阿片類藥物所致痛覺敏化的神經(jīng)炎癥免疫機制 *

姜. 爽. 顏麗暉. 夏. 蓉. 白靜慧

（遼寧省腫瘤醫(yī)院綜合內(nèi)科特需病房，沈陽 110042）

阿片類藥物在疼痛領(lǐng)域的臨床應(yīng)用非常廣泛，除常見不良反應(yīng)外，阿片類藥物誘導的痛覺敏化(opioid-induced hyperalgesia, OIH) 逐漸成為臨床關(guān)注的重要問題。根據(jù)國際疼痛學會 (International Association For the Study of Pain, IASP) 對痛覺敏化的定義引申，OIH 可描述為由于阿片類藥物暴露所致的痛覺感知增加。其特殊性在于用阿片類藥物鎮(zhèn)痛的初衷轉(zhuǎn)化為相反的疼痛敏感度增加、阿片類藥物對疼痛脫抑制的矛盾狀態(tài)。由于目前對OIH 進行臨床診斷和評估的方式非常有限[1]，在阿片用藥過程中的疼痛加重，往往被視為疾病進展或產(chǎn)生了阿片類藥物耐受 (opioids tolerance, OT)。在缺少對OIH 鑒別和排除的情況下，因痛感惡化貿(mào)然增加阿片類藥物滴定反而可能導致疼痛更難控制。因此，對OIH 的認識和理解對臨床阿片類藥物的合理使用非常重要。目前臨床上已發(fā)現(xiàn)OT 病人疼痛閾值明顯降低，更易發(fā)生痛覺敏化[2]，但阿片類使用劑量與OIH 的相關(guān)關(guān)系并不明確[3]。

對OIH 發(fā)生機制的全面認識是合理干預的前提條件。既往對OIH 機制的研究主要集中于神經(jīng)元的信號轉(zhuǎn)導及功能調(diào)節(jié)方面，主要包括脊髓下行易化、突觸可塑性變化、谷氨酸能系統(tǒng)活動增強、離子通道相關(guān)神經(jīng)元興奮性改變及受體電位改變、μ 阿片受體 (mu-opioid receptor, MOR) 功能變化等[4]。除參與痛覺調(diào)節(jié)常見的P 物質(zhì)、膽囊收縮素、κ 受體激動劑強啡肽等，還有許多其他內(nèi)源性神經(jīng)肽被認為與OIH 相關(guān)[5]。

自“四聯(lián)突觸” (tetrapartite synapse) 模型[6]在神經(jīng)病理性疼痛機制中提出以來，星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞作為神經(jīng)炎癥免疫系統(tǒng)中的重要載體，也被認為參與了OIH。二者與傳入神經(jīng)元末梢突觸前膜、投射神經(jīng)元突觸后膜一起，共同組成了神經(jīng)免疫信號的交互核心。阿片類藥物可能通過誘發(fā)中樞膠質(zhì)細胞活化，引起促炎性細胞因子和趨化因子的釋放，導致中樞敏化[7]，而通過抑制膠質(zhì)細胞活動，痛覺敏化可以得到改善。諸多炎癥細胞因子介導了免疫信號在膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元之間的傳遞[8,9]，其他廣義的神經(jīng)免疫炎癥細胞如少突膠質(zhì)細胞、血管旁巨噬細胞、內(nèi)皮細胞及浸潤性免疫細胞、間充質(zhì)干細胞等均有報道與OIH 相關(guān)，以前兩者討論為多。探討OIH 背后神經(jīng)炎癥及免疫機制對長期以阿片鎮(zhèn)痛為主的慢性難治性癌痛病人意義非凡。由于目前該方向研究國內(nèi)尚無系統(tǒng)綜述，本文僅對已獲得報道進行初步匯總，以O(shè)IH 的非神經(jīng)元機制為主要方向，針對神經(jīng)膠質(zhì)細胞功能障礙及炎癥反應(yīng)分子改變進行討論。

一、膠質(zhì)細胞參與OIH 的相關(guān)證據(jù)

