白細胞介素-1β與慢性疼痛相關(guān)痛覺過敏的關(guān)系及其臨床應(yīng)用前景

梁 楓 李少華 鞏 超

1 背 景

慢性疼痛是一種嚴(yán)重影響人類生活質(zhì)量的疾病，嚴(yán)重的慢性疼痛與多種疾病死亡率的升高有關(guān)[1]。關(guān)于慢性疼痛的發(fā)生機制眾說紛紜。有學(xué)者認為，持續(xù)性疼痛與中腦邊緣-前額葉環(huán)路的神經(jīng)發(fā)生可塑性改變有關(guān)[2]；也有學(xué)者認為，外周傷害性刺激通過改變感覺神經(jīng)元的DNA甲基化和組蛋白修飾而改變基因的表達，從而參與慢性疼痛的發(fā)生[3]；還有觀點認為，慢性疼痛是一種復(fù)雜的生物心理社會經(jīng)歷，不一定存在病理學(xué)改變[4]。1995年的研究[5]結(jié)果證實，炎癥反應(yīng)在慢性疼痛的發(fā)展中發(fā)揮重要作用，慢性疼痛模型中的多種促炎癥細胞因子(簡稱促炎因子)和生長因子水平升高。之后的研究結(jié)果表明，弗氏佐劑誘導(dǎo)的慢性炎癥性疼痛[5-6]和神經(jīng)損傷性疼痛[7-8]中IL-1β均呈高水平。此外，由于慢性疼痛長期存在，高水平的IL-1β可能參與機體生理學(xué)的改變，造成認知和情緒障礙，如短期記憶下降、抑郁的發(fā)生[7]。

IL-1β是一種相對分子質(zhì)量為17 500的促炎因子，是IL-1家族中早期被發(fā)現(xiàn)的細胞因子之一，可由多種細胞產(chǎn)生，如單核細胞、成纖維細胞、滑膜細胞、受損的內(nèi)皮細胞等[9]。由于未經(jīng)過高爾基體加工，IL-1β儲存在細胞質(zhì)中，在細胞受到外界刺激或死亡時釋放至細胞外[10]。釋放后的IL-1β通過與其特異性的受體結(jié)合，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)揮多種生物學(xué)效應(yīng)，如調(diào)節(jié)免疫、促進炎癥、對抗入侵的病菌等。近年來，文獻[11-13]報道，IL-1β參與慢性疼痛的發(fā)生和發(fā)展。

目前慢性疼痛患者數(shù)量眾多，對鎮(zhèn)痛治療的需求較大。然而，現(xiàn)有的治療方法療效欠佳，亟需新的角度與切入點。IL-1β在由痛覺過敏等造成的慢性疼痛反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，可作為慢性疼痛的治療靶點。

2 IL-1β的來源與產(chǎn)生機制

在慢性炎癥性疼痛和神經(jīng)病理性疼痛中，IL-1β主要來源于膠質(zhì)細胞，包括小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞[14]。20世紀(jì)90年代的研究[15]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)內(nèi)毒素處理后，大鼠大腦內(nèi)有廣泛的、短暫的IL-1β水平升高，經(jīng)免疫組織化學(xué)染色后可見小膠質(zhì)細胞和升高的IL-1β存在共定位。Watkins等[16]在慢性炎癥性疼痛的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)活化的膠質(zhì)細胞可分泌一些促炎因子，如IL-1β和神經(jīng)生長因子(nerve growth factor, NGF)等。提示小膠質(zhì)細胞是疼痛狀態(tài)下IL-1β的主要來源之一。

