星形膠質(zhì)細(xì)胞縫隙連接蛋白43在痛覺(jué)敏化中作用機(jī)制研究進(jìn)展

趙 丹，魏碧玉，高明龍 綜述 馬亞群 審校

神經(jīng)病理性疼痛(neuropathic pain，NPP)是由于神經(jīng)系統(tǒng)原發(fā)性損害或者功能障礙所引起的疼痛，臨床上主要表現(xiàn)為痛覺(jué)過(guò)敏，引起的痛覺(jué)過(guò)敏的機(jī)制包括脊髓中樞敏化、脊髓膠質(zhì)細(xì)胞活化、炎性介質(zhì)的作用等。

探索疼痛形成及敏化機(jī)制、尋找疼痛治療新靶點(diǎn)一直是疼痛專業(yè)研究的熱點(diǎn)。脊髓作為疼痛信號(hào)整合的初級(jí)中樞，在疼痛形成及敏化發(fā)生過(guò)程中的作用毋容置疑。膠質(zhì)細(xì)胞—星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)縫隙連接蛋白(connexin, Cx)相互勾連形成網(wǎng)絡(luò)，使得細(xì)胞間能夠進(jìn)行各種分子物質(zhì)及信息交換，尤其縫隙連接蛋白43(connexin protein 43, Cx43)表達(dá)的多少直接決定細(xì)胞間信息交換的效率與程度[1]。而Cx43作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最主要的縫隙連接蛋白，主要在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，幾乎不表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。當(dāng)傷害性刺激發(fā)生以后，脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生活化，Cx43表達(dá)增加，功能增強(qiáng)[2]，在痛覺(jué)敏化的發(fā)生中起了十分重要的作用。筆者從Cx43的結(jié)構(gòu)和功能、痛覺(jué)敏化機(jī)制及Cx43導(dǎo)致痛覺(jué)敏化發(fā)生的可能機(jī)制等方面加以綜述。

1 Cx43的結(jié)構(gòu)與功能

Cx是同一組基因編碼的，以其分子量對(duì)其進(jìn)行命名，Cx43的相對(duì)分子質(zhì)量為43 000，半通道(half channel, HC)是Cx43組成的六聚體結(jié)構(gòu)，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外的信息交流，相鄰兩個(gè)細(xì)胞的半通道對(duì)合形成縫隙連接(gap jnaction, GJ)，介導(dǎo)細(xì)胞間的信息交流。每個(gè)Cx都有4個(gè)保守的α螺旋跨膜區(qū)、2個(gè)胞外環(huán)和3個(gè)胞內(nèi)成分( 1個(gè)胞內(nèi)環(huán)、1個(gè)氨基末端和1個(gè)羧基末端)，在胞內(nèi)成分中，氨基末端比較保守，不宜發(fā)生改變，所以Cx43的功能調(diào)節(jié)位點(diǎn)大多數(shù)位于羧基端[3]，羧基端的磷酸化和去磷酸化是Cx43發(fā)揮其生理功能的主要原因。研究表明，Cx43磷酸化主要是通過(guò)蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)等途徑，從而改變了Cx43的縫隙連接效應(yīng)，加強(qiáng)了細(xì)胞之間的信息交流[4]。

Cx43最廣泛存在于脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞，構(gòu)成星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的半通道或縫隙連接[5]，允許離子和小分子(包括第二信使如Ca2+、IP3、環(huán)核苷酸和寡核苷酸)直接交換完成細(xì)胞間通信，在痛覺(jué)信息的傳遞和整合過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

2 痛覺(jué)敏化的發(fā)生機(jī)制

痛覺(jué)過(guò)敏就是長(zhǎng)期的慢性疼痛刺激導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)發(fā)生病理性重構(gòu)，使得疼痛更加難以控制，患者主要表現(xiàn)為自發(fā)痛、痛閾下降等[6]，之前的關(guān)于痛覺(jué)過(guò)敏的發(fā)病機(jī)制大多集中于脊髓神經(jīng)元，但是近年來(lái)關(guān)于星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43的機(jī)制越來(lái)越能夠引起我們的重視，研究發(fā)現(xiàn)在許多神經(jīng)病理性疼痛過(guò)敏模型中，GJ通道數(shù)量增加，尤其是Cx43表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致多種細(xì)胞因子分泌，促進(jìn)了痛覺(jué)敏化的形成[7]。

