神经病理性疼痛分子生物学研究进展-综述

神经病理性疼痛分子生物学研究进展中国医学科学院中国协和医科大学北京协和医院麻醉科100730刘国凯罗爱伦黄宇光神经病理性疼痛(NeuropathicPain)是与多种周围神经障碍相关联的一组共同表现的症状,包括与糖尿病、甲状腺功能低下、尿毒症、营养缺乏和化疗药物（长春新碱、顺铂等）相关的神经障碍；也包括：格-巴二氏综合征、带状疱疹后神经痛、进行性神经病性肌萎缩病、复合性局部疼痛综合征Ⅰ型和缺血性神经病变等(GregoryT,2001)。国际疼痛研究会（IASP,1994）将这种由于外周或中枢神经系统的直接损伤功能紊乱引起的疼痛称为神经病理性疼痛。神经病理性疼痛是医学领域的挑战性研究课题，目前发病机制不清,尚缺乏有效的治疗措施。近年来，对外周神经损伤所致的神经病理性疼痛的分子、细胞机制，特别是在初级感觉神经原和脊髓水平的研究积累了比较丰富的资料，为进一步探索此类痛症提供了基础。而从分子生物学的角度探讨神经病理性疼痛机制是最近几年发展起来的，为神经病理性疼痛的机制和治疗带来了新思路。下面就神经病理性疼痛的动物模型、分子机制、治疗等方面进行论述。1.神经病理性疼痛动物模型对神经病理性疼痛发病机制的研究大多来源于动物模型；尽管模型还存在不少缺陷，但是它为理解和探索人类神经病理性疼痛的发病机制提供了有用的工具。动物模型的缺点是动物无法语言交流，对动物的疼痛测量多基于主观行为反应，比如测量痛敏和异常痛敏的阈值。最常见的动物模型包括坐骨神经慢性压迫模型（CCI）（BennetGJ,1988）、坐骨神经部分损伤模型（PNL）（SeltzerZ,1990;Malmber,A.B.,1998）、脊神经选择结扎模型（SNL）（KimSH,1992）、坐骨神经轴索切断模型（Wall,P.D.，1979）、背跟节慢性压迫模型（CCD）（HuSH,1998；SongXJ,1999）和坐骨神经分支选择损伤模型（DecosterdandWoolfCJ,2000）等。通过测量神经损伤侧肢体脚爪皮肤的感觉阈值，即通过测量对热照射、机械刺激引起的痛敏（hyperalgesia）和冷、触异常痛敏(allodynia)来确定模型是否成功建立。另外还有通过注射细胞毒药物比如四氧嘧啶和链脲霉素（STZ）建立的糖尿病神经病理性疼痛模型，常用的方法是采用静脉或腹膜注射STZ。在糖尿病大鼠模型上观察到疼痛症状比如异常痛敏和机械、温度痛敏（RashidM,2002）。还有其他几种动物模型，比如化疗药物引起的细胞毒性神经病变，通过静脉注射长春新碱模拟出了这种疼痛模型（AleyKO,1996）；小鼠感染单纯带状疱疹病毒，开发出了急性疱疹和带状疱疹后神经痛模型（TakasakiI.,2000）。上述多种神经损伤模型在许多方面不相同，提示其发病机制也不相同。这些模型的多样性发生机制可能反映了临床不同神经病理性痛的表现多样性，通过对各自模型机制的深入探讨，可能会有助于提出针对临床各种神经病理性痛的有效治疗方案和策略。2.神经病理性疼痛的分子机制外周神经损伤引起的神经病理性疼痛，表现为痛觉过敏、异常痛敏、感觉缺失和自发性疼痛。其中中枢和外周敏化在神经病理性疼痛的产生和维持中发挥重要作用(MillanMJ,1999)；中枢机制包括脊髓背角神经原的兴奋性升高、抑制性中间神经原的去抑制作用和神经损伤后Aβ纤维长入背角浅层等；外周机制包括异位放电、脊髓背跟神经节（DRG）交感神经的分布增加和损伤后的传入纤维表现型的改变，外周敏化与DRG神经元的转录水平改变密切相关。神经病理性疼痛表现出复杂各异的感觉异常，主要与神经系统损伤的类型以及个体差异有关。对所有类型的神经病理性疼痛试图采用一种机制来解释显然是行不通的。患周围神经系统疾病时，多种病理生理过程可产生和维持疼痛症状。从概念上讲没有一种机制是疾病特异性的，每种疾病可能存在与之相关的几种典型机制；多种机制可能共同表现于神经病理性疼痛的一种类型中，或者一种机制可能在不同类型的神经病理性疼痛中发挥作用。