眾多關(guān)于膠質(zhì)細胞分泌IL-1β調(diào)節(jié)機制的研究結(jié)論不盡相同。主流的觀點是膠質(zhì)細胞作為神經(jīng)系統(tǒng)的免疫細胞，在神經(jīng)受損時被激活，釋放包括IL-1β在內(nèi)的多種炎癥介質(zhì)[14]。此外，Wong等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，皮下注射前列腺抗原誘發(fā)的免疫反應(yīng)也可引起膠質(zhì)細胞活化，IL-1β水平升高，從而引起慢性疼痛。調(diào)控IL-1β的釋放機制涉及不同的受體。Zarpelon等[18]在坐骨神經(jīng)慢性縮窄性損傷(CCI)模型中發(fā)現(xiàn)，少突膠質(zhì)細胞來源的IL-33通過作用于IL-33受體來促進小膠質(zhì)細胞的增殖，并參與調(diào)節(jié)IL-1β在脊髓中的釋放。也有研究[19]結(jié)果表明，經(jīng)過激動劑或ATP的長時間刺激，位于膠質(zhì)細胞的細胞膜表面且對ATP敏感的離子通道型P2X7受體，可引起細胞活化，導(dǎo)致鈣內(nèi)流，使細胞內(nèi)鈣濃度迅速升高，促進IL-1β的釋放。

Berta等[20]在嗎啡誘導(dǎo)的急性抗傷害和痛覺過敏模型中發(fā)現(xiàn)，嗎啡可導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的IL-1β水平升高，而IL-1β則可縮短嗎啡的鎮(zhèn)痛時長，起到調(diào)節(jié)作用；進一步研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)嗎啡處理后，大鼠背根神經(jīng)節(jié)的星形膠質(zhì)細胞內(nèi)金屬基質(zhì)蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9, MMP9)表達上調(diào)，消除或者抑制MMP9可減少星形膠質(zhì)細胞活化，從而使IL-1β水平下降。Grace等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，嗎啡通過誘導(dǎo)脊髓背角小膠質(zhì)細胞的NOD樣受體蛋白3，產(chǎn)生炎癥小體而參與IL-1β的釋放。這提示MMP9可能是IL-1β的上游刺激因子，作用于膠質(zhì)細胞，調(diào)節(jié)炎癥小體的產(chǎn)生，進而調(diào)控IL-1β的生成。

3 IL-1β在慢性疼痛相關(guān)痛覺過敏中的作用機制

痛覺過敏是慢性疼痛的主要表現(xiàn)之一，其發(fā)生機制與神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性有關(guān)，包括一些受體、離子通道、突觸網(wǎng)絡(luò)連接的改變等[22]。IL-1β可以影響整個痛覺傳導(dǎo)通路，其由膠質(zhì)細胞分泌，與受體結(jié)合后作用于膠質(zhì)細胞本身，也可作用于外周神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元(如背根神經(jīng)的感覺神經(jīng)元)，通過不同的信號通路，引起神經(jīng)元的敏感性改變和活性因子的釋放，參與痛覺過敏的發(fā)生過程。

3.1 IL-1β對外周傷害性感受器的影響 IL-1β可誘導(dǎo)外周傷害性感受器中降鈣素基因相關(guān)肽釋放，發(fā)生痛覺過敏。體外實驗[23]結(jié)果表明，IL-1β刺激皮膚的傷害性感受器之后，可引起降鈣素基因相關(guān)肽的分泌增多，導(dǎo)致機體產(chǎn)生熱痛覺過敏，且降鈣素基因相關(guān)肽增多程度與IL-1β劑量之間存在量效關(guān)系，提示IL-1β可能是一些炎癥和神經(jīng)病變熱痛覺過敏的重要始動因素。實驗[5]結(jié)果也表明，在弗氏佐劑誘導(dǎo)的慢性炎癥性疼痛動物的背根神經(jīng)節(jié)中發(fā)現(xiàn)降鈣素基因相關(guān)肽表達上調(diào)。

此外，IL-1β可以使NGF水平增高，在炎癥性痛覺過敏中發(fā)揮重要作用。既往關(guān)于慢性疼痛模型的研究[5,16]已發(fā)現(xiàn)，在大鼠足底注射IL-1β可以引起短時的熱痛覺過敏，且可測到皮下NGF水平增高。IL-1β受體拮抗劑可抵消IL-1β升高NGF水平的作用；抗NGF抗體可減少痛覺過敏發(fā)生，但并不影響在IL-1β刺激下NGF水平的增高。升高的NGF作用于感覺神經(jīng)末梢，通過與其表面的原肌球蛋白受體激酶和神經(jīng)營養(yǎng)因子受體p75結(jié)合，引起下游信號傳導(dǎo)，從而促進軸突過度生長而參與痛覺過敏的發(fā)生[24]。

