基于TRPA1離子通道探討中藥干預(yù)腰椎間盤突出癥的分子機(jī)制

楊云云，藺海生，楊超強(qiáng)，齊 鑫

甘肅中醫(yī)藥大學(xué)研究生院（蘭州 730030）

瞬時(shí)受體電位A1（transient receptor potential A1, TRPA1）于1999 年被發(fā)現(xiàn)于肺成纖維細(xì)胞中，首次被命名為跨膜結(jié)構(gòu)蛋白1，其基因位于人類染色體8q13，由29 個(gè)外顯因子組成[1]。與瞬時(shí)受體電位（transient receptor potential, TRP）其他家族成員相似，TRPA1 是一種同源或異源四聚體非選擇性陽離子通道，尤其對(duì)Ca2+具有更好的滲透性[2]。TRPA1 離子通道的激活可通過介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)電位變化，而異常電位變化可將刺激性痛覺感受從外周上傳至中樞或介導(dǎo)相關(guān)神經(jīng)肽的釋放，產(chǎn)生炎癥介質(zhì)，增強(qiáng)離子通道的放電效應(yīng)，從而產(chǎn)生疼痛[3]。

腰椎間盤突出癥（lumbar disc herniation,LDH）是由于纖維環(huán)破裂、髓核突出，使臨近神經(jīng)根受到刺激，從而產(chǎn)生腰、腿疼痛及下肢麻木等臨床表現(xiàn)[4]。據(jù)報(bào)道，成年人LDH 患病率為2%～3%，35 歲以上的男性發(fā)病率約4.8%、女性約2.5%，部位以L4-L5、L5-S1 最常見，約占95%[5-6]。LDH 發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)，其病程長(zhǎng)、復(fù)發(fā)率高，難以獲得根治性治療效果，嚴(yán)重影響患者的工作能力和生活質(zhì)量[7]。疼痛是LDH 發(fā)病過程中最主要且頑固的癥狀，慢性疼痛則是其癥狀復(fù)雜變化的過程，LDH 仍是世界性診療難題之一[8]。本文通過TRPA1 離子通道探討中藥干預(yù)LDH 的分子機(jī)制，為臨床診療尋求新思路及方法。

1 TRPA1概況

TRPA1 作為一種傷害性化學(xué)感受器，廣泛存在于初級(jí)感覺神經(jīng)元亞群中（如背根神經(jīng)、迷走神經(jīng)、三叉神經(jīng)及結(jié)狀神經(jīng)節(jié)），其主要表達(dá)于無髓的C 纖維和有髓的Aδ 纖維中，有時(shí)也在大的有髓纖維中表達(dá)，并將神經(jīng)沖動(dòng)上傳于中樞進(jìn)行整合[9-11]。TRPA1 在外周神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)中均存在，但主要定位于前者神經(jīng)元上[12]。TRPA1 面對(duì)一定程度的低溫、機(jī)械、化學(xué)、炎癥介質(zhì)等刺激時(shí)被激活，導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞膜去極化和細(xì)胞內(nèi)Ca2+的濃度增加，進(jìn)而調(diào)節(jié)相關(guān)通道激活和脫敏以及多種信號(hào)通路，將多種有害刺激轉(zhuǎn)化為電信號(hào)向上傳導(dǎo)至中樞并將興奮轉(zhuǎn)至全身，最終形成疼痛等感受[9]。

2 炎性介質(zhì)與TRPA1在LDH中的作用

近年來，研究發(fā)現(xiàn)LDH 是一種與衰老相關(guān)的慢性炎癥性疾病，其特點(diǎn)是組織細(xì)胞密度降低、炎性反應(yīng)增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)和力學(xué)的改變等，從而影響載荷分配，引發(fā)疼痛等癥狀。

TRPA1 作為TRP 家族與感覺生理學(xué)有關(guān)的唯一成員，能夠被自身免疫炎癥、化學(xué)炎癥介導(dǎo)因子所激活，產(chǎn)生痛覺超敏或過敏現(xiàn)象，在疼痛的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。而由于神經(jīng)根的束膜不發(fā)達(dá)，TRPA1 易被炎性刺激而激活神經(jīng)根上的傷害感受器，引發(fā)神經(jīng)元的電生理改變，導(dǎo)致致痛、致敏[13]。緩激肽是傷害性離子通道的主要炎癥調(diào)節(jié)劑，通過磷酯酶（PLC）和蛋白激酶A（PKA）的方式敏化TRPA1 離子通道，引發(fā)疼痛和增加神經(jīng)元對(duì)持續(xù)刺激的敏感性[14]。前列腺素是另一種與炎癥有關(guān)的炎癥介質(zhì)，通過延長(zhǎng)致痛因子的敏感性提高神經(jīng)末梢的痛覺，且其相對(duì)于等量的緩激肽、組胺的致炎作用約高10 倍[15]。LDH 患者術(shù)中切除的椎間盤中存在白介素-1（interleukin-1, IL-1）、腫瘤壞死因子-α（tumour necrosis factor-α, TNF-α）等炎癥因子，且在自體髓核移植無壓迫LDH 大鼠中發(fā)現(xiàn)，IL-1、TNF-α 等炎癥因子濃度水平呈升高趨勢(shì)[16]。研究發(fā)現(xiàn)，因髓核的突出壓迫刺激神經(jīng)根后，TNF-α、IL-1 等促炎因子大量釋放，并進(jìn)一步促進(jìn)炎癥細(xì)胞的聚集、激活，長(zhǎng)期的炎癥刺激導(dǎo)致纖維環(huán)、髓核細(xì)胞的破壞，增強(qiáng)破骨細(xì)胞表達(dá)，誘導(dǎo)椎間盤細(xì)胞的凋亡等[17-18]。

