脂質(zhì)運載蛋白2在慢性疼痛中的作用研究進展

王　芬(綜述)，李偉彥(審校)

(南京軍區(qū)南京總醫(yī)院麻醉科，南京 210002)

脂質(zhì)運載蛋白2在慢性疼痛中的作用研究進展

王芬△(綜述)，李偉彥※(審校)

(南京軍區(qū)南京總醫(yī)院麻醉科，南京 210002)

摘要：慢性疼痛機制復雜、治療困難，嚴重影響人類的身心健康，目前臨床應用的一些鎮(zhèn)痛藥物由于其作用靶點不明確，因而對疼痛治療效果并不十分明顯。尋找治療疼痛的有效靶點成為該領域的研究重點。近年來有多項研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)運載蛋白2(LCN2)通過多種方式在膠質(zhì)細胞活化和慢性疼痛中發(fā)揮重要作用，它可能成為治療慢性疼痛機制研究的新方向，并成為治療的新靶點。該文對LCN2相關的基礎研究進展作一綜述。

關鍵詞：慢性疼痛；脂質(zhì)運載蛋白2；小膠質(zhì)細胞；星形膠質(zhì)細胞

疼痛是組織損傷或潛在組織損傷引起的不愉快的軀體感覺和情感體驗。慢性疼痛指持續(xù)1個月以上的疼痛，包括痛覺過敏和痛覺超敏，其機制仍不是很明確。疼痛是特殊傷害性感受通路中神經(jīng)元激活導致的不愉快的感覺，但是神經(jīng)元并不是疼痛產(chǎn)生和維持的唯一作用者,慢性疼痛不僅與中樞神經(jīng)可塑性有關，還與炎性細胞及膠質(zhì)細胞活化有關[1]。慢性疼痛中，神經(jīng)元-脊髓小膠質(zhì)細胞間的信號分子可以激活小膠質(zhì)細胞，而激活的小膠質(zhì)細胞可以釋放多種與慢性疼痛相關的活性物質(zhì)[2]。研究證實[3],脂質(zhì)運載蛋白2(lipocalin-2，LCN2)可能是一種炎癥介導啟動因子，其通過激活炎性細胞、膠質(zhì)細胞等參與慢性疼痛的產(chǎn)生及維持?，F(xiàn)就LCN2在體外培養(yǎng)的神經(jīng)膠質(zhì)細胞及動物慢性疼痛模型中的作用進行綜述。

1LCN2

1.1LCN2的結構特征及分布LCN2，又稱中性粒細胞明膠酶相關脂質(zhì)運載蛋白或24p3，在中性粒細胞顆粒中首先被發(fā)現(xiàn)[4]，LCN2是一種分泌型糖蛋白，由178個氨基酸殘基組成，其相對分子質(zhì)量為25 000，該蛋白與大鼠α2微球蛋白及小鼠24p3蛋白有60%以上的同源性，在人類其同源蛋白為中性粒細胞明膠酶相關脂質(zhì)運載蛋白。LCN2的分布廣泛， Liu和Nilsen-Hamilton[5]用RNA雜交法探索了小鼠LCN2的分布，注射松節(jié)油后，小鼠肝臟、腦、子宮中均有表達。在人體很多組織液有中性粒細胞明膠酶相關脂質(zhì)運載蛋白表達，如唾液腺、胃、闌尾、結腸、子宮、前列腺、乳腺、肺等。

1.2LCN2的作用LCN2在多種細胞過程中起重要作用，如調(diào)節(jié)細胞死亡/生存、遷移/侵襲、分化等。LCN2還參與肥胖和胰島素抵抗，并能保護機體免受細菌感染，LCN2是損傷、感染或其他炎癥刺激的一種急性期蛋白[6]。文獻報道了LCN2在周圍組織中的作用，在胃腸道損傷中，LCN2通過促進細胞遷移而促進黏膜再生[7]。LCN2能保護機體免受腎臟損傷[8]，但在LCN2基因敲除小鼠的在體實驗中發(fā)現(xiàn)，LCN2沒有腎臟保護作用[9]。另外，LCN2與多種惡性腫瘤相關，如皮膚癌、甲狀腺癌、乳腺癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、結腸癌、肺癌、肝癌、膽管癌、食管癌、胃癌和胰腺癌等[10]。總之，LCN2不僅在外周組織中發(fā)揮作用，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中也起重要作用。文獻報道，LCN2蛋白由中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞和星型膠質(zhì)細胞分泌，并能以自分泌方式促進形態(tài)學改變和細胞遷移[11-12]；在中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥時，LCN2能誘導趨化因子產(chǎn)生[13]；LCN2還與抑郁、焦慮及認知功能障礙等情緒反應有關[14-15]。