在阿片類藥物慢性作用下，通過免疫組化和蛋白印跡分析星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞形態(tài)和數(shù)量上的變化，發(fā)現(xiàn)兩種膠質(zhì)細胞的活化可在脊髓及腹外側(cè)中腦導水管周圍灰質(zhì)等處發(fā)生[10]，這種活化往往與OT 或OIH 相關(guān)，且在給予相應(yīng)的炎癥抑制劑后，不僅兩種膠質(zhì)細胞的活化減弱，同時OIH 及OT 減少。進一步探討信號通路發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)細胞的炎癥反應(yīng)是通過核轉(zhuǎn)錄因子 (nuclear factor,NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen activated protein kinase, MAPK p38) 和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal regulated kinase, Erk) 等通路實現(xiàn)的，大部分免疫產(chǎn)物由上述通路激活或磷酸化后產(chǎn)生。MAPK 是典型的四級聯(lián)信號通路，核心信號分子通路分Erk1/2 (p44/42)、JNK1-3（c-Jun 氨基酸末端激酶）/SAPK（應(yīng)激激活蛋白激酶），p38 三大類型，在兩種膠質(zhì)細胞活動中均分別發(fā)揮了一定功能。Lin 等[11]曾在嗎啡耐受的模型中通過基于神經(jīng)炎癥特征集的計算機輔助免疫染色圖像診斷系統(tǒng)檢測小膠質(zhì)細胞及星形膠質(zhì)細胞的活化，發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)元相比，神經(jīng)炎性表達在兩種膠質(zhì)細胞中更多見。通過分析膠質(zhì)細胞活化標志物，發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞增生的常見標志是膠質(zhì)纖維酸性蛋白 (glial fibrillary acidic protein, GFAP)表達增加，小膠質(zhì)細胞增生常與CD11b（補體受體CR3）和Iba1 的表達增加有關(guān)[12]。后續(xù)研究曾廣泛應(yīng)用上述標志物檢測觀察膠質(zhì)細胞活動，但應(yīng)該注意的是，兩種膠質(zhì)細胞的標志物變化與其激活程度的關(guān)系不是一定的[12]。二者活動也并不是始終同步，星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞可能同時被激活，在一些情況下也可以看到獨立的膠質(zhì)細胞活動。

最初觀察認為嗎啡暴露僅誘導星形膠質(zhì)細胞的活化。急性期嗎啡暴露引起背根神經(jīng)節(jié)衛(wèi)星膠質(zhì)細胞中GFAP、IL-1β、基質(zhì)金屬蛋白酶9 (matrix metalloproteinase, MMP-9) 上調(diào)，認為星形膠質(zhì)細胞活動增加[13]。慢性暴露于嗎啡5～7 天后，逐漸發(fā)現(xiàn)脊髓神經(jīng)元及星形膠質(zhì)細胞中NF-κB p-65 磷酸化水平上調(diào)[14]，而在小膠質(zhì)細胞中并無這樣的反應(yīng)。嗎啡還可使星形膠質(zhì)細胞的p-JNK 水平升高且JNK拮抗劑可以控制OIH 進展，JNK 通路的活化與極低劑量嗎啡誘導的熱痛覺敏化相關(guān)[15]。在極低劑量阿片誘導的痛覺敏化模型中，也可發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞的選擇性激活，而小膠質(zhì)細胞活性并不增強[16]。通過減少星形膠質(zhì)細胞活化可逆轉(zhuǎn)丁丙諾啡誘導的痛覺增敏。

