炎性小體在神經(jīng)病理性疼痛中的研究進(jìn)展 *

唐 蓉 張晶玉 劉 偉 王迎斌

（蘭州大學(xué)第二醫(yī)院麻醉科，蘭州 730000）

神經(jīng)病理性疼痛 (neuropathic pain, NP) 是由軀體感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷或疾病造成的疼痛，屬于慢性疼痛之一，主要表現(xiàn)為自發(fā)性疼痛、觸誘發(fā)性疼痛、燒灼樣疼痛和感覺(jué)異常等特征。NP 是最難治療的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，也是全世界主要的公共衛(wèi)生問(wèn)題，流行病學(xué)顯示，約有6.9%～10%的人口患有NP，在我國(guó)大約有9000 萬(wàn)患病人群[1,2]。糖尿病神經(jīng)病變、手術(shù)、帶狀皰疹病毒感染、多發(fā)性硬化、脊髓損傷和中風(fēng)都可導(dǎo)致NP[3]。其主要特征是自發(fā)持續(xù)或間歇性灼痛、異常性疼痛和痛覺(jué)過(guò)敏[4]。目前NP 發(fā)生發(fā)展機(jī)制尚未完全闡明，并缺乏有效的治療措施。因此，對(duì)于其發(fā)病機(jī)制的研究，以及新的靶向NP 的藥物及治療方法顯得極為重要。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，炎性小體作為一種多蛋白先天免疫復(fù)合物，通過(guò)調(diào)節(jié)胱天蛋白酶依賴性炎癥和細(xì)胞凋亡，在痛風(fēng)、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、慢性前列腺炎等疼痛中具有重要作用，靶向炎性小體活性可能是疼痛相關(guān)疾病一種有效的治療策略。本文總結(jié)了炎性小體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及在多種NP 相關(guān)疾病中的作用和相關(guān)機(jī)制，以及基于炎性小體活性在NP中的治療，希望為NP的發(fā)生發(fā)展機(jī)制及治療前景提供新的思路。

一、炎性小體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2006 年，Martinon 等[5]首次發(fā)現(xiàn)炎性小體與痛風(fēng)發(fā)展相關(guān)，首次證明炎性小體是一種通過(guò)寡聚化和半胱天冬酶-1 活化促進(jìn)痛風(fēng)發(fā)展的多蛋白復(fù)合物。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)炎性小體是在細(xì)胞質(zhì)中通過(guò)細(xì)菌、病毒或宿主危險(xiǎn)信號(hào)與核苷酸結(jié)合寡聚域樣受體 (NOD-like receptor, NLR) 結(jié)合，隨后激活半胱天冬酶-1 而在細(xì)胞質(zhì)中形成的多蛋白復(fù)合物，是產(chǎn)生白細(xì)胞介素-1β 所必需的。通常包含細(xì)胞溶質(zhì)傳感器、銜接蛋白和效應(yīng)子三個(gè)主要的結(jié)構(gòu)域，細(xì)胞溶質(zhì)傳感器是核苷酸結(jié)合NLR，銜接蛋白是凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白 (apoptotic speck-like protein containing a caspase recruitment domain, ASC)，半胱天冬酶 (cysteinyl aspartate-specific protease, Caspase) 是效應(yīng)子[6]。

根據(jù)所涉及的半胱天冬酶的類型，炎性小體可分為兩組，一是引發(fā)半胱天冬酶1 直接激活的經(jīng)典炎性小體；二是使用其他半胱天冬酶來(lái)傳遞炎癥的非經(jīng)典炎性小體。此外與疼痛相關(guān)炎性小體主要是NALP1 炎性小體、NLRP3 和NLRC4 炎性小體，以及AIM2 和NALP2 炎性小體[7]。NALP1 炎性小體主要在免疫系統(tǒng)的細(xì)胞和組織以及非造血組織中廣泛表達(dá)，大腦皮層和脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元也含有NLRP1炎性小體；NALP3 炎性小體分布較廣，主要表達(dá)于口咽、食道、子宮頸以及骨髓和內(nèi)皮細(xì)胞；NLRC4炎性小體含有氨基末端CARD，中心NBD 結(jié)構(gòu)域和C 末端LRR，主要在造血組織中表達(dá)；AIM2 炎性小體主要在皮膚和神經(jīng)組織的細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)[8]。

