膠質(zhì)細胞中的Notch信號通路在神經(jīng)病理性疼痛中的研究進展

段文斌，毛暢遠綜述，胡益民審校

0 引 言

神經(jīng)病理性疼痛(Neuropathic pain，NPP)是指由外周或中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷、病變或功能紊亂所引起的慢性疼痛，在普通人群中的發(fā)生率約為7%，且臨床上頑固難治,其治療一直是全球性的難題之一[1]。該病癥折磨全世界的人數(shù)以千萬計，嚴重影響患者生活質(zhì)量。但其具體的發(fā)病機制迄今尚未完全得到闡明。大量的實驗表明，神經(jīng)膠質(zhì)細胞的活化和極化在神經(jīng)病理性疼痛中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Notch信號通路是一條高度保守的細胞間信號通路，在細胞命運的決定、細胞增殖、分化和凋亡中起關(guān)鍵作用。近來的研究表明，Notch信號通路不僅會影響大腦神經(jīng)膠質(zhì)細胞(尤其是小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞)的活化和極化，還可進一步影響神經(jīng)病理性疼痛發(fā)生和發(fā)展。本文通過回顧膠質(zhì)細胞中Notch信號通路在神經(jīng)病理性疼痛中的研究進展，分析了Notch信號通路在治療神經(jīng)病理性疼痛中的可能性。

1 Notch信號通路

Notch基因于1917年由Morgan在黑腹果蠅的突變體中發(fā)現(xiàn)，因該基因的部分功能缺失會導(dǎo)致果蠅的翅膀邊緣出現(xiàn)缺口而得名〗[2]。它在進化中高度保守，通過相鄰細胞之間配體和受體的相互作用調(diào)節(jié)細胞、組織和器官的分化和發(fā)育。最近的研究表明，Notch信號通路存在于一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)之中[3-5]。通過該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)Notch信號通路不但可以影響正常機體的發(fā)育(細胞的分化，細胞命運的決定等)，還可以對諸如癌癥，炎癥，神經(jīng)病理性疼痛等病理狀態(tài)產(chǎn)生重要影響。

1.1Notch信號通路的組成在哺乳動物中Notch信號通路主要由受體(Notch1-4)，配體(Delta-like 1、3、4，Jagged1和Jagged2)，RBP-JK(re-combination signal binding protein-JK)，以及下游基因(比如Hes、Hey、Herp)等組成。Notch受體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中產(chǎn)生并運輸?shù)劫|(zhì)膜，其結(jié)構(gòu)可分為胞外(Notch extracellular domain，NECD)、跨膜(Transmembrane domain，TMD)和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch intracellular domain，NICD)三部分。受體與相鄰細胞上的跨膜配體結(jié)合后被酶裂解。首先通過ADAM(A Disintegrin and Metalloproteinase)家族金屬蛋白酶裂解，然后通過γ-分泌酶復(fù)合物裂解。γ-分泌酶復(fù)合物介導(dǎo)的裂解反應(yīng)釋放含有COOH末端的Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)(NICD)，NICD轉(zhuǎn)移到細胞核與RBP-JK結(jié)合，形成的NICD/RBP-JK轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合體可以調(diào)節(jié)下游基因(Hes、Hey、Herp)的轉(zhuǎn)錄。

1.2Notch信號通路的作用Notch信號通路是一條高度保守的信號傳導(dǎo)通路，但與Wnt、Sonic Hedgehog 和 BMP/TGF-β等信號通路相比，Notch信號主要傳遞是相鄰細胞間的信息。以往的研究表明Notch信號通路幾乎是所有器官正常發(fā)育的必要條件。在大多數(shù)情況下，Notch信號通路控制分化并確保干細胞或祖細胞池的數(shù)量安全；對于具有兩種潛在細胞命運的干細胞或祖細胞，Notch信號通路則調(diào)節(jié)兩種潛在細胞命運之間的平衡[6]。

