神經(jīng)病理性疼痛的小膠質(zhì)細胞機制

摘 要:小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的免疫細胞，起遞呈抗原、吞噬病原體、分泌多種細胞因子和神經(jīng)修復(fù)的作用。神經(jīng)損傷后，小膠質(zhì)細胞會被激活，可釋放大量的細胞因子、炎性介質(zhì)，激活補體，引起神經(jīng)炎癥和神經(jīng)免疫反應(yīng)，導(dǎo)致各種神經(jīng)功能紊亂，引起痛覺過敏和異常痛敏。本文從小膠質(zhì)細胞的激活、以及激活途徑的關(guān)鍵分子TLR4來探討神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機制。

關(guān)鍵詞:小膠質(zhì)細胞 神經(jīng)病理性疼痛 TLR4

中圖分類號:R741文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0233-02

過去認為神經(jīng)病理性疼痛是由神經(jīng)元的功能改變引起的，包括異位放電、脊髓背跟神經(jīng)節(jié)交感神經(jīng)的分布增加和損傷后的傳入纖維表現(xiàn)型的改變，正常情況下不傳遞疼痛信號的神經(jīng)元基因發(fā)生改變，開始傳遞疼痛信號等。研究的熱點主要集中在周圍神經(jīng)、背根神經(jīng)節(jié)及中樞神經(jīng)元。最近，研究者發(fā)現(xiàn)神經(jīng)損傷后，小膠質(zhì)細胞的激活會啟動中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫反應(yīng)，對神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生與發(fā)展有一定的作用。

1 小膠質(zhì)細胞

小膠質(zhì)細胞廣泛分布于大腦和脊髓，約占膠質(zhì)細胞總數(shù)的20%，被認為是常駐中樞系統(tǒng)內(nèi)的“巨噬細胞”，被激活后可遞呈抗原和分泌細胞因子，構(gòu)成中樞神經(jīng)系統(tǒng)抵御病原體入侵的第一防線。正常情況下，小膠質(zhì)細胞保持靜息狀態(tài)，外形呈高度分枝狀，無活性，但可作為外界傷害性刺激的感受器[1];當(dāng)神經(jīng)受損傷后，小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生多種變化，包括形態(tài)學(xué)、細胞數(shù)量、表面受體以及生長因子和細胞因子的表達:分枝狀立即變成圓形，具備增殖和遷移能力，同時膜受體密度增高，呈現(xiàn)強大的吞噬作用。

2 小膠質(zhì)細胞表面的標(biāo)志物

作為中樞系統(tǒng)內(nèi)的重要免疫細胞，小膠質(zhì)細胞可表達多種膜受體包括前炎癥細胞因子受體和抗炎性細胞因子受體，它們的平衡在誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞免疫功能上起到?jīng)Q定性作用，通過分泌多種細胞因子來行使它在中樞的功能。

2.1 細胞因子受體的表達

2.1.1 TLR4的表達

TLR[2]最初是從果蠅胚胎發(fā)育過程中被發(fā)現(xiàn)的一種跨膜蛋白，哺乳類動物與果蠅的TLR具有高度的同源性。迄今已確認鼠有13種TLR，而人擁有10種TLR(TLR1～10)，所有TLR家族成員均屬膜蛋白。TLR的主要特征是細胞外富含亮氨酸的重復(fù)結(jié)構(gòu)，以及細胞內(nèi)的Toll/IL-1受體(TIR)結(jié)構(gòu)域。TLR與IL-1R家族、以及IL-1R相關(guān)信號接頭蛋白家族均有TIR結(jié)構(gòu)域。這三組受體接頭蛋白共同組成IL-1R/TLR超家族。已證實TLR4為LPS之受體，可誘導(dǎo)參與炎癥反應(yīng)的基因表達。此外，TLR4亦可識別脂磷壁酸、纖連蛋白和呼吸合胞體病毒融合蛋白等。TLR在細胞內(nèi)、外的微小差異即可導(dǎo)致對特異性微生物產(chǎn)物反應(yīng)的明顯不同。來源于不同細菌的LPS可被不同的受體所識別，而產(chǎn)生各種細胞反應(yīng)。已有研究證實，TLR4在小膠質(zhì)細胞的激活和中樞免疫系統(tǒng)的啟動起始階段有關(guān)鍵作用[3]。

2.1.2 IFN-γR由NK細胞和CD4+細胞亞群Th1產(chǎn)生的IFN-γ其受體明顯而穩(wěn)定的在靜息小膠質(zhì)細胞上表達。腦內(nèi)注射IFN-γ時，可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞MHCⅡ類分子的表達[4]。但這種誘導(dǎo)能力可被IL4、TGFβ及IL-IO等一些細胞因子抑制．神經(jīng)生長因子及神經(jīng)營養(yǎng)因子-3也能抑制小膠質(zhì)細胞上IFN-γ誘導(dǎo)的MHCⅡ類分子的表達。