二、炎性小體在神經(jīng)系統(tǒng)中的功能

在神經(jīng)系統(tǒng)中，炎性小體主要在小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞表達(dá)，主要作為感染因子的細(xì)胞內(nèi)傳感器以及與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的危險(xiǎn)信號(hào)起作用，與神經(jīng)系統(tǒng)中的急性腦感染、神經(jīng)損傷、慢性無(wú)菌性神經(jīng)炎癥相關(guān)[9]。在神經(jīng)退行性疾病中，炎性小體的組分如胱天蛋白酶-1，以及效應(yīng)物IL-1β 和IL-18，都可以加重Aβ-或α-突觸核蛋白誘導(dǎo)的病理過(guò)程。因此，炎性小體拮抗劑可能是神經(jīng)退行性疾病治療的一種潛在策略。同時(shí)炎性小體還與NP 相關(guān)，但與神經(jīng)退行性疾病無(wú)關(guān)，其引起的是神經(jīng)元的一種急性無(wú)菌性炎癥，而后者是小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞引起的慢性無(wú)菌性炎癥。

三、與炎性小體相關(guān)的神經(jīng)病理性疼痛

炎性小體作為免疫調(diào)控的重要參與者，通過(guò)感知病原體相關(guān)分子和損傷相關(guān)分子的刺激參與多種炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，同時(shí)，激活的炎性小體通過(guò)活化炎癥因子引起急慢性炎癥和疼痛。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，炎性小體在多種NP 發(fā)生及發(fā)展中具有重要作用，靶向炎性小體活性可能是NP 相關(guān)疾病有效的治療策略。

1. 神經(jīng)損傷性疼痛

神經(jīng)損傷性疼痛是一項(xiàng)復(fù)雜的臨床挑戰(zhàn)，慢性神經(jīng)退行性疾病、脊髓損傷和創(chuàng)傷性腦損傷、周圍神經(jīng)損傷都可引起NP。近期的研究發(fā)現(xiàn)，炎性小體與脊髓損傷、創(chuàng)傷性腦損傷及周圍神經(jīng)損傷引起的NP 相關(guān)。Li 等[10]在大鼠坐骨神經(jīng)慢性壓迫損傷 (chronic constriction injury, CCI) 模型中發(fā)現(xiàn)NALP1炎性小體在脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元中表達(dá)，同時(shí)使用阿司匹林誘生型15 差向異構(gòu)體脂氧素A4 (Aspirin-Trigger-15-epimer-Lipoxin A4, ATL) 鞘內(nèi)注射顯著減弱CCI 誘導(dǎo)的疼痛，進(jìn)一步研究證實(shí)ATL可明顯抑制NALP1 炎性小體的激活，導(dǎo)致胱天蛋白酶-1 裂解和IL-1β 成熟障礙。此外，Liu 等[11]也證實(shí)在神經(jīng)損傷引起的NP 模型中，反復(fù)腹腔注射姜黃素可以通過(guò)抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞中NALP1 炎性小體的聚集和JAK2-STAT3 通路的激活，劑量依賴性改善神經(jīng)損傷誘導(dǎo)的機(jī)械性和冷觸覺(jué)疼痛，并抑制脊髓中成熟IL-1β 蛋白的表達(dá)。

另外研究發(fā)現(xiàn)NLRP3 炎性小體也與CCI 引起的NP 相關(guān)。通過(guò)過(guò)表達(dá)CCI 小鼠脊髓中miR-34c，則明顯抑制了NLRP3 炎性小體表達(dá)及caspase-1，IL-1β 和IL-18 的蛋白質(zhì)水平，同時(shí)極大的緩解了CCI 誘導(dǎo)的NP 和脊髓梗死[12]。Qian 等[13]的研究也證實(shí)NLRP3 炎性小體的激活參與了脊髓損傷引起的NP。通過(guò)用外源性D-β-羥基丁酸酯 (DBHB) 治療SCI 的小鼠，發(fā)現(xiàn)顯著改善了運(yùn)動(dòng)功能并減輕了SCI 誘導(dǎo)的對(duì)機(jī)械和熱刺激的過(guò)敏反應(yīng)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)主要是DBHB 抑制SCI 誘導(dǎo)的NLRP3 炎性體活化并降低IL-1β 和IL-18 的蛋白質(zhì)表達(dá)。