2 膠質(zhì)細胞在神經(jīng)病理性疼痛中的作用

神經(jīng)病理性疼痛是由與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的組織損傷或炎癥引起的異常病理改變所導(dǎo)致的慢性疾病，迄今為止仍然缺乏有效的治療手段，嚴重影響人類生活質(zhì)量、威脅人類健康。以往對神經(jīng)病理性疼痛研究將神經(jīng)元作為重點，大量的臨床藥物將治療靶點集中在神經(jīng)元上，然而治療效果并不理想。這一現(xiàn)象提示神經(jīng)病理性疼痛的形成可能有神經(jīng)膠質(zhì)細胞參與其中。

神經(jīng)膠質(zhì)細胞的活化參與神經(jīng)病理性疼痛的形成。神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化后產(chǎn)生的細胞因子可以直接激活和致敏傷害感受器從而引起神經(jīng)病理性疼痛[7]。組織損傷后，多種炎癥介質(zhì)(緩激肽、前列腺素、氫離子、ATP、神經(jīng)生長因子)以及促炎細胞因子和趨化因子(腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1β和CCL2)直接激活位于神經(jīng)末梢和細胞體上的G蛋白偶聯(lián)受體、離子受體和酪氨酸激酶受體引起外周感受器的激活或致敏[7-11]。致敏現(xiàn)象由多種離子通道的激活引起，包括瞬時受體電位離子通道(即TRPA1、TRPV1和TRPV4)，鈉通道(即Nav1.7、Nav1.8和Nav1.9)和機械敏感電離子通道[12-16]。外周炎癥在引起外周致敏的同時還會導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)過度活躍。當外周傷害感受器持續(xù)激活時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)的產(chǎn)生和釋放持續(xù)增加，比如谷氨酸、神經(jīng)肽、P物質(zhì)、降鈣素基因相關(guān)肽以及神經(jīng)營養(yǎng)因子等，這些物質(zhì)都參與神經(jīng)炎癥。持續(xù)的傷害性輸入反過來會導(dǎo)致中樞敏化的發(fā)展，表現(xiàn)為大腦和脊髓神經(jīng)元的過度活躍和過度興奮。

神經(jīng)膠質(zhì)細胞的極化狀態(tài)影響神經(jīng)病理性疼痛。研究發(fā)現(xiàn)，利用選擇性坐骨神經(jīng)損傷手術(shù)(Service Node Interface，SNI)造成幼年大鼠神經(jīng)損傷后，脊髓背角的小膠質(zhì)細胞以抗炎(M2)表型為主，且沒有發(fā)現(xiàn)明顯的痛覺敏感現(xiàn)象[17]。當發(fā)育到青春期時，脊髓背角的小膠質(zhì)細胞以促炎(M1)表型為主，并伴有痛覺敏感現(xiàn)象。由此推論，膠質(zhì)細胞的極化狀態(tài)可以影響痛覺敏感現(xiàn)象。此外，星形膠質(zhì)細胞中也有類似的現(xiàn)象。實驗顯示，脊神經(jīng)結(jié)扎大鼠模型中，不僅觀察到了痛覺敏感現(xiàn)象，而且脊髓背角的星形膠質(zhì)細胞數(shù)目增加，同時促炎(A1)表型的比例也明顯增高。因此推論，A1 型星形膠質(zhì)細胞可能參與了神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生發(fā)展。其他實驗顯示腫瘤壞死因子-α激活脊髓星形膠質(zhì)細胞，通過JNK-MAPK途徑產(chǎn)生趨化因子CCL2，趨化因子CCL2通過趨化因子受體CCR2激活中樞神經(jīng)元，最終導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛[18-20]。

