痛覺過敏的研究進展

呂興業

·綜述與講座·

痛覺過敏的研究進展

呂興業

過敏;疼痛

外周組織炎癥或神經損傷常常引起持續性自發痛(spontaneous pain)、痛覺過敏(hyperalgesia)和痛覺超敏(allodynia)等病理性疼痛。持續性自發痛是指在不受任何外來刺激下持續發生的疼痛，痛覺超敏是指非傷害性刺激即可引起的疼痛，痛覺過敏指傷害性刺激下在受損部位及周圍組織或遠處可產生各種敏感性增強的疼痛或痛覺過敏區域，引起的更加強烈的疼痛。這些病理性疼痛是外周和中樞敏感化的結果，其中脊髓敏感化起著十分重要的作用。痛覺過敏時機體對疼痛的感覺閾值降低，輕微刺激即可引起疼痛感覺的現象。興奮性氨基酸(excitatory amino acids，EAAs)的釋放及受體的激活所引起的細胞內信使，特別是蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、一氧化氮(nitric oxide，NO)等生成是此種外周損傷或傷害性刺激所引發的痛覺過敏現象的原因。

1 痛覺過敏及疼痛模型

1.1 敏化和痛覺過敏組織損傷可以導致傷害感受系統出現兩種反應，即外周敏化和中樞敏化。外周敏化是初級傳入纖維的變化引起的，表現為:對刺激反應閾值的下降、對閾上刺激反應增強、自主活動增強、感受野(刺激可誘發傳入神經纖維動作電位的區域)的擴大。傷害性刺激的輸入能提高中樞神經系統疼痛傳遞神經元的反應，稱為中樞敏化。例如，損傷區域以外的刺激也可誘發脊髓背角疼痛反應增加。外周敏化導致初級痛覺過敏，表現為對來自損傷區域的刺激產生夸大的疼痛反應。中樞敏化導致次級痛覺過敏，表現為損傷區域外的刺激也能產生增加的疼痛反應。許多研究表明:機械刺激(不是溫度刺激)產生的次級痛覺過敏(次級機械性痛覺過敏)發生在損傷后，它不是由未損傷區域的初級傳入纖維的敏化引起的。

2 興奮性氨基酸及其受體

2.1 興奮性氨基酸的種類 興奮性氨基酸指L-谷氨酸(glutamic acid，GLu)、L-天冬氨酸(aspartic acid，Asp)及其人工合成的類似物，如紅藻氨酸、N-甲基-D-天冬氨酸等，在中樞神經系統是興奮性神經遞質。谷氨酸和天冬氨酸是哺乳動物中樞神經系統中最重要的兩種內源性EAAs，其中Glu含量最高，尤其在大腦皮層。脊髓中Glu含量雖明顯低于腦內，但有特異性分布。免疫組織化學研究表明，接受傷害性信息傳入的的脊髓后角Ⅰ～Ⅲ板層內有大量的EAAs存在，位于脊髓后根神節中的初級傳入纖維胞體內均有EAAs的分布，背根內的EAAs濃度為腹根的12～19倍。EAAs通過相應的受體參與體內各種信號傳遞和調節神經元的興奮性，發揮多種作用，參與多種生理過程包括學習、記憶和傷害性感受等。谷氨酸不僅參與神經元的正常信息傳遞，還具神經毒性作用。EAA大量釋放致其受體的過度興奮會產生興奮性毒性而造成神經元的損傷和死亡及諸多傷害性反應。

2.2 興奮性氨基酸受體 興奮性氨基酸受體可分為離子型受體(ionotropic glutamate receptors，iGluRs)和代謝型受體(metabotropic glutamate receptors，mGluRs)。前者包括 N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-Methyl-D-Aspartate，NMDA)、使君子酸 (aamino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxa-zolep-propionate，AMPA)和紅藻氨酸(kainate，KA)型受體，AMPA受體和KA受體合稱為非NMDA受體。這三種受體都屬于配體或化學門控離子通道。