这样对每一位病人疼痛的解释可能需要假设一种或者多种机制同时起作用。另外由于疼痛系统处于动态变化中，因此神经病理性疼痛的症状和临床表现也是随时间变化的。外周神经损伤不仅引起损伤部位的功能和生化的改变，而且损伤神经的其他部位比如脊髓和大脑神经元也会发生病理改变。因此在神经病理性疼痛的产生和维持中，多种外周和中枢机制发挥着作用（BridgesD,2001）。2.1外周机制外周神经损伤引起神经功能、生化和形态学特性的变化；外周神经损伤后常见的病理生理变化包括自发放电（LiuX,1999;SunQ，2004）、离子通道表达的改变（DickensonAH,2002）、初级传入末梢的间接出芽（DevorM,1979）、交感神经长入背跟神经节（McLachlanEM.,1993;ZhangJM,2004）以及前炎症介质对伤害性感受器的敏化（MichaelisM.,1998）。离子通道表达的改变可能是受损伤神经纤维兴奋性增高和放电的重要原因（MatznerO,1994；ChungJM，2004）；神经损伤后DRG神经原肽类表达的改变对神经病理性疼痛的产生和维持也发挥重要的作用（HokfeltT,2000）；外周机制的阐明为未来新药的开发提供了靶点，这样可以避免目前治疗药物引起的中枢副作用。2.1.1异位放电多数学者支持这样的假说：疼痛产生于受损伤的神经轴突和临近的背根神经节传播来的异位冲动(FieldsHL,1999)；这种异位冲动的产生与初级传入神经纤维神经元兴奋性升高，以及他们在脊髓形成的突触接触增加有关；新的电压敏感钠通道亚单位在这些部位表达，这些钠通道在产生异位冲动方面起重要作用；电压敏感钠通道亚单位可能和细胞外基质分子相互作用，从而影响轴突生长和髓鞘形成；通过mRNA对通道亚单位进行差异调节来影响钠通道功能，有助于改变损伤神经原的兴奋性(MichaelC,2002)；有研究表明外周神经损伤后神经元细胞膜钠通道的密度增加是产生疼痛异位放电的重要原因（MatznerO,1994;HokfeltT,2000）；另有研究显示SNL模型大鼠的DRG神经原Na1.3和Nax表达上调，并且Na1.3和Nax在异位放电和疼痛的产生中起重要作用(ChungJM，2004)。有研究表明起源于异位的异常传入放电是感觉异常、感觉迟钝和慢性神经病理性疼痛的重要原因(.IchikawaK,2001)。有研究显示神经元维持重复放电能力依赖于细胞膜的内在共振特性，并发现神经损伤后这种共振特性增加。对切除的大鼠DRG神经原进行电信号记录，结果显示一些神经细胞在膜电位附近有域下振荡，振荡的振幅、频率和相干性呈现电压敏感性；当这种振荡达到域值即可引起动作电位。研究表明这种振荡对维持静息膜电位和去极化的峰电位是必要的。不存在这种振荡现象，即使重度去极化神经元也不能维持放电。神经的损伤增加了域下振荡神经元数目的比例，因此产生异位峰值放电的神经元比例增加；这些发现提供了更多的证据：钠电导有助于维持这种振荡性电活动(.IchikawaK,2001)。有趣的是也有遗传因素的影响存在，显示不同种系大鼠对相同类型的神经损伤表现出不同的反应。2.1.2离子通道表达的改变大量电压门控钠离子通道在初级传入神经原上表达，这些通道对神经元细胞膜动作电位的产生和维持非常重要。电压门控Na+离子通道(Voltage-gatedor-dependentsodiumchannels,VGSC/VDSC)由α亚单位和一个或几个β辅助亚单位构成（Goldin,2000）。目前已经克隆出9个VGSC的α亚单位(统一命名为NaV1.1-1.9)和3个β亚单位(β1-3),此外还有一个胶质细胞源性VGSC亚单位,命名为Nax(Novakovic,2001)。β亚单位调节通道的开放和膜上通道的表达水平（Vijayaragavan,2001）。