2. 化療引起的疼痛

化療引起的NP 是一種由于廣泛使用化療藥物產(chǎn)生的神經(jīng)毒性，這種神經(jīng)毒性的進(jìn)一步發(fā)展會(huì)導(dǎo)致化療療效的減弱，并極大地影響病人的生活質(zhì)量。奧沙利鉑作為結(jié)直腸癌化療的一線用藥，可導(dǎo)致約60%的病人產(chǎn)生NP，其主要機(jī)制可能與化療引起的神經(jīng)炎癥的失調(diào)相關(guān)[14]。Wahlman 等[15]的研究發(fā)現(xiàn)在奧沙利鉑引起的NP 動(dòng)物模型中，奧沙利鉑通過(guò)激活NLRP3/IL-1β 途徑引起脊髓神經(jīng)炎癥，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞中腺苷激酶表達(dá)失調(diào)和細(xì)胞外腺苷信號(hào)傳導(dǎo)減少，最終導(dǎo)致NP 的發(fā)生。當(dāng)用選擇性脊髓內(nèi)A3AR 亞型腺苷信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激動(dòng)劑恢復(fù)腺苷信號(hào)傳導(dǎo)并阻斷了NLRP3/IL-1β 途徑時(shí)，則明顯減弱了奧沙利鉑引起NP 的發(fā)展。

另外研究發(fā)現(xiàn)NLRP3 炎性小體的激活也與紫杉醇引起的外周NP 相關(guān)。Jia 等[16]研究表明，在紫杉醇誘導(dǎo)的NP 發(fā)展中，紫杉醇引起的線粒體損傷和活性氧的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致外周神經(jīng)中NLRP3 炎性小體的激活，引起caspase-1 和白細(xì)胞介素-1β 活化片段的表達(dá)，進(jìn)一步導(dǎo)致NP 的發(fā)生。而使用非特異性活性氧清除劑苯基-N-叔丁基硝酮抑制NLRP3 炎性小體的活化，則明顯減輕了紫杉醇誘導(dǎo)的NP。這些證據(jù)表明，靶向NLRP3 炎性小體的活化可能是減弱化療導(dǎo)致NP 的一個(gè)重要方向。

3. 多發(fā)性硬化癥

多發(fā)性硬化癥 (multiple sclerosis, MS) 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的脫髓鞘疾病，也是引起NP 的一種常見病因。在MS 病人中，NP 的常見形式包括中樞NP、前核間型眼肌麻痹綜合征和三叉神經(jīng)痛[17]。研究發(fā)現(xiàn)炎癥和免疫反應(yīng)的異?？赡苁嵌喟l(fā)性硬化發(fā)生及發(fā)展的重要機(jī)制，同時(shí)多項(xiàng)研究表明在多發(fā)性硬化發(fā)展中，炎性小體的活化與T 細(xì)胞致病性增強(qiáng)、細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)浸潤(rùn)以及神經(jīng)變性相關(guān)[18]。另外，多項(xiàng)研究證實(shí)通過(guò)靶向抑制NLRP3 炎性小體的活性，在多發(fā)性硬化癥動(dòng)物模型中顯現(xiàn)出了很好的療效[19]。Khan 等[20]在MS 相關(guān)的中樞NP 小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)給小鼠連續(xù)21 天注射NLRP3 炎性小體的小分子抑制劑MCC950，期間逐漸逆轉(zhuǎn)了小鼠雙側(cè)后爪中的機(jī)械性異常性疼痛，同時(shí)減弱了MS相關(guān)中樞NP 的復(fù)發(fā)，表明抑制NLRP3 炎性體激活可能是減弱MS 相關(guān)中樞NP 的潛在治療方法。