3 膠質(zhì)細胞中的Notch信號通路與神經(jīng)病理性疼痛的關(guān)系

3.1 Notch信號通路和神經(jīng)膠質(zhì)細胞最近的實驗表明， Notch信號通路對維持神經(jīng)細胞正常的增殖和分化起決定性作用。完全敲除Pen2(γ分泌酶的重要亞基之一)，會出現(xiàn)明顯的胚胎致死現(xiàn)象。若只在成年小鼠端腦條件敲除Pen2，Notch信號通路的下游基因(比如Hes1，Hey1)的表達量下降，隨后產(chǎn)生年齡依賴性皮質(zhì)萎縮和神經(jīng)元丟失，同時大腦中出現(xiàn)了小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞增生以及炎癥反應(yīng)的明顯增強[21]。而在神經(jīng)干細胞條件性敲除Pen2，在胚胎期13.5天，實驗組與對照組小鼠相比頂端組細胞數(shù)量明顯下降而基底祖細胞的數(shù)量增加[22]。這些現(xiàn)象說明Notch信號通路不僅在維持神經(jīng)干細胞池的穩(wěn)定和決定細胞命運方面起決定作用，而且對于神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化乃至神經(jīng)炎癥具有一定的調(diào)節(jié)功能。此外Notch信號通路可以調(diào)節(jié)膠質(zhì)細胞的極化狀態(tài)。在體外實驗顯示，脂多糖可以促進膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇?；小膠質(zhì)細胞用DAPT(一種γ-分泌酶抑制劑)阻斷Notch通路后，再給脂多糖刺激則小膠質(zhì)細胞向M1轉(zhuǎn)化的能力明顯下降，炎癥因子的釋放量也明顯的下降[23]。其他的研究顯示，脊髓損傷后脊髓組織的A1表型星形膠質(zhì)細胞大量活化，同時伴隨著神經(jīng)組織的破壞，在應(yīng)用DAPT阻滯Notch-STAT3途徑， A1表型星形膠質(zhì)細胞的活化明顯下降，同時神經(jīng)組織的破壞也得到了控制[24]。綜上所述， Notch信號通路對于膠質(zhì)細胞極化狀態(tài)的轉(zhuǎn)變起到調(diào)節(jié)器的作用。Notch信號通路的激活小膠質(zhì)細胞的A1/M1表型的表達，若是阻斷Notch信號通路則細胞更傾向A2/M2表型。已經(jīng)有大量的實驗證明神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥是控制神經(jīng)病理性疼痛的重要因素，因此我們認為Notch信號通路通過膠質(zhì)細胞影響神經(jīng)病理性疼痛的形成[7, 25-26]。

3.2Notch信號通路和神經(jīng)病理性疼痛最近的實驗表明Notch信號通路可能與神經(jīng)病理性疼痛存在聯(lián)系。Notch-3基因敲除小鼠的脊髓中成熟的抑制性中間神經(jīng)元數(shù)量減少，同時脊髓第一至第二層中未成熟的興奮性神經(jīng)元數(shù)量增加;感覺傳導(dǎo)通路中神經(jīng)元比例的失調(diào)導(dǎo)致小鼠表現(xiàn)為傷害性閾值永久性降低，類似于慢性疼痛，而神經(jīng)系統(tǒng)的其他方面都表現(xiàn)正常[27]，因此推測Notch-3表達減少可能與神經(jīng)病理性疼痛存在一定的聯(lián)系。糖尿病神經(jīng)病變大鼠模型脊髓腰膨大處Notch-1的表達量和活性均增強，在給與米諾環(huán)素(小膠質(zhì)細胞抑制劑)后觀察到Notch-1的表達量和活性均下降，同時神經(jīng)病理性疼痛行為也得到緩解[28]。在上述實驗中均發(fā)現(xiàn)神經(jīng)損傷后Notch信號通路的表達和活性明顯增加。因此，接下來的研究中，實驗人員嘗試通過抑制Notch信號通路的表達和活性，來觀察神經(jīng)病理性疼痛的行為學(xué)變化。