1.3LCN2的受體最近發(fā)現(xiàn)了LCN2的兩種受體：①Megalin，是低密度脂蛋白受體家族成員之一，可以結合人型LCN2并介導細胞攝取功能[16]；②24p3R，又稱腦型有機陽離子轉運體，是LCN2的細胞表面受體[17]。24p3R表達很廣泛，既可以表達于脊髓神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞，也可以表達于星形膠質(zhì)細胞。

2LCN2與膠質(zhì)細胞

2.1LCN2與小膠質(zhì)細胞研究發(fā)現(xiàn)[10]，小膠質(zhì)細胞受炎癥刺激后LCN2表達增加，分泌的LCN2蛋白又反饋作用于小膠質(zhì)細胞，導致其形態(tài)和功能改變。LCN2使小膠質(zhì)細胞變?yōu)榉种?，且導致其對凋亡信號的敏感性增加，這可能是體內(nèi)小膠質(zhì)細胞凋亡的基礎。其他研究也顯示[18]，小膠質(zhì)細胞的形態(tài)學變化與易凋亡小膠質(zhì)細胞的表型變化密切相關。LCN2穩(wěn)定表達以及注射重組LCN2蛋白都增加了小膠質(zhì)細胞對一氧化氮誘導的凋亡的敏感性，但是用短發(fā)夾RNA沉默LCN2表達則可減少細胞凋亡。

激活的巨噬細胞分為兩類：經(jīng)典激活的(M1)或選擇性激活的(M2)巨噬細胞，也有學者提出[12]，M1/M2表型去極化存在于小膠質(zhì)細胞中。研究顯示，分泌性蛋白LCN2可以促進小膠質(zhì)細胞的M1極化[11]。LCN2敲除小鼠的體外培養(yǎng)小膠質(zhì)細胞則M1反應受抑制，M2反應增強。在脂多糖誘導的小鼠神經(jīng)炎癥模型中，小膠質(zhì)細胞中的LCN2表達明顯增加。

在坐骨神經(jīng)分支選擇性結扎模型中，與野生型小鼠相比，LCN2基因敲除小鼠脊髓背角和腹角中的離子鈣接頭蛋白抗體1和磷酸化p38絲裂原活化蛋白激酶表達明顯減少，也說明LCN2可以促進小膠質(zhì)細胞活化[19]。

2.2LCN2與星形膠質(zhì)細胞星形膠質(zhì)細胞是腦中含量最豐富的膠質(zhì)細胞，為神經(jīng)元提供營養(yǎng)和代謝支持，并調(diào)節(jié)突觸活性。腦損傷后，星膠細胞增殖肥大且中間絲蛋白表達增加，這個過程統(tǒng)稱為反應性星形膠質(zhì)細胞增生。研究發(fā)現(xiàn)[10]，體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細胞受炎癥刺激后LCN2表達增加，而加強LCN2表達或用LCN2蛋白處理星形膠質(zhì)細胞能促進其對細胞毒性刺激的反應，鐵和BIM(Bcl-2-interacting mediator of cell death)蛋白參與了細胞毒性敏化過程。LCN2蛋白還可以通過Rho-Rho激酶-膠質(zhì)纖維酸性蛋白通路誘導膠質(zhì)纖維酸性蛋白上調(diào)、細胞遷移和表型改變。在體實驗研究發(fā)現(xiàn)[11]，向斑馬魚注射LCN2 RNA強化LCN2基因的表達，能增加表達膠質(zhì)纖維酸性蛋白的放射狀膠質(zhì)細胞的數(shù)量和厚度，表明體內(nèi)膠質(zhì)細胞表達LCN2的重要作用?？傊丛谘装Y狀態(tài)，LCN2以自分泌方式作用，導致星型膠質(zhì)細胞形態(tài)改變，而這些形態(tài)改變可能是體內(nèi)反應性星型膠質(zhì)細胞增生的基礎。