3 星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43與痛覺(jué)敏化

縫隙連接Cx43作為細(xì)胞之間重要的信號(hào)通路，在星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)，當(dāng)發(fā)生病理性疼痛時(shí)Cx43表達(dá)的含量增加，其中機(jī)制涉及谷氨酸受體途徑、促炎性因子途徑等、對(duì)疼痛的維持至關(guān)重要。研究表明，縫隙連接Cx43可以介導(dǎo)大鼠脊髓背角CXCL12的產(chǎn)生來(lái)使得大鼠痛閾值下降，繼而導(dǎo)致長(zhǎng)久的骨癌性痛覺(jué)過(guò)敏和癌性疼痛[8]；在脊髓損傷引起的慢性神經(jīng)病理性疼痛模型中測(cè)定大鼠熱痛覺(jué)過(guò)敏和機(jī)械性痛覺(jué)超敏[9]，4周后開(kāi)始發(fā)展，8周后可以維持，值得注意的是，在Cx43缺失的轉(zhuǎn)基因小鼠中，脊髓損傷誘導(dǎo)出的熱痛覺(jué)過(guò)敏和機(jī)械性超敏反應(yīng)被阻止[10]，但在Cx30缺失的轉(zhuǎn)基因小鼠中完全發(fā)育，說(shuō)明Cx43能夠通過(guò)一定的機(jī)制促成了痛覺(jué)過(guò)敏，除此之外，在骨性癌痛的痛覺(jué)過(guò)敏的模型中[11]，星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43可以促進(jìn)下游信號(hào)分子維持痛覺(jué)過(guò)敏，所以Cx43是痛覺(jué)過(guò)敏發(fā)生的關(guān)鍵因素之一。

4 可能的機(jī)制

4.1 星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43與谷氨酸及其受體系統(tǒng) 谷氨酸是CNS中最主要的興奮性氨基酸之一，谷氨酸與谷氨酸受體結(jié)合可促進(jìn)離子通道的開(kāi)放、相關(guān)蛋白激酶的激活以及傳遞相應(yīng)的傷害性信息介質(zhì)的生成。疼痛刺激發(fā)生之后，谷氨酸系統(tǒng)釋放谷氨酸，而越來(lái)越多的研究表明，痛覺(jué)過(guò)敏的模型中有著星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，其中星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的縫隙連接與谷氨酸的相互作用可以維持痛覺(jué)過(guò)敏[12]。另外最新一項(xiàng)研究顯示，在脊髓損傷誘發(fā)的痛覺(jué)過(guò)敏模型中，脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞激活和Cx43表達(dá)上調(diào)[13]，這能夠誘發(fā)細(xì)胞之間GJ通道的開(kāi)放，一方面GJ的開(kāi)放允許谷氨酸直接通過(guò)，另一方面可以引發(fā)細(xì)胞內(nèi)大量的Co2+內(nèi)流，促進(jìn)N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體的激活，兩者形成信號(hào)放大效應(yīng)；除了GJ的作用，在另外一項(xiàng)研究中還發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞激活以后Cx43兩個(gè)封閉的半通道(half channel，HC)可以打開(kāi)，形成一個(gè)能夠直接相連的兩個(gè)相鄰細(xì)胞質(zhì)通路，允許谷氨酸通過(guò)，結(jié)果用以維持痛覺(jué)過(guò)敏[14]。

4.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43與促炎性因子 國(guó)內(nèi)外眾多研究學(xué)者的實(shí)驗(yàn)研究表明，參與痛覺(jué)敏化的促炎性因子包括：白介素1和6、腫瘤壞死因子α和γ等，當(dāng)外周炎癥時(shí)，隨著疼痛信號(hào)由外周向中樞傳入，星形膠質(zhì)細(xì)胞激活和Cx43數(shù)量增加，而縫隙連接數(shù)量和功能的改變可以使得促炎性因子變化，進(jìn)一步影響痛覺(jué)過(guò)敏的發(fā)生[15]。有研究學(xué)者認(rèn)為，在炎性痛模型中Ⅱ-β可以增加Cx43的表達(dá)和膠質(zhì)細(xì)胞之間縫隙連接的交流來(lái)維持痛覺(jué)過(guò)敏[16]；也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α介導(dǎo)糖尿病大鼠的痛覺(jué)過(guò)敏模型中Cx43的表達(dá)上調(diào)[17]；還有人在大鼠鞘內(nèi)注射腫瘤壞死因子誘導(dǎo)幼鼠腦缺血再灌注損傷的脊髓中Cx43的上調(diào)測(cè)得后肢的機(jī)械性超敏反應(yīng)[18]。以上的研究均展現(xiàn)出Cx43在痛覺(jué)敏化的維持過(guò)程中，促炎性因子與之有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。

4.3 星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43與MAPKs信號(hào)通路 研究證實(shí)，傷害性刺激引起了脊髓神經(jīng)元興奮性增強(qiáng)，突觸可塑性變化，在這其中除了興奮性氨基酸、細(xì)胞因子、炎性因子的作用，絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路(MAPKs)在神經(jīng)病理性疼痛的過(guò)程中起了十分重要的作用[19]。MAPKs是細(xì)胞內(nèi)的一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶信號(hào)通路，是細(xì)胞內(nèi)最為主要的信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)。MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路主要包括：氨基末端激酶 (c-Jun N-terminal kinase，JNK)家族、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶 (extracellular regulated protein kinase，ERK)和磷脂肌醇信號(hào)通路PKC等。

