神經病理性疼痛的小膠質細胞機制

摘 要:小膠質細胞是中樞神經系統內重要的免疫細胞，起遞呈抗原、吞噬病原體、分泌多種細胞因子和神經修復的作用。神經損傷后，小膠質細胞會被激活，可釋放大量的細胞因子、炎性介質，激活補體，引起神經炎癥和神經免疫反應，導致各種神經功能紊亂，引起痛覺過敏和異常痛敏。本文從小膠質細胞的激活、以及激活途徑的關鍵分子TLR4來探討神經病理性疼痛的發病機制。

關鍵詞:小膠質細胞 神經病理性疼痛 TLR4

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

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

1 小膠質細胞

小膠質細胞廣泛分布于大腦和脊髓，約占膠質細胞總數的20%，被認為是常駐中樞系統內的“巨噬細胞”，被激活后可遞呈抗原和分泌細胞因子，構成中樞神經系統抵御病原體入侵的第一防線。正常情況下，小膠質細胞保持靜息狀態，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];當神經受損傷后，小膠質細胞產生多種變化，包括形態學、細胞數量、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，呈現強大的吞噬作用。

2 小膠質細胞表面的標志物

作為中樞系統內的重要免疫細胞，小膠質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，它們的平衡在誘導和調節小膠質細胞免疫功能上起到決定性作用，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育過程中被發現的一種跨膜蛋白，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結構，以及細胞內的Toll/IL-1受體(TIR)結構域。TLR與IL-1R家族、以及IL-1R相關信號接頭蛋白家族均有TIR結構域。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，可誘導參與炎癥反應的基因表達。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、外的微小差異即可導致對特異性微生物產物反應的明顯不同。來源于不同細菌的LPS可被不同的受體所識別，而產生各種細胞反應。已有研究證實，TLR4在小膠質細胞的激活和中樞免疫系統的啟動起始階段有關鍵作用[3]。

2.1.2 IFN-γR由NK細胞和CD4+細胞亞群Th1產生的IFN-γ其受體明顯而穩定的在靜息小膠質細胞上表達。腦內注射IFN-γ時，可誘導小膠質細胞MHCⅡ類分子的表達[4]。但這種誘導能力可被IL4、TGFβ及IL-IO等一些細胞因子抑制．神經生長因子及神經營養因子-3也能抑制小膠質細胞上IFN-γ誘導的MHCⅡ類分子的表達。

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

此外，小膠質細胞還可表達TNFRⅠ和TNFRⅡ，與TNF-α結合后現可激活包括NF-κB在內的許多轉錄因子來誘導免疫基因的轉錄。也可表達趨化細胞因子受體，能與多種趨化細胞因子結合，使它們募集到神經炎癥反應發生部位。同時還可表達主要組織相容性復合物MHC和CD11/CR3，可進行抗原識別和遞呈[6]。

2.2 細胞因子的分泌

在神經病理性疼痛中，小膠質細胞和星形膠質細胞已被定為中樞神經系統特異性炎癥中細胞因子的來源。小膠質細胞分泌的前炎癥細胞因子TNF-α，作為一種參與疼痛發生、發展的調節因子，同神經營養因子樣可以在神經軸突內逆行或順行運輸。[7]在CCI損傷20h后，應用外源性i125－TNF進行標記，TNF集中于外周神經損傷的近端，可能是自發性疼痛與痛覺超敏的潛在原因。

小膠質細胞可表達ICE(IL-1β轉化酶)，是CNS內源性IL-1的主要來源[8]。IL-1與痛覺傳遞有關，可誘導背根神經節神經元分泌P物質，促進腦和脊髓神經元產生環氧酶COX2，介導炎癥性痛覺過敏。IL-1還可誘導活化的小膠質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能誘導成年大鼠小膠質細胞表達TNF-α、磷脂酶A2和CD14等炎癥介質受體。這些受體的表達都與神經病理性疼痛的發生與發展有著密切的關系。有研究采用IL-1β和TNF抑制劑的混合劑治療神經病理性疼痛大鼠，發現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，小膠質細胞有產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，可知中樞神經系統小膠質細胞對軟組織的病原特異性免疫反應的起始和擴大以及外周免疫細胞群的補充起著關鍵的作用。

小膠質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，而是在神經損傷后出現的一系列反應。有實驗研究表明，切斷大鼠的坐骨神經后，電鏡下觀察會發現，相應脊髓節段的灰質內，小膠質細胞體積增大、細胞質豐富但未見有吞噬小體[10]。小膠質細胞數量增多，且多位于神經元的周圍，并且與神經元有密切的接觸。而在其它部位這些激活的小膠質細胞分布較均勻，沒有星形膠質細胞的肥大和增生。與中樞神經損傷的反應不同，說明小膠質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系統的直接損傷后功能紊亂引起的疼痛稱為神經病理性疼痛。包括自發性疼痛和誘發疼痛，后者又包括痛覺超敏和痛覺過敏。神經病理性疼痛是一種困擾世界范圍內很多人的疾病，它可能由于神經損傷造成，也可能因為某些疾病(糖尿病、AIDS等)影響周圍神經功能后引起的，還有可能是某些疾病的一種表現，如癌癥。不同的病因其發生機制也不同，有的引起中樞受損，有的會導致外周神經功能障礙。明確它的發病機理是一件亟待解決的問題。本文主要是通過小膠質細胞激活途徑探討外周神經損傷后疼痛形成的機制。

外周神經受損后出現炎癥反應，炎癥細胞釋放5-羥色胺、緩激肽、P物質、組胺和大量前列腺素，敏化軸突損傷的神經纖維，痛閾降低，并導致自發性疼痛。炎癥介質在神經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迅速產生，是炎癥性疼痛的重要促使因素。給予神經病理性疼痛動物環化酶抑制劑治療，可以緩解溫度和機械性痛敏。

由此可看出，外周神經損傷后疼痛的出現與這些炎性介質的生成有很大的關系，同時給予一些炎癥介質受體的抑制劑可緩解疼痛。小膠質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細胞激活，可以減輕疼痛的發生。向脊神經結扎大鼠鞘內注射甲基強的松龍，發現膠質細胞活性降低[11]，同時痛覺過敏及異常痛敏減弱。

神經病理性疼痛發病機制復雜，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，為理解其發病機制，重要的是如何從信號轉導通路中將他們串聯起來去解釋疼痛的發生，以便從不同的環節阻斷疼痛;同時可以想象切斷任何一個環節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病理性疼痛發病過程中的關鍵分子。從以上論述可以看出，小膠質細胞表面的某一受體有望成為研究神經病理性疼痛的新的靶點。

4 小膠質細胞的激活

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

有實驗報道[13]，通過橫斷TLR4基因敲除大鼠的L5脊神經后，體外會發現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，發現TLR4基因敲除大鼠IFN-γ、IL-1β、TNF-α含量顯著性下降。免疫組化法發現基因敲除大鼠小膠質細胞表面CD11/CR3表達有輕度的增加，而在未受傷大鼠有明顯的增加。這些結果說明TLR4在小膠質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，小膠質細胞表面的受體TLR4在外周神經損傷后造成的病理性疼痛中起著很重要的作用。調節許多炎性細胞因子的產生，會對疼痛的敏化造成一定的影響。還有實驗發現[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細胞表面的標志物GFAP會升高，而在起始階段沒有發現此現象。所以，神經病理性疼痛與小膠質細胞表面的受體TLR4的關系還需要進一步探討，找出相關聯的因素，為發現新的藥物靶點作準備。

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