大基本“臨床表型” :U 即urinary,P 即psychosocial,O 即organ-specific,I 即infection,N 即neurologic /systemic,T 即tenderness。這個(gè)分類系統(tǒng)顯示,慢性前列腺炎疼痛常表現(xiàn)為不同程度且不易治愈的會(huì)陰部疼痛不適,并常伴有膀胱尿道功能障礙,是患者就診的主要原因。但循證醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn),雖然隨著認(rèn)識(shí)的深入,治療方法有了很大程度的改進(jìn),但主要表現(xiàn)為疼痛和排尿癥狀的前列腺炎患者的生活質(zhì)量并無明顯改善[8]。因此前列腺炎疼痛病因可能不局限于前列腺本身的感染,而應(yīng)存在中樞神經(jīng)調(diào)控機(jī)制的異常[9]。慢性前列腺炎疼痛常呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的臨床特點(diǎn):①疼痛的泛化,疼痛不僅限于前列腺所在部分,而是分布在與膀胱尿道神經(jīng)支配相關(guān)的L5~S2骶神經(jīng)支配區(qū),在沒有原發(fā)病變的其他部位可出現(xiàn)自發(fā)疼痛,并存在著不同程度的膀胱和尿道肌肉功能障礙,表現(xiàn)出內(nèi)臟牽涉痛的特點(diǎn);②疼痛的持續(xù),臨床上可見有些前列腺炎疼痛在前列腺炎癥消失后仍存在持續(xù)疼痛。所以各種臨床現(xiàn)象提示:慢性前列腺炎疼痛極有可能是一種持續(xù)的內(nèi)臟神經(jīng)牽涉痛,其疼痛的發(fā)生與支配前列腺相應(yīng)脊段的神經(jīng)改變有關(guān)[10]。我們前期的研究中建立了穩(wěn)定的前列腺疼痛大鼠模型,發(fā)現(xiàn)慢性前列腺炎疼痛中L5~S2中樞膠質(zhì)細(xì)胞活化與中樞痛敏形成密切相關(guān),與慢性前列腺炎疼痛內(nèi)臟牽涉痛的發(fā)生密切相關(guān)[11-12]。
脊髓背角是機(jī)體痛覺調(diào)制或整合的重要中樞,研究顯示疼痛調(diào)制不僅由神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)完成,星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化也參與了許多疼痛調(diào)制[13],痛覺信息可通過多種炎癥因子激活膠質(zhì)細(xì)胞,而星形膠質(zhì)細(xì)胞活化是慢性神經(jīng)病理性疼痛產(chǎn)生與維持的關(guān)鍵因素[14]。小膠質(zhì)細(xì)胞廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng),正常生理狀態(tài)下,小膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的“休眠”細(xì)胞,但其并不是靜止的,當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)受外傷、缺血和感染等傷害性刺激后迅即激活,產(chǎn)生一些痛覺調(diào)質(zhì)或增痛物質(zhì),如神經(jīng)營養(yǎng)因子(BNDF)、白介素(IL)、腫瘤壞死因子(TNF)等炎癥介質(zhì),這些因子增加局部突觸可塑性和突觸效率,其高表達(dá)可引起神經(jīng)細(xì)胞的痛敏,并參與神經(jīng)損傷后傷害性感受器的再生,在動(dòng)物神經(jīng)損傷和疼痛模型中可觀察到炎癥因子在膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)升高,通過鞘內(nèi)注射轉(zhuǎn)錄因子及炎癥因子拮抗劑等手段能減弱病理性疼痛大鼠的超敏現(xiàn)象[15-16]。除分泌炎癥因子外,小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元間存在著雙向信息交流,小膠質(zhì)細(xì)胞能影響神經(jīng)元活動(dòng),實(shí)驗(yàn)研究顯示抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化可以減少痛覺超敏的發(fā)生,如坐骨神經(jīng)炎性損傷模型大鼠,鞘內(nèi)注射小膠質(zhì)細(xì)胞活化的抑制劑minocycline可抑制低閾值的機(jī)械性異常疼痛[17]。研究顯示,膠質(zhì)細(xì)胞活化需要特定的受體介導(dǎo)下的信號(hào)通路激活,近年來Notch信號(hào)在膠質(zhì)細(xì)胞活化中的介導(dǎo)作用引起了疼痛學(xué)的極大關(guān)注,已證實(shí)Notch信號(hào)通路的抑制可降低由脊神經(jīng)損傷所致的神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生[18]。
Notch信號(hào)是一個(gè)在進(jìn)化中高度保守的反映細(xì)胞間通訊的信號(hào)通路,調(diào)控細(xì)胞的分化和增殖,在胚胎發(fā)育和細(xì)胞命運(yùn)中發(fā)揮決定性作用,哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中有 4 種Notch受體(Notch 1~4)和多種配體(Jagged 1、2和Delta 1、3、4),都是單次跨膜蛋白,Notch及其配體的胞外段都含有多重的表皮生長因子重復(fù)區(qū),可通過加糖基化進(jìn)行修飾。Notch受體同樣含有幾種區(qū)域使得受體在缺乏配體的情況下保持其滅活狀態(tài),當(dāng)受體和配體結(jié)合后,γ-分泌酶復(fù)合體即可對(duì)Notch的跨膜段進(jìn)行裂解,釋放Notch胞內(nèi)段NICD到細(xì)胞液中,而胞外段NECD將和配體一同經(jīng)過內(nèi)吞作用進(jìn)入“信號(hào)發(fā)送細(xì)胞”,即所表達(dá)配體的細(xì)胞。配體同樣可被γ-分泌酶切割而發(fā)揮相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。目前,Notch因?yàn)榭梢约せ钛装Y細(xì)胞產(chǎn)生炎癥介質(zhì),在痛覺調(diào)制中的作用已引起了廣泛關(guān)注。