2.2.1 離子型受體:NMDA受體是離子型谷氨酸受體的一個亞型，分子結構復雜，藥理學性質獨特，不僅在神經系統發育過程中發揮重要的生理作用，如調節神經元的存活，調節神經元的樹突、軸突結構發育及參與突觸可塑性的形成等，而且對神經元回路的形成亦起著關鍵的作用，是學習和記憶過程中一類至關重要的受體。NMDA受體是由NR1和NR2亞單元組成的離子通道蛋白，前者有8種剪接變異體，后者又有8個亞單位。是電依賴性離子通道，對Ca2+高度通透。NMDA受體激活的一個重要作用是鈣離子內流進入突觸后膜，進而引發細胞內的一系列代謝變化而導致熱痛覺過敏。AMPA受體被激活后，可使鈉離子內流和鉀離子外流，對鈣離子通透性影響不大，這一變化與許多興奮性突觸中的快速去極化作用有關。

2.2.2 代謝型受體:代謝型受體(mGluRs)則是與G-蛋白耦聯，調節細胞內的第二信使，有8個亞型即mGluR1-8，根據其對激動劑的敏感性差異分為3組:mGluRⅠ包括 mGluR1和mGluR5主要通過激活細胞內磷酸脂酶C，從而使磷酸肌醇分解成三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-triphosphate，IP3)和二酰甘油(Diacylglycerol，DAG);mGluRⅡ(mGluR2 和 mGluR3)以及mGluRⅢ(mGluR4，mGluR6，mGluR7，mGluR8)兩者均抑制腺苷酸環化酶，而使cAMP合成減少。機械性痛覺過敏需要AMPA與代謝型受體的共同激活。

然而Guan等［1］研究表明，炎性痛覺過敏大鼠延髓吻段腹內側區的EAAs的神經傳遞是按時間依賴性增加的。EAAs受體激動劑超過一定劑量痛覺過敏反而下降。Fujita等［2］研究表明，在疏松結扎大鼠下牙槽神經的痛覺過敏模型上，三叉神經核尾側EAAs水平升高，牙齒觸痛敏感性增加。Schmidt等［3］研究表明，NMDA受體拮抗劑地卓西平馬來酸鹽(dizocilpine maleate，MK-801)可降低痛覺過敏，但可增加大鼠腦脊液里EAAs的含量，后者可被鳥嘌呤核苷所反轉。Yan等［4］研究表明，維持脊髓水平的EAAs和抑制性氨基酸(inhibitory amino acids，IAAs)的平衡是防止慢性持續性疼痛的一個新線索。Wong等［5］研究表明，抑制NMDA受體可抑制EAAs的興奮作用，降低鞘內注射百日咳毒素大鼠的嗎啡誘導的抗傷害作用。

3 PKC與傷害性信息的傳遞密切相關

PKC廣泛存在于組織細胞，為一單體蛋白多肽鏈，以無活性形式存在于細胞質。目前發現哺乳類動物至少有7種亞型，在腦及脊髓中以γ亞型最多。PKC具有同功酶及分布廣泛的特性，使不同的第一信使都可啟動該信號轉導途徑。因此，這條信號轉導途徑在各種生命活動中發揮廣泛而重要的作用。

大鼠足底注射佛氏佐劑可引起脊神經元PKC上調并促進傷害性反應。鞘內注射PKC抑制劑雙吲哚馬來酰胺(bisindoylmaleimideⅠ，BIM/GF109203X)，可減少足底注射福爾馬林引起的搔抓反應。慢性酒精飲食喂養大鼠引起的痛覺過敏可被鞘內注射PKC抑制劑所減弱。結扎坐骨神經引起熱痛覺過敏其PKC水平明顯增高。鞘內注射燈盞花素乙(chelerythrin，CH)、1-(5-異喹啉磺酰基)-2-甲基哌嗪［1-(5-isoquinolinesulfonyl)2-methylpiperazine dihydrochloride，H-7］等 PKC抑制劑可以減弱足底注射蜂毒引起的搔抓反應及對側熱痛覺過敏。PKC興奮劑對酞酸(terephthalic acid，TPA)、佛波醇脂(phorbol-12-myristate-13-acetate，PMA)可增強機械性痛覺過敏。鞘內應用神經節苷脂(monosialoganglioside，GM1)，一種PKC抑制劑，降低傷害性痛覺行為。以上事實表明，PKC參與了痛覺過敏的形成。