在SNI大鼠模型中，背根神經(jīng)節(jié)、坐骨神經(jīng)和脊髓中NICD過度表達，然而鞘內(nèi)給予 DAPT可有效緩解SNI模型造成的神經(jīng)病理性疼痛[29]。在另一項實驗中，神經(jīng)損傷后也檢測到了Notch信號通路的表達和活性明顯增加；但若在神經(jīng)損傷前鞘內(nèi)給予 DAPT，則后續(xù)發(fā)生的機械疼痛敏感現(xiàn)象明顯減少。此外，實驗人員還發(fā)現(xiàn)鞘內(nèi)給予 Jagged-1可有效治療神經(jīng)損傷后的慢性疼痛[30]。上述實驗表明，Notch信號通路可能在介導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛中發(fā)揮至關(guān)重要的作用；Notch信號通路的阻斷，可以部分預(yù)防或逆轉(zhuǎn)神經(jīng)病理性疼痛。然而對于Notch信號通路通過何種機制影響神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生和發(fā)展我們?nèi)圆磺宄?/p>

在最近幾項關(guān)于Notch信號通路和神經(jīng)病理性疼痛關(guān)系的實驗中，我們不僅觀察到Notch信號通路的激活和表達量增加，同時也觀察到膠質(zhì)細胞的激活和炎癥因子的釋放。紫杉醇誘導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛模型中，觀察到Notch-1受體和JAK2/STAT3信號通路分子(p-JAK2/p-STAT3)以及促炎因子(IL-6)的表達量增加，在給予普瑞巴林或拉可沙胺后觀察到上述分子表達量均下降，同時神經(jīng)病理性疼痛也得到了緩解[31]。因此得出結(jié)論，紫杉醇通過激活Notch-1受體和JAK2/STA T3信號通路誘導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。在另一項利用長春新堿誘導(dǎo)大鼠化療疼痛的試驗中發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞的CX3CR1信號同路的活化。采取鞘內(nèi)注射DAPT抑制Notch信號通路后，部分逆轉(zhuǎn)了大鼠的機械痛、冷熱痛覺敏感，同時Notch信號通路(NICD、Hes1等)活性下降，且小膠質(zhì)細胞CX3CR1信號通路相關(guān)蛋白和炎癥因子表達量均下降[19, 32]。這提示小膠質(zhì)細胞的CX3CR1信號通路活化可能受到Notch信號通路活化的影響。由此推論，可以通過抑制Notch信號通路的活性來抑制小膠質(zhì)細胞的活化。在關(guān)于大鼠慢性前列腺疼痛實驗中，觀察到L5-S2脊髓后角小膠質(zhì)細胞的活化和Notch3的表達增強，同時伴隨著小膠質(zhì)細胞炎癥因子TNF-α和IL-1β分泌量增加。然而分別在鞘內(nèi)注射米諾環(huán)素(小膠質(zhì)細胞抑制劑)和N-乙酰半胱氨酸(Notch-3受體抑制劑)后，腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-1β分泌量均明顯下降。因此，該研究揭示了在慢性前列腺炎疼痛中，Notch-3受體可以介導(dǎo)L5-S2脊髓后角小膠質(zhì)細胞活化和相關(guān)炎癥介質(zhì)的釋放。上述實驗的結(jié)果表明神經(jīng)病理性疼痛中小膠質(zhì)細胞的活化和炎癥介質(zhì)的釋放可能來源于上游Notch信號通路的激活，我們可以通過抑制Notch信號通路的激活，進一步控制膠質(zhì)細胞活化和神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，Notch信號通路在神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生和發(fā)展中起到了重要的作用。盡管阻斷Notch通路可以緩解神經(jīng)病理性疼痛引起的痛覺敏感現(xiàn)象和神經(jīng)炎癥反應(yīng)，但是我們對于其具體的機制卻不甚了解。我們推測Notch信號通路通過控制膠質(zhì)細胞的活化以及極化狀態(tài)的轉(zhuǎn)化來影響神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生和發(fā)展。因此，未來可以通過探尋如何利用Notch信號通路對膠質(zhì)細胞活化和極化的影響來尋找緩解神經(jīng)病理性疼痛的新途徑。