Lee等[13]用體外培養(yǎng)神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞、星型膠質(zhì)細胞和微血管內(nèi)皮細胞，發(fā)現(xiàn)LCN2可能誘導中樞神經(jīng)系統(tǒng)多種細胞釋放趨化因子。在小鼠神經(jīng)炎癥模型或小鼠皮質(zhì)損傷模型中，星型膠質(zhì)細胞分泌的LCN2可以通過Janus 激酶2/信號轉導與轉錄活化蛋白3和核因子κB通路上調(diào)神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的趨化因子10(chemokine ligand 10,CXCL10)表達(但是LCN2誘導CXCL10并不通過細胞蛋白酪氨酸激酶1/信號轉導子與轉錄激活子1通路)，而CXCL10可以促進細胞遷移。在LCN2基因敲除小鼠的神經(jīng)炎癥或皮質(zhì)損傷模型中，CXCL10表達也減少，星型膠質(zhì)細胞遷移減少。綜上所述，大腦炎癥或損傷后，LCN2-CXCL10軸在細胞遷移和星形膠質(zhì)細胞反應中起重要作用。

另外，Bi等[20]用表達人Tar DNA結合蛋白43或者肉瘤融合蛋白的神經(jīng)元的轉基因大鼠進行研究發(fā)現(xiàn)，反應性星型膠質(zhì)細胞分泌LCN2，進而促進神經(jīng)元死亡。

3LCN2與慢性疼痛

3.1LCN2與慢性炎癥性疼痛Ip等[21]通過向小鼠腹腔單次或雙次交替注射純化E.coli脂多糖建立全身內(nèi)毒素血癥模型，然后檢測小鼠大腦中LCN2 mRNA和LCN2蛋白的表達和分布，結果顯示正常大腦中LCN2 mRNA和LCN2蛋白表達極少，脂多糖注射后大腦中LCN2 mRNA和LCN2蛋白表達均增加；而24p3R在正常大腦和脂多糖注射后的大腦中表達均很高；研究還發(fā)現(xiàn)，LCN2 mRNA主要來自小膠質(zhì)細胞、內(nèi)皮細胞及脈絡叢細胞，而不是神經(jīng)元，而24p3R主要存在于神經(jīng)元和脈絡叢。

Jha等[22]研究了慢性炎癥性疼痛中LCN2的作用，在后爪注射完全弗氏佐劑導致的慢性炎性痛模型中，同側后爪LCN2表達明顯增加，在完全弗氏佐劑注射后12 h達高峰，隨后逐漸下降，且LCN2及其受體24p3R主要表達于浸潤的中性粒細胞和巨噬細胞。與野生型小鼠比，LCN2基因敲除小鼠完全弗氏佐劑誘導的熱痛敏和機械觸誘發(fā)痛明顯下降，而且其后爪中性粒細胞浸潤，髓過氧化物酶活性，腫瘤壞死因子α、白細胞介素1β和巨噬細胞炎性蛋白 2表達及脊髓小膠質(zhì)細胞活化明顯下降。野生型小鼠足跖注射重組LCN2蛋白導致熱痛敏和機械痛敏，伴隨局部中性粒細胞和巨噬細胞浸潤及脊髓背角小膠質(zhì)細胞活化?？傊装Y部位的LCN2在慢性炎性痛動物模型的中樞敏化和疼痛行為中起重要作用。

Jha等[23]進一步研究了福爾馬林誘導的病理性痛，發(fā)現(xiàn)急性期蛋白LCN2還與福爾馬林誘導的傷害性感受及病理性疼痛有關。研究結果顯示，在LCN2基因敲除小鼠，福爾馬林誘導的傷害性行為(舔/咬)以及脊髓小膠質(zhì)細胞激活，在福爾馬林實驗的第2期或后期明顯下降。而且，通過鞘內(nèi)注射LCN2中和抗體能減弱小鼠周圍神經(jīng)損傷的機械痛覺過敏?？傊琇CN2可能成為預防和逆轉病理性疼痛的新靶點。