DRG神经元上至少存在6种钠通道亚单位：Nav1.1、Nav1.6、Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9和Nax；根据钠通道对TTX的敏感性分为两类：TTX-S（TTX敏感）和TTX-R（TTX不敏感）钠通道（WaxmanSG,1999）。TTX-S的钠通道有Nav1.1、Nav1.6、Nav1.7，主要表达在有髓鞘A纤维上；而Nav1.8、Nav1.9主要存在于无髓鞘C纤维上（WaxmanSG,1999）。有研究显示外周神经损伤后TTX-R钠通道下调（Dib-HajjS,1996），但是最近的研究发现受损伤神经纤维钠通道的重新分布对神经病理性疼痛的产生发挥重要作用（GoldMS,2003..）；通过反义技术剔除掉Nav1.8基因可以阻止外周神经损伤后的痛敏和异常痛敏（PorrecaF.A,1996;.），预示VGSC有助于DRG神经元高度兴奋性的产生(LaiJ,2004)。另外有研究显示外周神经损伤后TTX-S钠通道α3亚单位或Nav1.3重新表达（WaxmanSG.,1994;AbeM,2002），这种钠通道失活后恢复更快，有利于受损伤DRG神经原在相对较低阈值下重复兴奋，产生异位和自发放电。因此钠通道是未来神经病理性疼痛新药开发的重要靶点之一。中枢和外周神经系统神经元上分布有高阈值电压依赖性(Voltage-gatedor-dependentcalciumchannels,CGCC/VDCC)Ca2+离子通道，分为L-、N-、P/N和R-型；VDCCCa2+通道由α1亚单位和至少两个辅助亚单位β和α2/δ构成（Cataldi,1999）。VDCC的α1亚单位的异同决定了各种VDCC亚型功能、通道特性和分布；钙通道也是神经元上的重要调控分子。临床上加巴喷丁用于治疗神经病理性疼痛的机制可能是作用于电压敏感的钙通道发挥作用的(BayerK,2004)。外周神经损伤后钙通道表达的改变在神经病理性疼痛形成中起重要作用；缺乏N型电压敏感性钙通道的小鼠，神经病理性疼痛的症状受到抑制（SaegusaH,2001）。在神经病理性疼痛大鼠模型中，向神经损伤部位注射N型钙通道阻滞剂，可以缓解热痛敏的程度（XiaoWH,1995）；有研究显示外周神经损伤后脊髓背角α2/δ明显上调，鞘内给予α2/δ反义寡核苷酸可以明显减轻异常痛敏（LiCY，2004）。在其他通道中，超极化活化的环核苷调控的pacemaker通道在神经病理性疼痛的产生和维持中也发挥重要作用（ChaplanSR,2003）。电压门控阳离子vanilloid受体（VR1也叫TRPV1）是外周神经末梢的伤害性受体；VR1受体选择性表达于无髓鞘伤害性C纤维上，可以被辣椒素、热刺激和酸性环境活化（CaterinaMJ,2001）。有报道显示神经病理性疼痛动物的未损伤初级传入神经原上有VR1表达，并且与神经病理性疼痛的形成密切相关（HudsonLJ,2001）；也有报道PSN小鼠的有髓鞘A纤维初级传入神经原上有VR1表达（RashidMH,2003）。VR1可被热、酸化条件和内源性辣椒素激动剂anandamide活化，预示此受体在神经病理性疼痛的形成中发挥重要作用（DiMarzoV,2002），未来VR1受体可能成为新的药物作用靶点（ValenzanoKJ,2004）2.1.3P2X的作用多种伤害性刺激均可引起细胞内释放ATP，ATP激活P2X受体，引起疼痛。大量研究提示P2X受体参与神经病理性痛。外周神经损伤可以调节P2X受体的表达，其变化程度取决于损伤的类型。被ATP活化的P2X3通道在伤害性神经元上有表达（ChenCC,1995），组织损伤ATP的释放是神经病理性疼痛发病机制中的重要因素之一。有研究发现坐骨神经切断后L4－5DRG的P2X3受体水平下调(KageK,2002)，而坐骨神经结扎后DRG的P2X3免疫阳性神经元减少，结扎侧脊髓背角P2X3免疫阳性神经元增多(BradburyFJ,1998)。有研究显示外周神经损伤后脊髓小胶质细胞P2X4表达水平上调，预示外周神经损伤后P2X4活化对异常痛敏的产生是必要的（Inouek，2004）；神经