然而 Wu 等［6］研究表明，燈盞花素乙(chelerythrine，CH)可降低鞘內注射百日咳毒素大鼠的嗎啡誘導的抗傷害作用及興奮性氨基酸的水平。Oe等［7］研究表明，激動慢性疼痛或痛覺過敏大鼠脊髓里PKC可減弱該動物模型嗎啡誘導的獎賞效應(rewarding effect，亦稱“正強化效應”，指在反應后出現的能夠增強那一反應的效應)。Sweitzer等［8］研究表明，PKCε、γ(PKC亞型)在嗎啡誘導的抗傷害作用大鼠脊髓里有明顯的調節作用，類似疼痛病人停用嗎啡后表現出對刺激敏感性增強或夸大痛覺反應的現象。Lee等［9］研究表明，選擇性地阻斷神經末梢代謝性谷氨酸受體 5(metabotropic glutamate receptor 5，mGluR5)、PKCε、γ受體，可以為慢性肌肉疼痛如顳頜關節紊亂癥(disorders of temporomandibular joint)的治療提供新思路。Chiu等［10］研究表明，大鼠脊髓在NMDA調控下由可卡因和安非他明調節轉錄肽(cocaine and amphetamine regulated transcript peptide，CARTp)產生的傷害性反應增強是通過PKC和蛋白激酶A(protein kinase，PKA)信號通道完成的。

4 NO調控著熱痛覺過敏

NO在神經組織中是一種新型的生物信使分子。近來研究表明，NO在熱痛覺過敏中起著關鍵性的作用。在福爾馬林足底注射、外周結扎坐骨神經法所致疼痛模型上，經腹腔注射、側腦室或口服給小鼠NOS抑制劑NG-硝基-左旋精氨酸甲酯(NG-nitro-L-arginine-methlester，L-NAME)，均表現出明顯而持久的抗傷害作用。

此外，NOC-18鞘內注射后，可明顯地縮短結扎坐骨神經后痛覺過敏產生的時間，此種對熱痛覺過敏發展的加速效應可被血紅蛋白(hemoglobin，Hb)完全抑制，但美蘭對這種加速無影響。這一結果提示NO也可通過一氧化氮-環磷酸鳥苷(nitric oxide-cyclic guanosine monophosphate，NO-cGMP)以外的通路來發揮效應。

Chacur等［11］研究表明，在選擇切斷大鼠坐骨神經的疼痛模型上，傷害性刺激導致的脊髓內神經元型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase，nNOS)增加可使NO在病變的神經末梢內增多。Chen等［12］研究表明，在弗氏佐劑所致熱痛覺過敏的大鼠上，NOS升高使細胞因子如α-腫瘤壞死子(tumor necrosis factor-alpha，α-TNF)表達上調。Hervera 等［13］研究表明，末梢應用NO供體NOC-18可能會在阿片受體(delta-opioid receptor，DOR)激動劑引起的大鼠慢性疼痛中起到局部抗傷害作用。這為局部抗炎性疼痛治療提供了可能性。Kolesnikov［14］等研究表明，在甲醛致痛的大鼠的脊髓內，nNOS的亞型(nNOS-2)作用相反，能減輕痛覺。這說明nNOS的復雜性，可能與nNOS 的剪接變異體(splice variants)有關。Garrido-Suárez［15］等研究表明，在角叉菜膠致炎性痛的大鼠模型上，電刺激所致痛覺過敏可以被左旋精氨酸環鳥苷酸通路(L-arginine-NOS-NO-cGMP pathway)所拮抗。

5 EAAs及其受體與PKC、NO之間相互影響

在致痛覺過敏因素的作用下，NMDA或其它EAA受體被激活，表達上調，引起鈣離子內流，使細胞內鈣離子濃度升高。細胞內鈣升高可激活NOS，使其表達增多，活性增高，進而使NO的生成增多。NO作為細胞內信使通過cGMP等途徑進一步引起一系列變化而導致痛覺過敏。同時NO生成也可影響NMDA等EAA受體的功能。在培養的大鼠腦神經元中，NO可調節NMDA受體，激活并引發細胞內鈣離子濃度的增加。