慢性嗎啡暴露下小膠質(zhì)細胞的單一活化也被觀察到。小膠質(zhì)細胞是中樞固有免疫細胞，對局部炎癥監(jiān)測、誘導并維持慢性疼痛的過程中起關(guān)鍵作用，并通過與突觸的物理接觸具有重要的神經(jīng)通路重塑作用。神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白-1、MMP-2、MMP-9、趨化因子配體2 (CCL2) 等介體的釋放參與了小膠質(zhì)細胞的活化[17]。在慢性可待因所致痛覺敏化模型中，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞活化標志物CD11b 分化簇擴增，而星形膠質(zhì)細胞活化標記物GFAP 表達不受影響[18]。通過對Oprm1/OPRM1 基因轉(zhuǎn)錄組學研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細胞表達μ 阿片受體[19]，嗎啡可能通過該受體激活PKCε-Akt-ERK1/2 信號通路，刺激活化的小膠質(zhì)細胞釋放促炎癥細胞因子及一氧化氮[20]，同時小膠質(zhì)細胞P2X4 嘌呤受體 (P2X4R) 上調(diào)，釋放腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，激活神經(jīng)元上的TrkB 受體，并下調(diào)了K-Cl協(xié)同轉(zhuǎn)運體KCC2，增加神經(jīng)元內(nèi)Cl-濃度，引起γ 氨基丁酸能神經(jīng)元的脫抑制及痛覺敏化[12]。此外小膠質(zhì)細胞內(nèi)磷酸化p38 絲裂原活化蛋白激酶(p-p38 MAPK) 通路可能是痛覺敏化的另一機制[21]。通過評估p-p38 MAPK 抑制劑SB 203580 在腹外側(cè)中腦導水管周圍灰質(zhì)內(nèi)的作用，發(fā)現(xiàn)該治療消除了小膠質(zhì)細胞的激活，減少痛覺敏化，但此作用不存在于星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元中[22]。

概括認為兩種膠質(zhì)細胞在阿片物質(zhì)暴露下均出現(xiàn)活動性變化，并誘發(fā)了神經(jīng)元敏化（見圖1），慢性暴露時小膠質(zhì)細胞活動更加活躍，二者在OIH的發(fā)展過程中很可能發(fā)生交互作用。由于OIH 與OT 是慢性阿片使用后可能出現(xiàn)的兩種相反的神經(jīng)元對阿片物質(zhì)的敏感性變化，諸多研究往往將二者同時討論，但也有研究強調(diào)了其結(jié)果與OIH 相關(guān)卻與OT 不相關(guān)，暗示了二者在機制上仍有待細致區(qū)分。

圖1 OIH 中可能存在的神經(jīng)元與膠質(zhì)細胞間分子交互及相關(guān)通路示意圖

二、免疫受體及炎癥因子參與OIH 的相關(guān)證據(jù)

膠質(zhì)細胞與其他神經(jīng)、免疫細胞的信息交互和功能實現(xiàn)離不開細胞表面負載的多種受體位點及內(nèi)部分子通路。在OIH 的機制討論中，論述較多的包括Toll 樣受體 (Toll like receptor, TLR)，尤其是TLR4、細胞因子、趨化因子等幾大類。TLRs 是一組啟動內(nèi)源性和適應(yīng)性免疫通路的識別受體家族，在識別病原分子模式和易化促炎癥細胞因子產(chǎn)生方面發(fā)揮著重要作用。細胞因子與趨化因子作為神經(jīng)元與膠質(zhì)細胞互動中傳遞信息的重要物質(zhì)，是強大的神經(jīng)功能調(diào)節(jié)劑。隨著研究細化及反復驗證，各因子亞型的作用權(quán)重也在不斷變化。

1. Toll 樣受體 (TLRs)

TLR 主要分布在小膠質(zhì)細胞、三叉神經(jīng)節(jié)和背根神經(jīng)節(jié)的感覺神經(jīng)元上，最早認為長時間暴露于嗎啡會通過激活中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的先天性免疫受體TLR4 來加劇疼痛。TLR4 是13 個單跨膜受體家族之一，是對阿片刺激做出應(yīng)答的重要位點[23]。TLR4 是嗎啡誘導的小膠質(zhì)細胞活化和IL-1β 釋放的主要機制[24]，一旦識別出某種刺激模式，TLR4就會與共受體CD14 和髓樣分化蛋白 (myeloid differentiation protein, MD2) 發(fā)生二聚化，并通過包括MyD88 和TRIF 在內(nèi)的銜接蛋白進行信號傳導，從而使MAPK 和NFκB 磷酸化[25]，促發(fā)炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生。目前幾乎每個被臨床篩選的阿片類藥物都可以與TLR4/MD2 異二聚體結(jié)合[12]，包括嗎啡的非阿片類代謝物嗎啡-3-葡糖醛酸 (M3G)。阻斷TLR4的活化、TLR4 基因敲除、鞘內(nèi)注射TLR4 拮抗劑等相應(yīng)方式均可改善觸摸痛等痛覺敏化[26]。