4.其他

腰椎間盤突出癥 (lumbar disc herniation, LDH) 是引起NP 的一個(gè)重要原因，但其潛在的機(jī)制尚不完全清楚，近年來(lái)的研究表明局部炎癥可能是LDH引起NP 的重要病理過(guò)程。Zhang 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠LDH 模型中，術(shù)后第1 天背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β 和IL-18 表 達(dá) 明顯上調(diào)，而使用Bay11-7082 抑制NLRP3 炎性小體的活化，則出現(xiàn) caspase-1、IL-1β 和IL-18 的下調(diào)，同時(shí)減輕了機(jī)械性異常性疼痛和熱痛覺(jué)過(guò)敏。表明NLRP3 炎性小體參與維持腰椎間盤突出癥引起的NP。

骨性關(guān)節(jié)炎疼痛是由周圍神經(jīng)末梢敏化引起的疼痛，包括關(guān)節(jié)痛覺(jué)受器的改變以及脊髓、腦干和丘腦皮質(zhì)系統(tǒng)痛覺(jué)過(guò)程的激活，也是引起NP 的一種重要病因[22]。近期的研究表明在NLRP3 炎性小體通過(guò)產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和降解酶如IL-1β，腫瘤壞死因子α (TNF-α)和基質(zhì)金屬蛋白酶-3 (MMP-3) 驅(qū)動(dòng)軟骨退化和滑膜炎癥，參與OA 的慢性疼痛過(guò)程，可能是治療骨性關(guān)節(jié)炎的潛在新型生物標(biāo)志物[23]。

手術(shù)后疼痛引起的NP 是由免疫細(xì)胞釋放的介質(zhì)通過(guò)直接作用于損傷部位的外周神經(jīng)末梢來(lái)驅(qū)動(dòng)損傷后感覺(jué)神經(jīng)元的致敏所導(dǎo)致的，其中NLRP3炎性小體是參與致敏信號(hào)傳導(dǎo)的重要組成元素。Cowie 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，缺乏NLRP3 炎性小體的雄性小鼠在手術(shù)后引起的NP 恢復(fù)更快，同時(shí)較少出現(xiàn)手術(shù)部位炎癥。并且在雄性小鼠中，NLRP3 在非神經(jīng)元細(xì)胞和潛在的感覺(jué)神經(jīng)元中表達(dá)，從而導(dǎo)致術(shù)后疼痛，而在雌性中，只有在感覺(jué)神經(jīng)元中表達(dá)NLRP3 才會(huì)導(dǎo)致術(shù)后疼痛。

四、炎性小體參與神經(jīng)病理性疼痛的機(jī)制

炎性小體是炎癥和NP 中先天免疫系統(tǒng)激活的重要分子，當(dāng)病原體相關(guān)分子和損傷相關(guān)分子刺激時(shí)，炎性小體經(jīng)過(guò)引發(fā)、活化和釋放炎癥因子參與并誘導(dǎo)促炎級(jí)聯(lián)的啟動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生神經(jīng)性和炎性疼痛。

1. 炎性小體的引發(fā)

炎性小體主要由淋巴器官和組織中的免疫細(xì)胞表達(dá)，外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的肥大細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突細(xì)胞和神經(jīng)元也可產(chǎn)生。在NP 初期，病原體相關(guān)分子和損傷相關(guān)分子與先天性免疫細(xì)胞，如肥大細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核和巨噬細(xì)胞，以及感覺(jué)神經(jīng)元上的toll 樣受體結(jié)合。其中TLR4 被刺激會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子NF-κB通路的激活和促炎細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-1β (IL-1β) 合成上調(diào)，繼而引發(fā) NLRP3 炎性小體的轉(zhuǎn)錄[25]。proIL-1β 和未激活的NLRP3 炎性小體缺乏活性，繼續(xù)與胱天蛋白酶-1 和凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白形成支架參與炎性小體的組裝及活化過(guò)程[26]。

2. 炎性小體的組裝、活化和促炎因子的產(chǎn)生

炎性小體的組裝及活化主要是在三磷酸腺苷、活性氧和低pH 應(yīng)激下，嘌呤能受體P2X4 被激活，導(dǎo)致鉀離子外流，并引起pannexin-1 附近細(xì)胞外鉀離子濃度增加。細(xì)胞外增加的鉀離子導(dǎo)致pannexin-1 活化，進(jìn)一步與P2X7 和炎性小體形成蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用。同時(shí)，形成的蛋白質(zhì)復(fù)合物繼續(xù)與胱天蛋白酶-1 和凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白結(jié)合組裝成炎性小體。另一方面，嘌呤能受體P2X4 在氧化應(yīng)激狀態(tài)下被激活，引起鉀離子外流，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)鉀離子的減少可使IMA 相關(guān)激酶7 (NEK7) 被激活，與鄰接的炎性小體亞基橋接，介導(dǎo)炎性小體的激活[27]。

