脊髓膠質細胞參與糖尿病神經病理性疼痛的研究進展*

郭艷嬌,劉培雯,牛　娟,劉曉紅 綜述,曾俊偉 審校

(遵義醫學院生理學教研室/貴州省麻醉與器官功能保護重點實驗室，貴州遵義 563000)

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脊髓膠質細胞參與糖尿病神經病理性疼痛的研究進展*

郭艷嬌,劉培雯,牛娟,劉曉紅 綜述,曾俊偉△審校

(遵義醫學院生理學教研室/貴州省麻醉與器官功能保護重點實驗室，貴州遵義 563000)

[關鍵詞]糖尿病神經病理性疼痛；脊髓背角；膠質細胞

糖尿病是由于胰島素分泌缺陷和(或)胰島素作用障礙所致的以高血糖為特征的代謝性疾病。30%～50% 的糖尿病患者會出現糖尿病神經病理性疼痛(diabetic neuropathic pain,DNP)，表現為自發痛、痛覺過敏和異常性疼痛，這對患者的身心健康造成了很大危害[1]。以往研究認為，由于持續高血糖、長期代謝紊亂、神經營養不足、外周炎癥因子以及氧化應激造成的外周Aδ神經纖維和C類神經纖維損傷是患者發生DNP的重要原因。脊髓背角含有豐富的神經遞質、神經肽及其受體，是脊髓中神經結構和化學組成最復雜的區域，也是各種感覺的初級整合中樞[2-3]。近年研究表明，存在于脊髓的膠質細胞也參與了DNP的發生與維持。本文就目前這方面的進展綜述如下。

1脊髓星形膠質細胞參與DNP

星形膠質細胞不僅為神經元提供結構、代謝和功能上的支持，也可以通過參與突觸形成、釋放神經活性物質調節神經元突觸傳遞效能。以往的基礎與臨床研究表明，在病理性痛刺激狀態下，星形膠質細胞激活后產生并釋放大量神經活性物質和前炎性細胞因子，作用于突觸前終末，增強初級傳入神經末梢傷害性神經遞質的釋放及痛信息的傳遞；作用于突觸后背角痛覺傳遞神經元，增強其敏感性和反應性，使神經元興奮性增高，促進脊髓水平的痛覺過敏。

自發的糖尿病動物模型有db/db小鼠、ob/ob小鼠、KKAy小鼠、肥胖Zuckerfa/fa大鼠、GK大鼠以及NSY小鼠等。其中，db/db小鼠是Leptin受體基因缺陷導致的先天性2型糖尿病(T2DM)小鼠，具有高血糖、高血脂、胰島素抵抗等特性，其發病進程與人T2DM很相似，故常用來研究DNP的發生機制[4]。在db/db T2DM小鼠出生6周后出現機械痛敏，在8周后即可形成持久的機械痛敏；與此相對應，db/db小鼠出生后6周脊髓背角星形膠質細胞中膠質纖維酸性蛋白(GFAP)表達上調，在第8周GFAP表達上調達頂峰。鞘內注射特異性的星形膠質細胞活性抑制劑l-α-氨基已二酸(LAA)可以有效緩解db/db小鼠的機械痛敏行為，這表明，背角星形膠質細胞參與了db/db小鼠DPN的發病環節。進一步實驗觀察到，給予活性氧清除劑α-苯基-N-叔丁基甲亞胺-N-氧化物(PBN)可明顯抑制db/db小鼠脊髓背角星形膠質細胞GFAP表達上調，并減輕其痛敏癥狀，這提示氧化應激可能是誘發背角星形膠質細胞活化的重要因素[5]。在db/db小鼠，伴隨背角星形膠質細胞活化，白細胞介素-1β(IL-1β)表達和NR1(NMDA受體亞單位)磷酸化在第6周同步增強，在第8周達頂峰；其中，IL-1β高選擇性表達于背角星形膠質細胞，在神經元和小膠質細胞無明顯表達；而NR1主要表達于背角神經元。鞘內注射LAA抑制星形膠質細胞活化，則IL-1β和NR1表達同步下調。由此，Liao等[5]人推測，在db/db T2DM小鼠，當傷害性信息到達脊髓時，背角星形膠質細胞激活，IL-1β表達上調并釋放，作用于感覺神經元IL-1β受體后可以促進神經元NMDA受體激活，促進痛覺信息進一步向高級中樞傳遞。因此，IL-1β作為上游星形膠質細胞激活的被動產物，可以提高下游背角感覺神經元的激活。此外，伴隨db/db小鼠的痛敏行為，在第8周，脊髓背角的大多數星形膠質細胞和少數神經元均可觀察到ERK1/2磷酸化增強，其中ERK1磷酸化更為顯著；鞘內注射ERK 活性抑制劑U0126(不影響MAPK和JNK磷酸化)緩解db/db小鼠的機械痛敏、熱痛敏行為，同時ERK1/2磷酸化也明顯減弱。在第8周，db/db小鼠足底注射福爾馬林后同側脊髓背角ERK1磷酸化增強比ERK2磷酸化更為明顯[6]。提示ERK1磷酸化在星形膠質細胞活化、功能增強中可能起了重要作用。因此，抑制脊髓背角星形膠質細胞激活，減輕炎癥因子釋放可能成為治療DNP的重要策略。