4.3.1 JNK信號(hào)通路 JNK作為MAPKs的重要成員之一，有研究顯示，JNK參與了嗎啡耐受所致痛覺(jué)敏化的過(guò)程，同樣在星形膠質(zhì)細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了JNK的作用，并且人們普遍可以接受星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43的上調(diào)[20]，而另一項(xiàng)關(guān)于嗎啡耐受的實(shí)驗(yàn)中，膠質(zhì)細(xì)胞抑制劑能夠同時(shí)降低JNK和Cx43的表達(dá)[21]。但是有兩種不同的觀點(diǎn)：一是Cx43激活了JNK信號(hào)通路介導(dǎo)了嗎啡耐受，二是應(yīng)用JNK信號(hào)阻滯劑能夠同時(shí)降低JNK和Cx43的表達(dá)，兩者呈現(xiàn)一個(gè)平行升高降低的狀態(tài)。那么到底在嗎啡耐受過(guò)程中，JNK與Cx43兩者有具體什么關(guān)系無(wú)從知曉，但人們對(duì)于JNK與Cx43的關(guān)系不僅僅局限在星形膠質(zhì)細(xì)胞，在舒芬太尼預(yù)處理心肌細(xì)胞中，應(yīng)用JNK阻滯劑不僅降低了JNK信號(hào)通路的作用，而且細(xì)胞之間Cx43的表達(dá)下降，JNK與Cx43的磷酸化都有明顯下降[22]，兩者平行下降可以對(duì)舒芬太尼預(yù)處理?yè)p傷的心肌細(xì)胞起到保護(hù)作用。不管是脊髓背角的星形膠質(zhì)細(xì)胞還是其他臟器細(xì)胞都能夠?yàn)樘剿鰿x43在痛覺(jué)敏化的作用開(kāi)拓新的思路。

4.3.2 ERK信號(hào)通路 ERK信號(hào)通路的激活是痛覺(jué)敏化的機(jī)制，對(duì)于1型糖尿病神經(jīng)病理性疼痛(diabetic neuropathic pain，DNP)大鼠的研究顯示，ERK mRAN和蛋白含量都增加，并且含量隨著時(shí)間的增加而增加，給予ERK阻滯劑U0126能夠減輕大鼠的疼痛[23]，值得注意的是上述變化都是發(fā)生在星形膠質(zhì)細(xì)胞脊髓背角，而在神經(jīng)元細(xì)胞之間并沒(méi)有出現(xiàn)，但是目前還并沒(méi)有確切的報(bào)道。而筆者通過(guò)文獻(xiàn)得知，脊髓Cx43的表達(dá)和磷酸化程度能夠影響星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元間的通訊功能。

4.3.3 PKC信號(hào)通路 由于Cx43的作用位點(diǎn)位于其本身的羧基端，PKC的磷酸化程度可以使得Cx43本身發(fā)生磷酸化而影響其發(fā)揮作用，在一項(xiàng)體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，以谷氨酸培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中，觀察發(fā)現(xiàn)PKC的磷酸化影響了Cx43的磷酸化，并且能夠作用于Cx43的Ser365位點(diǎn)[24]，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)模擬痛覺(jué)敏化的體外實(shí)驗(yàn)，所以PKC與Cx43的痛覺(jué)敏化相關(guān)實(shí)驗(yàn)更是我們需要進(jìn)一步探索的機(jī)制之一。

5 結(jié) 語(yǔ)

關(guān)于星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43在痛覺(jué)敏化的研究已經(jīng)成為近幾年的一個(gè)熱點(diǎn), 盡管越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43在痛覺(jué)敏化的發(fā)生、發(fā)展中起重要的作用, 但目前痛覺(jué)敏化、神經(jīng)病理性疼痛以及慢性疼痛的防治依然是醫(yī)學(xué)界難以徹底攻破難題之一。

目前, 實(shí)驗(yàn)室中依據(jù)星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43的作用機(jī)制, 將控制疼痛的藥物分為3大類[25]：抑制膠質(zhì)細(xì)胞活化類(如：氟代檸檬酸)、抑制炎性因子的藥物(如：MAPK信號(hào)阻滯劑)、抗炎藥物(如：TNF-α阻滯劑依那西普)，是由于大部分的藥物實(shí)驗(yàn)都來(lái)自于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，并未在臨床上有很確切的療效，也可能會(huì)產(chǎn)生一切無(wú)法預(yù)料的不良反應(yīng)。

實(shí)際上，人類與動(dòng)物的星形膠質(zhì)細(xì)胞有著一定差異。人類一個(gè)星形膠質(zhì)細(xì)胞大約有200萬(wàn)的突觸，所以在人體中星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43在痛覺(jué)敏化中有著更為復(fù)雜的作用。