2.1.3 IL-1R對大鼠而言，小膠質(zhì)細胞能表達IL-1R，可直接與IL-1作用于小膠質(zhì)細胞使其激活，而且大鼠小膠質(zhì)細胞釋放的IL-1能通過旁分泌反饋機制激活更多的小膠質(zhì)細胞;但在小鼠和人的小膠質(zhì)細胞上不表達IL-1R，在星形膠質(zhì)細胞上表達[5]。

此外，小膠質(zhì)細胞還可表達TNFRⅠ和TNFRⅡ，與TNF-α結(jié)合后現(xiàn)可激活包括NF-κB在內(nèi)的許多轉(zhuǎn)錄因子來誘導(dǎo)免疫基因的轉(zhuǎn)錄。也可表達趨化細胞因子受體，能與多種趨化細胞因子結(jié)合，使它們募集到神經(jīng)炎癥反應(yīng)發(fā)生部位。同時還可表達主要組織相容性復(fù)合物MHC和CD11/CR3，可進行抗原識別和遞呈[6]。

2.2 細胞因子的分泌

在神經(jīng)病理性疼痛中，小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞已被定為中樞神經(jīng)系統(tǒng)特異性炎癥中細胞因子的來源。小膠質(zhì)細胞分泌的前炎癥細胞因子TNF-α，作為一種參與疼痛發(fā)生、發(fā)展的調(diào)節(jié)因子，同神經(jīng)營養(yǎng)因子樣可以在神經(jīng)軸突內(nèi)逆行或順行運輸。[7]在CCI損傷20h后，應(yīng)用外源性i125－TNF進行標(biāo)記，TNF集中于外周神經(jīng)損傷的近端，可能是自發(fā)性疼痛與痛覺超敏的潛在原因。

小膠質(zhì)細胞可表達ICE(IL-1β轉(zhuǎn)化酶)，是CNS內(nèi)源性IL-1的主要來源[8]。IL-1與痛覺傳遞有關(guān)，可誘導(dǎo)背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元分泌P物質(zhì)，促進腦和脊髓神經(jīng)元產(chǎn)生環(huán)氧酶COX2，介導(dǎo)炎癥性痛覺過敏。IL-1還可誘導(dǎo)活化的小膠質(zhì)細胞通過表達許多細胞因子、趨化因子、前列腺素、活性氧自由基等參與機體病理生理活動。IL-1β能誘導(dǎo)成年大鼠小膠質(zhì)細胞表達TNF-α、磷脂酶A2和CD14等炎癥介質(zhì)受體。這些受體的表達都與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生與發(fā)展有著密切的關(guān)系。有研究采用IL-1β和TNF抑制劑的混合劑治療神經(jīng)病理性疼痛大鼠，發(fā)現(xiàn)可明顯緩解異常痛敏[9]。

2.3 趨化性細胞因子

不同炎癥的刺激下，小膠質(zhì)細胞有產(chǎn)生趨化性細胞因子的能力。因此通過評估暴露在感染條件下分泌趨化性細胞因子的能力，可知中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞對軟組織的病原特異性免疫反應(yīng)的起始和擴大以及外周免疫細胞群的補充起著關(guān)鍵的作用。

小膠質(zhì)細胞可表達不同的受體、分泌多種細胞因子，但并不是任何時刻如此，而是在神經(jīng)損傷后出現(xiàn)的一系列反應(yīng)。有實驗研究表明，切斷大鼠的坐骨神經(jīng)后，電鏡下觀察會發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)脊髓節(jié)段的灰質(zhì)內(nèi)，小膠質(zhì)細胞體積增大、細胞質(zhì)豐富但未見有吞噬小體[10]。小膠質(zhì)細胞數(shù)量增多，且多位于神經(jīng)元的周圍，并且與神經(jīng)元有密切的接觸。而在其它部位這些激活的小膠質(zhì)細胞分布較均勻，沒有星形膠質(zhì)細胞的肥大和增生。與中樞神經(jīng)損傷的反應(yīng)不同，說明小膠質(zhì)細胞在不同的損傷情況下被激活的機理及功能都不盡相同。