TRPA1 在參與椎間盤退變中可被炎癥介質(zhì)所介導(dǎo)而誘發(fā)慢性疼痛[19]。炎癥因子在免疫細(xì)胞浸潤下激活膠質(zhì)細(xì)胞而產(chǎn)生，不僅直接作用于傷害性觸發(fā)器，而且通過調(diào)節(jié)其他潛在的傷害分子激活或增敏神經(jīng)元上相關(guān)受體，使傷害性感受器興奮，產(chǎn)生動(dòng)作電位加重炎性反應(yīng)，促進(jìn)疼痛的發(fā)生及疾病的發(fā)展[20]。IL-1、TNF-α 等多由巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、纖維環(huán)細(xì)胞、髓核細(xì)胞等分泌，具有分解代謝、促炎、影響細(xì)胞衰老、自噬、軟骨細(xì)胞增殖相關(guān)基因的表達(dá)，通過調(diào)節(jié)傷害性離子通道，增強(qiáng)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)速度刺激背根神經(jīng)節(jié)，產(chǎn)生有害代謝并進(jìn)一步促進(jìn)炎癥的產(chǎn)生，引發(fā)痛覺過敏[21-23]。而突出的髓核引發(fā)自身免疫系統(tǒng)的激活，使機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答，分泌IL-1、TNF-α 等炎癥因子，導(dǎo)致突出的髓核組織周圍出現(xiàn)炎性浸潤，并啟動(dòng)相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，通過興奮初級(jí)傷害性感受器產(chǎn)生動(dòng)作電位，從而引發(fā)疼痛的發(fā)生發(fā)展[24]。虞思聰?shù)劝l(fā)現(xiàn)，LDH 大鼠體內(nèi)炎癥因子水平明顯升高，通過藥物抑制治療后，炎癥因子水平上調(diào)及痛覺過敏受到抑制[25]。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)小鼠足底注TNF-α，引發(fā)TRPA1介導(dǎo)的機(jī)械性痛敏，而通過應(yīng)用TRPA1 拮抗劑HC-030031 可減少機(jī)械痛敏[26]。因此，TRPA1 整合了傷害性刺激并調(diào)節(jié)對(duì)疼痛、炎性的反應(yīng)。

3 中藥干預(yù)TRPA1離子通道抑制疼痛的可能機(jī)制

TRPA1 離子通道與機(jī)體生理活動(dòng)密切相關(guān)，當(dāng)其異常開放時(shí)，機(jī)體則出現(xiàn)發(fā)炎、疼痛等不適，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)藥物抑制后，上述不適癥狀可明顯緩解或消失，故尋找TRPA1 離子通道相關(guān)拮抗劑成為近年來藥物研發(fā)的熱點(diǎn)。TRPA1 拮抗劑為一些復(fù)雜成分的無機(jī)或有機(jī)化合物，如慶大霉素、樟腦、釕紅、薄荷醇等，且對(duì)其他離子通道有抑制作用[27]。而中藥單體、中藥復(fù)方在疼痛治療中有著重要作用，其有效活性成分能夠顯著抑制多種炎癥介質(zhì)，從而緩解炎癥性疼痛，而TRPA1 離子通道能夠被炎癥介質(zhì)刺激所激活，因此中藥對(duì)TRPA1 離子通道開放具有一定的抑制可行性。

中藥具有多種有效活性成分，具有抗炎、止痛等功效。嗎啡是中藥罌粟提取的堿性物質(zhì)，主要作用于阿片受體，通過阻滯Ca2+通道，抑制腺苷酸環(huán)化酶的信號(hào)傳導(dǎo)，減少神經(jīng)遞質(zhì)的釋放水平，起到鎮(zhèn)痛作用[28]。姜黃素為中藥姜黃活性提取物，具有抗炎止痛等作用，研究發(fā)現(xiàn)，其能提高大鼠坐骨神經(jīng)損傷后機(jī)械痛域值，且與濃度呈正相關(guān)性[29]。沒藥具有很好的抗炎作用，能夠降低前列腺水平及福爾馬林所致的炎癥反應(yīng)[30-31]。人參中的人參皂苷能夠減輕P 物質(zhì)引發(fā)的疼痛，而糖蛋白為人參另一種活性成分，通過抑制前列腺素等炎癥相關(guān)介質(zhì)起到止痛作用[32]。黃芩素是一種脂氧合酶抑制劑，通過抑制炎癥介質(zhì)IL-6、TNF-α 的表達(dá)及p-p38、p-JNK、MAPK 信號(hào)通路的激活，發(fā)揮減輕痛敏反應(yīng)及機(jī)械性異常疼痛的作用[33]。