3.2LCN2與神經(jīng)病理性疼痛越來越多的證據(jù)表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細胞活化，如星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞活化，在神經(jīng)病理性痛的發(fā)病中起重要作用。脊髓小膠質(zhì)細胞激活導致脊髓背角釋放多種促炎介質(zhì)，如細胞因子、趨化因子、前列腺素和一氧化氮，這些介質(zhì)能提高神經(jīng)元興奮性，并促進感覺傳入神經(jīng)元釋放疼痛相關神經(jīng)遞質(zhì)，進而導致疼痛強化和中樞敏化[24]。

Jeon等[19]通過用LCN2基因敲除小鼠，鞘內(nèi)注射重組小鼠LCN2蛋白，體外培養(yǎng)神經(jīng)元和神經(jīng)病理性痛模型，證實了LCN2-趨化因子軸參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)展。小鼠坐骨神經(jīng)分支選擇性結扎模型建立后，脊髓背角LCN2 mRNA表達明顯增加，LCN2蛋白主要表達于脊髓背角和腹角的神經(jīng)元；24p3R主要表達于脊髓神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞。LCN2基因敲除小鼠的機械痛敏明顯減少，而鞘內(nèi)注射重組LCN2蛋白能引起機械痛敏。坐骨神經(jīng)分支選擇性結扎模型中，與野生型小鼠比，LCN2基因敲除小鼠脊髓小膠質(zhì)細胞激活和趨化因子(CCL2和CXCL1)產(chǎn)生明顯減少，而重組LCN2蛋白可誘導這些趨化因子在體外神經(jīng)元中表達。此外，坐骨神經(jīng)分支選擇性結扎術后坐骨神經(jīng)的中性粒細胞和巨噬細胞中檢測到LCN2及其受體的表達，說明外周LCN2對神經(jīng)病理性痛也起作用?？傊琇CN2蛋白在外周神經(jīng)損傷致痛敏的發(fā)展中起重要作用，且LCN2是通過誘導小膠質(zhì)細胞激活和趨化因子表達介導神經(jīng)病理性疼痛。

4展望

慢性疼痛時一種生物、心理、社會共同作用引起的以疼痛為主要表現(xiàn)的臨床綜合征，仍然嚴重影響人類健康和生活質(zhì)量。膠質(zhì)細胞活化參與慢性疼痛的發(fā)生維持。研究顯示[19]，LCN2可以通過激活膠質(zhì)細胞參與病理性痛的發(fā)生、發(fā)展，而LCN2基因敲除小鼠或LCN2中和抗體能減輕膠質(zhì)細胞活化及病理性疼痛，但LCN2-膠質(zhì)細胞相互作用導致疼痛的具體分子機制及能否針對LCN2靶點來治療慢性疼痛仍需進一步研究，以探索慢性疼痛機制并尋找更加有效、合理的疼痛治療方案。

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Research Advances in the Role of Lipocalin-2 in Chronic PainWANGFen,LIWei-yan.(DepartmentofAnesthesiology,NanjingGeneralHospitalofNanjingMilitaryCommand,Nanjing210002,China)

Abstract:The mechanism of chronic pain is very complex and the treatment is difficult,which affects patient′s physical and psychological health seriously.The effect of analgesics is not good because targets of analgesics used in clinical are uncertain.Therefore,current research of pain is primarily focused on searching for effective therapeutic targets of pain.Many recent studies showed that lipocalin-2(LCN2) plays a critical role in the activation of glia cells and chronic pain,which may become a new way to explore the mechanisms of chronic pain and a potential target for the treatment of chronic pain.Here is to make a review of the progress of the basic research of LCN2.

Key words:Chronic pain; Lipocalin-2; Microglia; Astrocyte

收稿日期：2014-11-10修回日期：2015-02-07編輯：伊姍

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.018

中圖分類號:R74；R3

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)17-3120-03