近年研究發現，鞘內注射高遷移率族蛋白1(high-mobility group box 1，HMGB1)中和抗體則可明顯減輕db/db小鼠痛敏癥狀，并抑制脊髓背角HMGB1的表達。HMGB1是一種存在于真核細胞核內的非組蛋白染色體結合蛋白，由于其在聚丙烯酞胺凝膠電泳(PAGE)中遷移速度快而得名。免疫組織化學染色結合免疫印跡實驗觀察到，在db/db小鼠，脊髓背角HMGB1表達水平明顯上調，其上調可能與糖尿病高血糖介導的氧化應激有關[7-8]；伴隨腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-1β、白細胞介素-6(IL-6)和單核細胞趨化因子-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)明顯上調。在生理條件下，星形膠質細胞釋放的促炎性細胞因子非常的少，并不足以激活神經元；但是，當出現外周神經纖維損傷時,往往脊髓背角星形膠質細胞活化，形態發生改變，釋放大量神經活性物質，轉而作用于神經元，影響神經元功能活動，調節突觸傳遞效能，參與DPN的形成。對于HMGB1參與糖尿病神經痛的機制，目前認為，Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)2、TLR4和糖基化終產物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)均高度表達于db/db小鼠脊髓背角星形膠質細胞，HMGB1可以通過結合這些受體激活星形膠質細胞，誘發TNF-α、IL-1β、IL-6 和MCP-1這些炎癥因子釋放，隨后轉而作用于脊髓背角神經元N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體，調節突觸傳遞效能，促進中樞痛敏。同時，星形膠質細胞的激活又可以促進HMGB1釋放，作用于自身，促進星形膠質細胞持久激活，形成正反饋，促進中樞痛敏的長時程維持[9]。

2脊髓小膠質細胞參與DNP

小膠質細胞是中樞神經系統的一種免疫活性細胞。在正常情況下，小膠質細胞呈靜止態的分支狀，外周神經損傷后小膠質細胞受到刺激就會發生形態上的改變，分化成活化態阿米巴狀；并伴隨功能上的改變，產生和分泌一系列促炎因子[10-11]，Iba-1、OX-42(小膠質細胞標記物)等也得到明顯上調。這些促炎因子往往可以提高神經元的敏感性，從而影響其突觸傳遞，導致神經病理性疼痛的發生。在鏈脲菌素(STZ)注射誘發的1型糖尿病(T1DM)大鼠、Albino-Swiss小鼠模型中，脊髓背角小膠質細胞激活，其形態和功能發生改變，細胞數目增多，形態肥大、突起加粗回縮，C1qmRNA上調，Iba-1/OX-42表達增強。鞘內注射小膠質細胞活性抑制劑米諾環素可以減輕其痛敏癥狀，同時Iba-1/OX-42表達下降[12-13]。糖尿病大鼠口服加巴噴丁可抑制脊髓背角小膠質細胞的激活，與米諾環素類似，也可減輕其神經痛癥狀并使Iba-1/OX-42的表達有所下降[14]。然而，運用免疫組織化學和免疫印跡觀察到，在db/db T2DM小鼠，背角小膠質細胞OX-42表達無增強，也未發生形態上的改變；鞘內注射米諾環素也不能緩解db/db小鼠的神經痛癥狀。研究造成這種差異的原因很可能在于動物物種的差異[5]。相應地，在針對T1DM動物的神經痛發生機制的研究并不采用db/db小鼠，而采用STZ誘發的大鼠或其他小鼠模型。