至于PKC與NOS之間，PKC激動劑佛波醇脂(phorbol-12-myristate-13-acetate，PMA)和抑制劑燈盞花素乙(chelerythrine，CH)分別能促進或抑制 NOS的生成。Hwi-Seok等［16］研究表明，NOS抑制劑L-NAME、NO敏感的鳥苷酸環化酶抑制劑1H-［1，2，4］噁二唑［4，3-a］喹喔啉-1-酮(1H-［1，2，4］Oxadiazolo［4，3-a］quinoxalin-1-one，ODQ)和 PKC 抑制劑 GF109203X 明顯降低福爾馬林所致的炎性疼痛。

EAA的釋放和隨之EAA受體的激活以及與之相對應的細胞內變化，在痛覺過敏的形成中發揮了重要作用。熱痛覺過敏的形成主要是NMDA受體的激活和隨之PKC、NO.cGMP級聯反應的形成;機械性痛覺過敏的形成主要是AMPA與代謝性受體激活和隨之的磷脂酶A2(phospholipase A2，PLA2)和環氧合酶(cyclooxygenase，COX)的激活。NMDA、PKC與NO之間相互作用，共同調控著痛覺過敏。

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R 441.1

A

1002－7386(2011)15－2344－04

10.3969/j.issn.1002 －7386.2011.15.066

067000 河北省承德市，承德護理職業學院生理教研室

1.2 痛覺過敏的類型 皮膚或周圍組織損傷可引起各種感覺敏感性增強的疼痛稱痛覺過敏。初級痛覺過敏產生于受損部位，二級痛覺過敏產生于鄰近未受損部位的組織、皮膚或遠距離及深部組織。通過進一步研究痛覺過敏的產生機理表明，初級痛覺過敏主要是由于外周受損部位神經末梢傷害性感受器不斷受到刺激產生的，而二級痛覺過敏為神經中樞尤其脊髓神經元興奮性發生改變所致。根據測試方法及組織對不同刺激的感受，痛覺過敏分為熱痛覺過敏和機械性痛覺過敏。前者指皮膚損傷后產生持續性疼痛和痛覺過敏，原發性痛覺過敏發生在組織損傷部位，表現為熱刺激的反應增強;后者指繼發性痛覺過敏發生在損傷周圍的正常組織，表現為對機械刺激的反應增強，如輕觸刺激誘發疼痛。在實驗室里對熱刺激痛覺過敏觀測，熱板法是研究動物對傷害性刺激反應的常用方法，但不太適用于神經損傷后的動物。目前較常用的是Hargreaves發明的熱輻射刺激的方法。采用一定功率之輻射熱，從下向上照射動物之腳底，測試其回縮潛伏期(熱刺激回縮潛伏期)，或采用后腳浸泡方法測試一定溫度下后腳回縮潛伏期。也有采用不同溫度的熱探頭刺激以觀測后腳回縮閾值。對機械性痛覺過敏的觀測，一般可應用軟毛刷或鉛筆頭輕觸動物的皮毛以測試動物對輕觸覺刺激的反應。目前較常用的方法是應用系列的Von Frey針絲壓迫皮膚以產生不同程度的壓力(幾毫克至幾百克)。

1.3 動物疼痛模型 包括機械刺激致痛模型(小腸擴張模型，輸尿管結石痛模型)、溫度變化致痛模型(熱輻射刺激法，甩尾發)、化學因素致痛模型(扭體實驗，甲醛致痛模型，角叉菜膠炎癥模型，大鼠上切牙牙髓炎疼痛模型，大鼠輸尿管膀胱炎癥疼痛模型)、中樞病理性疼痛模型、周圍神經損傷模型(慢性縮窄性損傷，坐骨神經部分損傷，脊神經選擇結扎，坐骨神經分支選擇損傷)、癌痛模型(大鼠脛骨骨癌疼痛模型，小鼠骨癌疼痛模型)等。

2011－05－21)