3.2 IL-1β對感覺神經(jīng)元的影響 IL-1β可以與感覺神經(jīng)元相應(yīng)的受體結(jié)合參與痛覺過敏發(fā)生過程。IL-1β受體Ⅰ型(IL-1βr1)表達于感覺神經(jīng)元，參與疼痛的發(fā)生過程[25]。IL-1β與IL-1βr1受體結(jié)合，形成受體復(fù)合物，引起酪氨酸激酶聚集，進而引起下游蛋白激酶C的激活，后者可引起辣椒素受體發(fā)生磷酸化，使神經(jīng)元對熱刺激的感受閾值降低，即局部對傷害性熱刺激敏感化。使用非特異性蛋白激酶抑制劑，如酪氨酸激酶抑制劑、蛋白激酶C抑制劑均可減少IL-1β引起的熱敏感反應(yīng)[25]。Yang等[26]通過對40%甲醛溶液誘導(dǎo)的炎癥性疼痛模型研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β刺激后可引起絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)途徑中的關(guān)鍵分子——細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2和p38的磷酸化表達上調(diào)，此兩者均可見于脊髓背角神經(jīng)元中，后者表達于小膠質(zhì)細胞中，增加機體對傷害感受的敏感性。通過采用小膠質(zhì)細胞抑制劑和細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶的激酶(MEK，ERK的上游分子)抑制劑，可減輕IL-1β誘導(dǎo)的疼痛過敏。MAPK途徑是IL-1激活后的經(jīng)典途徑，可能通過IL-1β受體(IL-1βr)在產(chǎn)生和維持痛覺過敏中發(fā)揮作用。

在炎癥性疼痛模型的脊髓雙側(cè)神經(jīng)元中均可以檢測到環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase, Cox-2)mRNA的表達量增高。通過在鞘內(nèi)注射IL-1β或IL-1β阻滯劑，可分別使Cox-2 mRNA表達量增高或降低，提示IL-1β可促進脊髓神經(jīng)元的Cox-2生成，導(dǎo)致腦脊液中前列腺素E2(prostaglandin E2， PGE2)水平升高，造成痛覺過敏。抑制IL-1β誘導(dǎo)的Cox-2生成，或者直接抑制中樞的Cox-2活性，可減輕炎癥性疼痛的痛覺過敏[27]。Lopshire等[28]的研究結(jié)果顯示，PGE2可作用于感覺神經(jīng)元，通過環(huán)磷酸腺苷(cAMP)傳導(dǎo)通路提高辣椒素誘導(dǎo)的離子電流，從而參與痛覺過敏的發(fā)生。關(guān)于IL-1β引起Cox-2水平升高的機制研究眾多，如Narita等[29]的研究結(jié)果表明，在炎癥性疼痛模型的同側(cè)脊髓神經(jīng)元中，IL-1β可提高細胞內(nèi)NF-κB的水平，即依賴NF-κB的轉(zhuǎn)錄途徑，誘導(dǎo)Cox-2生成，引起熱痛覺過敏；也有研究[30]結(jié)果表明，IL-1β可引起轉(zhuǎn)錄因子cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白磷酸化增多，從而促進Cox-2的生成。

有研究結(jié)果顯示，除了上述的炎癥因子外，神經(jīng)元中趨化因子的表達也有改變。在抗癌藥奧沙利鉑引起的慢性疼痛反應(yīng)中，IL-1β可能通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3途徑引起背根神經(jīng)節(jié)的C-X-C基序趨化因子12(C-X-C motif chemokine 12, CXCL12)水平升高，進而引起痛覺過敏[31]。在瑞芬太尼引起的痛覺過敏模型的脊髓背角神經(jīng)元中也可檢測到的CXCL12水平升高。研究[32]結(jié)果表明，CXCL12可通過作用在脊髓背根神經(jīng)元的C-X-C基序趨化因子受體4，引起N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate, NMDA)受體的NR2B亞基磷酸化，從而參與痛覺過敏的發(fā)生過程。