Notch信號(hào)通路可以通過興奮或抑制神經(jīng)元,從而參與中樞痛敏機(jī)制的形成,但其相關(guān)機(jī)理至今仍不清楚[19]。Woolf等[20]發(fā)表經(jīng)典慢性病理性痛機(jī)制:生理痛反應(yīng)期系外周傷害性信息傳入大腦皮質(zhì)產(chǎn)生正常痛覺,在病理性痛早期,主要是受體和通道磷酸化,胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活,是翻譯后水平的變化,而在疼痛慢性期,主要是受體、通道和胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)生長時(shí)程、持續(xù)性的變化,累及遞質(zhì)表達(dá)、突觸連接方式、神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和存活等多個(gè)環(huán)節(jié),是核轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的變化。其中信號(hào)通路的激活,繼而影響核轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的變化,被看作神經(jīng)可塑性改變的重要環(huán)節(jié)。人體組織的Notch基因,不僅在胚胎期參與神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分化以及神經(jīng)元的學(xué)習(xí)和記憶;而且在成年哺乳動(dòng)物神經(jīng)損傷后表達(dá)會(huì)顯著增高,參與膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)重塑過程,抑制Notch信號(hào)具有明顯的鎮(zhèn)痛的作用[21-22]。疼痛學(xué)最新的研究發(fā)現(xiàn),Notch3與神經(jīng)性病理疼痛的關(guān)系密切,引起了高度的關(guān)注,Notch3信號(hào)通路可參與成年動(dòng)物的神經(jīng)可塑性改變,脊髓背角Notch3 活化水平高,神經(jīng)元的興奮性增高,而Notch3活化水平低,則神經(jīng)元抑制[1]。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示,該通路的激活可促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向膠質(zhì)細(xì)胞的分化,參與了正常神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成等過程[23]。在動(dòng)物缺氧等損傷模型上的研究發(fā)現(xiàn),Notch3 通路的活化還具有激活膠質(zhì)細(xì)胞的功能,提示Notch3信號(hào)通路有可能在成體神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的可塑性變化起重要作用,而且Notch3信號(hào)參與多種體內(nèi)的炎性損傷反應(yīng),并與其他炎癥通路信號(hào)之間形成交互網(wǎng)絡(luò)[24-26]。本研究觀察到了前列腺炎疼痛模型中存在小膠質(zhì)細(xì)胞Notch3的高表達(dá),并證實(shí)了通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞和Notch3活化可以有效減少炎癥因子的分泌,從而緩解慢性前列腺炎的神經(jīng)炎性疼痛。
慢性前列腺炎疼痛作為一種常見的炎性內(nèi)臟痛,發(fā)病率高且不易治療,研究該疼痛的產(chǎn)生的神經(jīng)免疫機(jī)制、外周機(jī)制以及中樞機(jī)制等之間聯(lián)系以及相互作用途徑非常有意義,可以為以后臨床慢性前列腺炎疼痛新機(jī)制的研究、尋找藥物治療的新靶點(diǎn)尋找方向。本研究證實(shí),慢性前列腺炎疼痛存在相應(yīng)L5~S2脊段神經(jīng)調(diào)控機(jī)制的異常,脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞活化在疼痛發(fā)生和維持中起了重要作用,而且小膠質(zhì)細(xì)胞活化與Notch3信號(hào)激活有關(guān), Notch3在慢性前列腺炎疼痛中可能介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞激活,通過炎癥因子分泌,參與傷害性信息傳導(dǎo)和痛覺調(diào)制,在中樞痛敏形成中起著關(guān)鍵作用,除了我們發(fā)現(xiàn)的炎癥因子分泌外,Notch3信號(hào)還可能通過影響神經(jīng)元興奮性、膠質(zhì)細(xì)胞的再生和激活,從而通過調(diào)控膜受體、離子通道、多種細(xì)胞因子和神經(jīng)遞質(zhì)的表達(dá)以及突觸可塑性的變化等途徑發(fā)揮致痛作用[27],這些機(jī)制還有待下一步的深入研究。