但有研究對TLR4 激活在OIH 發(fā)生發(fā)展中的必要性提出了挑戰(zhàn)，認為嗎啡通過TLR4 的活化導致了鎮(zhèn)痛劑耐受和痛覺增敏有待進一步研究。TLR4途徑并非產(chǎn)生OIH 的決定性途徑。系統(tǒng)性低劑量嗎啡誘導的OIH 和敏化啟動與TLR4 及蛋白激酶Cε(PKCε) 相關(guān)，而大劑量嗎啡誘導的鎮(zhèn)痛和敏化啟動既不是TLR4 也不是PKCε 依賴性的[23]。長期暴露于阿片類藥物必然導致傷害性感受器上的MORs長時間激活，并誘發(fā)自適應(yīng)，觸發(fā)疼痛通路的下游事件發(fā)生，導致OT 和OIH，以及小膠質(zhì)細胞的激活和長時程增強[27]。因此認為TLR4 對于小膠質(zhì)細胞對嗎啡的應(yīng)答不是必須的，其他的調(diào)控因子如TLR2、TLR5、TLR8 也參與了過程，且TLR2、ATP 受體P2X4、CSF1R 可能在小膠質(zhì)細胞激活中起到更重要作用[27]。當然這種沖突性結(jié)果可能是由于實驗設(shè)置不一致，在不同程度上影響TLR4 活性所致，包括實驗動物種系不同、飼養(yǎng)衛(wèi)生條件不同、阿片給藥策略不同、OIH 界定方法不同等。因此，TLRs 到底以何種形式參與到OT 及OIH 的過程中仍需要進一步深入的分析。

2. 抗炎癥性細胞因子

多種細胞因子可能影響前炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，在慢性嗎啡作用下，通過TLR4 途徑可誘導IL-1β 的合成，P2X4R 途徑則負責誘導的IL-1β 釋放[24]。小膠質(zhì)細胞通過促炎和感受性介質(zhì)的分泌來增強疼痛狀態(tài)，常見的包括IL-6、TNF-α[28]及IL-1β，這些介質(zhì)顯示出可增強疼痛回路中的興奮性突觸傳遞并抑制抑制性突觸傳遞的作用[29]。它們在脊髓內(nèi)通過激活各自在膠質(zhì)細胞上的受體，導致進一步抗炎產(chǎn)物釋放（如IL-4、IL-6、IL-10，IL-11、IL-13、IL-18和TGF-β），影響突觸的長時程增強，促進神經(jīng)元N-甲基-D-天冬氨酸受體的激活，而神經(jīng)元興奮性改變是OIH 的主要病理機制之一[17]。相應(yīng)地，IL-1受體拮抗劑IL-1ra（一種針對IL-1、TNF-α 及IL-6的綜合阻斷劑）及抗炎性細胞因子可對OIH 產(chǎn)生預防作用。IL-1ra 可逆轉(zhuǎn)可待因誘導的痛覺敏化[18]。通過鞘內(nèi)轉(zhuǎn)染IL4/IL10 融合蛋白可引起有效而持續(xù)的抗痛覺敏化的作用[30]。鞘內(nèi)注射重組IL-4 可抑制機械性痛覺敏化，并增加脊髓小膠質(zhì)細胞內(nèi)pSTAT6 的表達[31]。

3. 趨化因子 (CxCL) 及趨化因子受體 (CxCRs)