綜上，IL-1β可活化多種神經(jīng)元內(nèi)信號通路，但不同信號通路之間是否存在交叉關(guān)聯(lián)，以及通過何種分子表達而影響痛覺過敏等，鮮見相關(guān)研究。

3.3 IL-1β促進中樞敏化 長期慢性疼痛可以引起中樞敏化，提高神經(jīng)元的敏感性，在產(chǎn)生和維持痛覺過敏中發(fā)揮重要作用。中樞敏化由興奮性突觸傳遞增加和(或)抑制性突觸傳遞減少引起。Kawasaki等[30]在大鼠模型的脊髓神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)，IL-1β可提高興奮性突觸傳遞的頻率和幅度，減少抑制性突觸傳遞的頻率和幅度。IL-1β可通過IL-1受體(IL-1R)，增加位于大鼠脊髓背角神經(jīng)元中α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸和NMDA誘導(dǎo)的電流強度，從而促進神經(jīng)元的中樞敏化[33]，且IL-1β導(dǎo)致的突觸后NMDA誘導(dǎo)增強作用可持續(xù)存在。這種神經(jīng)元的可塑性改變參與持續(xù)性疼痛的發(fā)生和發(fā)展過程。此外，CXCL12引起的痛覺過敏也與中樞敏化有關(guān)。

3.4 IL-1β促進炎癥和調(diào)控其他炎癥因子的表達 慢性疼痛所致的痛覺過敏發(fā)生機制涉及眾多促炎因子(包括IL-1β、IL-6、TNF-α等)水平的改變，這些促炎因子作為重要的炎癥介質(zhì)，參與膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元的影響，進而引起痛覺過敏[34]。IL-1β在其中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，其可作用于膠質(zhì)細胞，釋放炎癥因子，也可以調(diào)控NGF、Cox-2、PGE2等因子的表達，促進炎癥發(fā)生。此外，IL-1β作為早期炎癥因子，作用于星形膠質(zhì)細胞的MAPK/p38和NF-κB通路，促進誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)的表達和NO的釋放[35]，引起痛覺過敏。Kuboyama等[36]研究發(fā)現(xiàn)，一氧化氮合酶(NOS)基因敲除小鼠的疼痛模型的痛覺反應(yīng)明顯減弱，小膠質(zhì)細胞的活化水平也有所降低。進一步研究后發(fā)現(xiàn)，NO可上調(diào)炎癥因子(如IL-6)和一些受體(如P2X受體)的表達。提示在慢性疼痛中，高表達的IL-1β可通過iNOS/NO途徑，調(diào)控其他促炎因子并作用于其受體，參與痛覺過敏發(fā)生過程。

4 IL-1β在慢性疼痛中的臨床應(yīng)用前景

4.1 IL-1β可作為臨床上慢性疼痛的輔助診斷指標(biāo) Bowles等[37]對骨關(guān)節(jié)炎小鼠模型的慢性疼痛進行研究，通過測定血清IL-1β水平和小鼠痛閾，發(fā)現(xiàn)血清IL-1β水平與疼痛敏感性有很強的相關(guān)性。Koch等[38]通過比較慢性疼痛患者與正常人血清中炎癥因子水平，發(fā)現(xiàn)血清中IL-1β水平與疼痛的程度相關(guān)。同時，發(fā)現(xiàn)慢性疼痛患者血清NO水平也顯著升高。提示可以通過測定血清中IL-1β水平或IL-1β下游的活性分子來評估疼痛的嚴(yán)重程度，為選擇治療方案提供量化指標(biāo)。此外，由于慢性疼痛存在中樞敏化和膠質(zhì)細胞活化，腦脊液中的IL-1β水平的變化也可能與疼痛程度相關(guān)，但目前缺乏相關(guān)研究。