3 神經(jīng)病理性疼痛

國際疼痛研究會(IASP，1994)將這種由于外周或中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接損傷后功能紊亂引起的疼痛稱為神經(jīng)病理性疼痛。包括自發(fā)性疼痛和誘發(fā)疼痛，后者又包括痛覺超敏和痛覺過敏。神經(jīng)病理性疼痛是一種困擾世界范圍內(nèi)很多人的疾病，它可能由于神經(jīng)損傷造成，也可能因為某些疾病(糖尿病、AIDS等)影響周圍神經(jīng)功能后引起的，還有可能是某些疾病的一種表現(xiàn)，如癌癥。不同的病因其發(fā)生機制也不同，有的引起中樞受損，有的會導(dǎo)致外周神經(jīng)功能障礙。明確它的發(fā)病機理是一件亟待解決的問題。本文主要是通過小膠質(zhì)細胞激活途徑探討外周神經(jīng)損傷后疼痛形成的機制。

外周神經(jīng)受損后出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，炎癥細胞釋放5-羥色胺、緩激肽、P物質(zhì)、組胺和大量前列腺素，敏化軸突損傷的神經(jīng)纖維，痛閾降低，并導(dǎo)致自發(fā)性疼痛。炎癥介質(zhì)在神經(jīng)病理性疼痛的形成和維持中非常重要。組織損傷后前列腺素PGE2和PGI2迅速產(chǎn)生，是炎癥性疼痛的重要促使因素。給予神經(jīng)病理性疼痛動物環(huán)化酶抑制劑治療，可以緩解溫度和機械性痛敏。

由此可看出，外周神經(jīng)損傷后疼痛的出現(xiàn)與這些炎性介質(zhì)的生成有很大的關(guān)系，同時給予一些炎癥介質(zhì)受體的抑制劑可緩解疼痛。小膠質(zhì)細胞激活后可直接或間接的表達這些受體，所以可以想象抑制膠質(zhì)細胞激活，可以減輕疼痛的發(fā)生。向脊神經(jīng)結(jié)扎大鼠鞘內(nèi)注射甲基強的松龍，發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細胞活性降低[11]，同時痛覺過敏及異常痛敏減弱。

神經(jīng)病理性疼痛發(fā)病機制復(fù)雜，涉及外周和中樞多個層面，隨著對其分子機制研究的進一步加深，為理解其發(fā)病機制，重要的是如何從信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中將他們串聯(lián)起來去解釋疼痛的發(fā)生，以便從不同的環(huán)節(jié)阻斷疼痛;同時可以想象切斷任何一個環(huán)節(jié)都可能伴隨一定的毒副作用。因此目前最重要的是要找到神經(jīng)病理性疼痛發(fā)病過程中的關(guān)鍵分子。從以上論述可以看出，小膠質(zhì)細胞表面的某一受體有望成為研究神經(jīng)病理性疼痛的新的靶點。

4 小膠質(zhì)細胞的激活

研究者發(fā)現(xiàn)，[12]神經(jīng)損傷的疼痛因素會促進某些細胞因子產(chǎn)生，激活膠質(zhì)細胞;一方面大量的細胞因子可進一步促進膠質(zhì)細胞增生，另一方面活化的膠質(zhì)細胞又可產(chǎn)生更多的細胞因子，兩者相互作用，引起疼痛相關(guān)的活性物質(zhì)和疼痛介質(zhì)的釋放，引起持續(xù)性疼痛、痛覺過敏和異常痛敏，造成中樞敏化，引起神經(jīng)病理性疼痛。

有實驗報道[13]，通過橫斷TLR4基因敲除大鼠的L5脊神經(jīng)后，體外會發(fā)現(xiàn)大鼠對熱刺激和機械性刺激的敏感性較正常未受傷的對照組大鼠下降。通過實時定量RT-PCR檢測某些因子的mRNA表達情況，發(fā)現(xiàn)TLR4基因敲除大鼠IFN-γ、IL-1β、TNF-α含量顯著性下降。免疫組化法發(fā)現(xiàn)基因敲除大鼠小膠質(zhì)細胞表面CD11/CR3表達有輕度的增加，而在未受傷大鼠有明顯的增加。這些結(jié)果說明TLR4在小膠質(zhì)細胞的激活及其細胞因子的表達都有一定的影響。其具體的作用機制還有待于進一步研究。

總之，小膠質(zhì)細胞表面的受體TLR4在外周神經(jīng)損傷后造成的病理性疼痛中起著很重要的作用。調(diào)節(jié)許多炎性細胞因子的產(chǎn)生，會對疼痛的敏化造成一定的影響。還有實驗發(fā)現(xiàn)[14]，只是在損傷早期這些因子的表達會升高，在后期并不明顯。有報道說，損傷后期主要是星形膠質(zhì)細胞表面的標(biāo)志物GFAP會升高，而在起始階段沒有發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。所以，神經(jīng)病理性疼痛與小膠質(zhì)細胞表面的受體TLR4的關(guān)系還需要進一步探討，找出相關(guān)聯(lián)的因素，為發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點作準(zhǔn)備。

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