炎性小體激活后，X 連鎖凋亡抑制蛋白被切割，從而降低了對(duì)Caspse-1 的抑制作用。同時(shí)Caspse-1和ASC 在胞質(zhì)溶膠中形成朊病毒樣細(xì)絲，導(dǎo)致Caspse-1 的活化和pro-IL1b 和pro-IL-18 的加工?；罨腸aspase-1 進(jìn)一步將pro-IL 切割成成熟的IL-1β，從細(xì)胞中釋放，隨后導(dǎo)致疼痛和炎癥[28]。

3. 靶向炎性小體活性與神經(jīng)病理性疼痛的治療

目前隨著病人對(duì)鎮(zhèn)痛藥物敏感性的降低以及成癮性的增加，使得NP 的治療充滿挑戰(zhàn)性，因此對(duì)于發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)顯得極為重要。多項(xiàng)研究證實(shí)，抑制炎性小體活性在復(fù)雜的局部疼痛綜合征、痛風(fēng)、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、炎性疼痛等多種疼痛相關(guān)疾病的治療中具有潛在的療效[29]。同時(shí)近期的研究發(fā)現(xiàn)在NP 的病理過(guò)程中，炎性小體是先天免疫系統(tǒng)激活的重要參與者，同時(shí)先天免疫系統(tǒng)的激活又驅(qū)動(dòng)疼痛和致敏，因此靶向抑制炎性小體的活性可能是NP 治療的一個(gè)潛在策略。Chen 等[30]在癌癥誘發(fā)骨痛的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)通過(guò)給大鼠持續(xù)使用NLRP3炎性小體抑制劑MCC950，明顯減弱了相關(guān)的異常性疼痛。另外在脊髓損傷和奧沙利鉑及紫杉醇引起的NP 小鼠模型中，也發(fā)現(xiàn)小鼠鞘內(nèi)注射肽5 能夠靶向抑制NLRP3 炎性小體活性及caspase-1 和IL-1β 的表達(dá)來(lái)減輕機(jī)械性疼痛[31]。同時(shí)使用阿司匹林誘生型15 差向異構(gòu)體脂氧素A4 (ATL)鞘內(nèi)注射可通過(guò)抑制NALP1 炎性小體的激活，導(dǎo)致胱天蛋白酶-1裂解和IL-1β 成熟障礙來(lái)減弱CCI 誘導(dǎo)的疼痛[10]。這些證據(jù)表明靶向抑制炎性小體活性可以直接抑制中間炎癥介質(zhì)的表達(dá)，是NP 治療的潛在靶點(diǎn)。

五、總結(jié)與展望

NP 是由影響軀體感覺(jué)系統(tǒng)的病變或疾病引起的疼痛，疼痛敏感性和自發(fā)性疼痛是其主要特點(diǎn)。炎性小體作為一種多蛋白復(fù)合物，通過(guò)炎性小體的引發(fā)、組裝及活化機(jī)制開啟炎癥反應(yīng)過(guò)程和促進(jìn)炎癥因子的分泌，在神經(jīng)損傷、化療、多發(fā)性硬化等疾病引起的NP 發(fā)生及發(fā)展的病理過(guò)程中扮演重要作用，是NP 治療的一個(gè)重要的潛在靶點(diǎn)。同時(shí)仍有許多問(wèn)題需要在將來(lái)進(jìn)一步探索。首先，在動(dòng)物疼痛模型證明許多炎性小體調(diào)節(jié)胱天蛋白酶-1 活性，但疼痛病人中炎性小體激活的精確生理機(jī)制仍然模糊不清。其次，未來(lái)需要更進(jìn)一步探索其他炎性小體亞型在NP 中的作用，為靶向治療NP 做好理論基礎(chǔ)。最后，目前缺乏靶向抑制炎性小體在NP治療中的臨床研究，需要進(jìn)一步探索其臨床價(jià)值。