4.2 IL-1β在慢性疼痛中的治療應(yīng)用 針對IL-1β參與痛覺過敏發(fā)生的機制，有很多研究通過阻斷信號傳導(dǎo)或者阻滯活性分子來減輕疼痛。Wu等[39]通過在大鼠模型中采用糖蛋白120誘導(dǎo)免疫缺陷相關(guān)的痛覺過敏，經(jīng)白藜蘆醇治療后發(fā)現(xiàn)痛覺過敏發(fā)生顯著減少，其機制可能涉及抑制P2X7受體表達，減少膠質(zhì)細胞的活化和IL-1β的產(chǎn)生，降低ERK1/2的磷酸化水平，以及促進IL-10的釋放等多個方面。也有研究以硝酰基供體作用于CCI模型后發(fā)現(xiàn)，其在急性期可以通過環(huán)磷酸鳥苷/蛋白激酶G/ATP敏感的鉀通道信號通路來抑制脊髓小膠質(zhì)細胞的活化和IL-1β的釋放，在慢性期可以通過抑制小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞活化，降低IL-1β水平來減少痛覺過敏的發(fā)生[40]。

除了減少IL-1β的來源，也可以通過阻斷IL-1β與下游分子之間的聯(lián)系而減少痛覺過敏發(fā)生。刺囊酸可以通過阻斷IL-1β引起下游活性分子的生成，如Cox-2、PGE2、iNOS、NO等，減輕IL-1β引起的炎癥反應(yīng)，從而緩解疼痛[41]。IL-1β受體阻滯劑用于動物模型有一定的效果，但其存在的不良反應(yīng)，使其臨床研究受限。

另外，一些植物提取物也具有鎮(zhèn)痛效果。Wang等[42]發(fā)現(xiàn)，在慢性炎癥性疼痛和神經(jīng)損傷性疼痛模型中，通過應(yīng)用蘿卜硫素，可以明顯減輕小鼠的疼痛反應(yīng)，且存在一定的量效關(guān)系。其作用機制是可以減少促炎因子(如IL-1β)釋放，增加抗炎癥細胞因子釋放，且能拮抗Cox-2和NOS的致痛作用。巴西一種植物的葉子提取物可減輕弗氏佐劑誘導(dǎo)的急、慢性疼痛反應(yīng)，也可促使炎癥部位的IL-1β水平下降[6]。

IL-1β還可能通過其他機制參與慢性疼痛的痛覺過敏的發(fā)生過程。將脂肪來源的干細胞注入慢性神經(jīng)病理性疼痛模型后發(fā)現(xiàn)，小鼠的疼痛反應(yīng)明顯減輕，原因可能是脂肪來源的干細胞降低了炎癥因子IL-1β的水平，提高了抑炎因子IL-10的水平，促進了NOS的表達，從而緩解疼痛[43]。此外，高壓氧艙治療慢性神經(jīng)病理性疼痛有一定的療效，Zhao等[44]通過大鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，高壓氧艙治療可以抑制黏著斑蛋白kindlin-1的表達。kindlin-1增高可引起膠質(zhì)細胞的激活和IL-1β水平升高，進而拮抗高壓氧艙的治療作用，提示抑制kindlin-1后可減輕神經(jīng)病理性疼痛中的炎癥反應(yīng)而緩解疼痛。也有研究[45]將納米材料用于慢性疼痛的治療，將有機硒化合物放入納米膠囊中，可提高藥物靶向性，抑制IL-1β水平的升高，從而明顯減少痛覺過敏的發(fā)生。

5 總結(jié)與展望

慢性疼痛是一種慢性炎癥反應(yīng)，IL-1β在其發(fā)生和發(fā)展過程中起重要作用。IL-1β可來源于多種細胞，在慢性疼痛中其主要來自于膠質(zhì)細胞，并受不同細胞因子調(diào)節(jié)。IL-1β可作用于痛覺傳導(dǎo)通路中的外周感受器、感覺神經(jīng)元、中樞神經(jīng)元等部位，導(dǎo)致其敏感化；并作為膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元之間的重要介質(zhì)，參與痛覺過敏的發(fā)生。然而，尚無關(guān)于IL-1β在痛覺調(diào)節(jié)通路上通過減弱抑制效應(yīng)來參與痛覺過敏發(fā)生過程的研究。

目前，針對IL-1β來源或者其作用機制來治療慢性疼痛的研究較多，可達到減少痛覺過敏發(fā)生的作用。一些藥物的有效性提示了存在未被發(fā)現(xiàn)的痛覺過敏發(fā)生機制。臨床上可針對IL-1β進行系統(tǒng)深入的研究，從而改善患者的生活質(zhì)量。