中藥復(fù)方同樣具有抗炎、止痛的功效。研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)活寄生湯可通過抑制炎癥介質(zhì)前列腺素E2、TNF-α、IL-6 水平表達(dá)，起到很好的抗炎鎮(zhèn)痛效果[34]。烏頭湯記載于《金匱要略》，具有散寒、止痛、祛濕的功效，王丹華等研究發(fā)現(xiàn)其能通過調(diào)節(jié)背根神經(jīng)中TRPA1 的表達(dá)，提高機(jī)體痛域值水平[35]。麻黃附子細(xì)辛湯方出自《傷寒論》，馬韜等研究發(fā)現(xiàn)該方具有多種有效活性成分，能對(duì)IL-1α、TNF-α 等釋放起到抑制作用[36]。當(dāng)歸拈痛湯具有清熱利濕、祛風(fēng)止痛的功效，多應(yīng)用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)痛的治療，通過抑制TNF-α、IL-1β 等的表達(dá)水平發(fā)揮抗炎、止痛作用[37]。附子理中湯、防己黃芪湯等中藥復(fù)方具有顯著的抗炎、止痛療效，且機(jī)制多與抑制相關(guān)炎癥因子表達(dá)，提高機(jī)體痛域值有關(guān)。

TRPA1 離子通道作為初級(jí)傷害性化學(xué)感受器，在有害刺激下被激活，誘發(fā)異常動(dòng)作電位，造成機(jī)體痛域值降低，將疼痛信號(hào)異常增大并上傳至中樞神經(jīng)系統(tǒng)形成疼痛感受。目前，一些中藥單體或中藥復(fù)方的活性成分可通過調(diào)節(jié)相關(guān)炎癥介質(zhì)、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路，減少組織中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，抑制TRPA1 通道的磷酸化或其他修飾，進(jìn)而降低其對(duì)有害刺激的敏感性，直接或間接地調(diào)節(jié)該通道在神經(jīng)末梢的表達(dá)，促使神經(jīng)元的興奮性降低，從而改善疼痛癥狀或其他感覺異常。因此，基于TRPA1 相關(guān)特性，運(yùn)用相關(guān)拮抗劑，通過早期干預(yù)TRPA1 離子通道，不僅能緩解LDH 患者的疼痛癥狀，還能遏制慢性疼痛的發(fā)生發(fā)展及患者認(rèn)知、情緒等改變。

4 小結(jié)

LDH 導(dǎo)致的疼痛嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量，可以基于TRPA1 離子通道的化學(xué)特性，抑制炎癥表達(dá)，降低痛覺過敏，控制疼痛發(fā)生發(fā)展以達(dá)到治療目的。目前，TRPA1 痛敏機(jī)制多為臨床前研究，臨床中的研究相對(duì)較少。大量臨床前研究顯示，TRPA1 與疼痛的發(fā)生發(fā)展存在一定關(guān)聯(lián)性，以炎癥介質(zhì)為誘因，以TRPA1 為治療靶點(diǎn)，運(yùn)用相關(guān)拮抗劑達(dá)到抗炎、止痛療效，為L(zhǎng)DH 的治療開辟新的路徑。臨床中非甾體抗炎藥在抗炎、止痛方面雖有一定治療效果，但其副作用較大，且無法控制機(jī)體病理狀態(tài)下的痛敏現(xiàn)象，而中藥具有高效低毒的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，且其有效活性成分能對(duì)疼痛介導(dǎo)相關(guān)炎癥因子發(fā)揮抑制作用，控制炎癥的發(fā)生發(fā)展，提高機(jī)體的疼痛閾值，起到抗炎鎮(zhèn)痛作用。目前，中藥止痛還存在中藥成分復(fù)雜、起效慢及機(jī)體相關(guān)致敏通路領(lǐng)域（如TRPA1、TRPV1）研究不足等問題。因此，今后需要加大中藥在致敏TRPA1 離子通道等相關(guān)領(lǐng)域的研究及中藥拮抗劑的研發(fā)運(yùn)用，通過對(duì)單味中藥和中藥復(fù)方進(jìn)行藥物篩選，利用細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)評(píng)估其對(duì)TRPA1 離子通道的影響，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)輔助預(yù)測(cè)和篩選中藥化合物與該通道的相互作用機(jī)制，后期通過臨床研究評(píng)估其臨床療效及安全性。針對(duì)中藥的優(yōu)勢(shì)，TRPA1 拮抗劑值得深入探究，進(jìn)一步為L(zhǎng)DH 等疼痛相關(guān)疾病的治療提供更多治療思路及新的治療方法。