CX3CL1 作為脊髓及初級傳入神經(jīng)元上表達的趨化因子，可通過其小膠質(zhì)細胞上的CX3CR1 受體引起小膠質(zhì)細胞的活化，實現(xiàn)神經(jīng)元到小膠質(zhì)細胞的信號傳導，而通過鞘內(nèi)注射單核細胞化學引物蛋白1 (monocyte chemical primer protein, MCP-1) 或CX3CR1 的中和抗體可減少OT 或OIH[32]。此外，表達在脊髓星形膠質(zhì)細胞上的CCL2 和CXCL1 可與脊髓神經(jīng)元上相應(yīng)的受體CCR2 及CXCR2 結(jié)合，從而增加興奮性突觸信號的傳遞，實現(xiàn)從星形膠質(zhì)細胞到神經(jīng)元的信號轉(zhuǎn)導增強[33]。CCL3、CCL2、CCL5 及CXCL8 可能通過激活它們各自的G 蛋白偶聯(lián)受體降低了MOR 的敏感性，從而改變了MOR的功能。既往有研究認為SDF1/CXCL12-CXCR4 系統(tǒng)可以看作是慢性疼痛的總調(diào)控[34]，慢性嗎啡上調(diào)了基質(zhì)衍生因子1 (stroma-derived factor, SDF1)/CXCL12 及CXCR4，通過激活Src 家族激酶趨化因子受體CXCR4 可誘導神經(jīng)元中的μ 阿片受體異源脫敏，而對CXCR4 的阻斷可逆轉(zhuǎn)OIH。最近一項研究通過神經(jīng)損傷模型誘導上述細胞因子在脊髓的高表達并激活兩種膠質(zhì)細胞，對比發(fā)現(xiàn)，并非CCL12，而是趨化因子CCL2 和CCL7 在阿片誘導的麻醉中起到了相對重要的作用，并通過鞘內(nèi)注射相應(yīng)的中和抗體增強了嗎啡的鎮(zhèn)痛效果[35]。趨化因子各亞型的作用權(quán)重仍需探討。

4. 其他相關(guān)的炎癥免疫分子

小膠質(zhì)細胞表達的ATP 受體也可能參與了OIH，其中嘌呤能P2X4 受體（由胞外ATP 激活的非選擇性陽離子通道）的過表達對痛覺喚起非常重要。嗎啡通過MOR 依賴的P2X4 受體信號系統(tǒng)，在趨化因子受體CCR2 作用下，促使小膠質(zhì)細胞發(fā)生位移，脊髓內(nèi)P2X4 受體上調(diào)，而通過抑制小膠質(zhì)細胞上P2X4 受體的活性可預防嗎啡耐受。小膠質(zhì)細胞表達的與疼痛相關(guān)的其他ATP 受體亞型還包括P2X7、P2Y6 和P2Y12 等[9]。

脊髓速激肽NK1 受體與OIH 過程中的膠質(zhì)細胞激活相關(guān)。持續(xù)性嗎啡使用導致P 物質(zhì)釋放增加，小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞也表達有功能活性的速激肽NK 1（P 物質(zhì)）受體。嗎啡誘導的痛覺敏化可以通過速激肽NK1 受體拮抗劑L-732,138 弱化，說明速激肽NK1 受體系統(tǒng)的激活在OIH 過程中起到一定作用[10]。

在慢性嗎啡灌注下，OIH 還可能與鞘脂類神經(jīng)酰胺在小鼠脊髓星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞中的上調(diào)相關(guān)。神經(jīng)鞘氨醇-1-磷酸鹽及其G 蛋白偶聯(lián)受體表達于脊髓和背根神經(jīng)節(jié)等已知與痛覺加工相關(guān)的腦結(jié)構(gòu)中，該鞘磷脂通路目前也被認為是慢性疼痛控制靶點之一[36]。

三、結(jié)論

OIH 機制復雜，膠質(zhì)細胞及相關(guān)炎癥免疫機制的研究是目前現(xiàn)有神經(jīng)元機制的重要補充。大多數(shù)現(xiàn)有研究以動物模型為主要研究對象，僅少數(shù)試驗探討了人類在體的OIH 現(xiàn)象。概括起來在阿片類物質(zhì)刺激下，中樞膠質(zhì)細胞被激活，以星形膠質(zhì)細胞及小膠質(zhì)細胞為主要載體，通過結(jié)合于表面受體并激活細胞內(nèi)分子的信號級聯(lián)反應(yīng)，繼而釋放各種促炎癥因子（如細胞因子）及趨化因子，并與神經(jīng)元突觸前后膜上的相關(guān)受體關(guān)聯(lián)導致神經(jīng)元-神經(jīng)膠質(zhì)回路的敏化。性別因素、阿片類藥物不同種類、情感特征或應(yīng)對方式等混雜因素也可能影響疼痛傳導的神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)在未來的研究中嚴格控制潛在干擾因素，并對OIH 的機制進行細化探討。