近年研究觀察到，胰高血糖素樣肽-1受體、嘌呤受體、大麻素CB2受體以及激肽B1受體等均表達于脊髓背角小膠質細胞，與DPN的形成密切相關。首先，鞘內注射米諾環素不僅可以抑制STZ誘導的糖尿病大鼠背角激肽B1受體、IL-1β、TNF-α和TRPV1表達上調；其中，IL-1β和TNF-α可以通過NF-κB的核轉位而誘導B1受體表達上調。另外，鞘內注射米諾環素還可抑制des-Arg9-BK(激肽B1受體激動劑)和P物質(NK1受體激動劑)誘發的糖尿病大鼠痛敏行為；鞘內應用B1R拮抗劑(SSR240612 或R-715)可以逆轉糖尿病大鼠時間依賴性的觸覺和冷刺激痛覺超敏，同時背角IL-1β、TNF-α和TRPV1表達下調[13]。胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)受體激動劑WB4-24可以刺激糖尿病大鼠脊髓小膠質細胞釋放β-endorphin，從而發揮鎮痛效應；WB4-24發揮的鎮痛效果可被GLP-1受體拮抗劑和GLP-1受體基因敲除完全阻斷[15]。此外,鼻內和腹腔內應用CB2受體激動劑可以明顯抑制STZ誘發的糖尿病CD1小鼠脊髓背角小膠質細胞Iba-1表達上調和P38MAPK磷酸化增強[16]。嘌呤受體參與傷害性信息傳遞的機制是近年疼痛研究熱點之一。其中，P2X4受體可能參與了脊髓小膠質細胞激活的過程，在CD38缺陷誘導的T2DM中起到重要作用，但機制尚不清楚，可能與P2X4受體激活后引起細胞內Ca2+水平上升，以及隨后的P38 MAPK的磷酸化增強有關[17]。

文獻報道，在一些糖尿病疼痛動物模型中，P38MAPK、JNK、SFK/ERK等信號途徑活化也往往發生在脊髓小膠質細胞。鞘內分別注射MAPK抑制劑SD-282、JNK抑制劑SP600125和ERK抑制劑U0126和PD198306可以有效逆轉糖尿病大鼠的機械痛敏和熱痛敏，并抑制其脊髓水平MAPK、JNK、ERK1/2磷酸化[18]。免疫組織化學染色及免疫印跡觀察到糖尿病大鼠脊髓背角NMDA受體的激活與 P38MAPK、ERK及JNK 的上調有關，而且NMDA受體亞單位NR1磷酸化主要位于小膠質細胞[19]。鞘內注射NMDA受體拮抗劑MK-801或者D-CPP可以阻滯小膠質細胞P38MAPK,ERK 以及JNK 的磷酸化，從而逆轉STZ誘導的糖尿病機械痛敏[19]。此外，大鼠DNP模型中，脊髓背角谷氨酸轉運體表達下降，造成細胞外液中谷氨酸水平增加，作用于背角神經元或小膠質細胞的NMDA受體，對疼痛傳輸和中樞敏化有著持久性的放大作用。以往認為KCC2(K+-Cl-共轉運體)主要表達在神經元，但近年觀察到 KCC2表達于脊髓小膠質細胞，參與維持細胞內Cl-水平穩定。鞘內注射米諾環素可以抑制糖尿病大鼠脊髓小膠質細胞KCC2表達的上調，有助于維持胞內Cl-水平穩定，避免GABA向興奮性效應轉變；而且，背角神經元c-fos表達隨之下降，這也是米諾環素發揮鎮痛作用的機制之一[20-21]。

與星形膠質細胞相似的是，脊髓背角小膠質細胞激活和神經活性物質的合成或釋放也參與了DPN的發生與維持。有研究應用免疫印跡結合RT-qPCR技術觀察到，雄性瑞士白化(Albino-Swiss)小鼠腹腔注射STZ后，其脊髓IL-1β,IL-3,IL-4,IL-6,IL-9,IL-12p70,IL-17及TNF家族 (包含IFNγ,sTNF RII)等具有致痛效果的細胞因子表達上調[12,22]；如果在STZ注射前16 h和注射后1 h腹腔注射米諾環素，連續給藥7 d，則糖尿病小鼠IL-1α，IL-2，IL-10，sTNFRII等有鎮痛作用的細胞因子表達上調，這可以有效減少神經病理性疼痛的發生[5]。在大鼠腹腔注射STZ后，其脊髓背角IL-1β、TNF-α表達上調，單純皰疹病毒(HSV)治療則抑制TNF-α及其受體表達，同時小膠質細胞P38MAPK磷酸化減弱[23]。鞘內注射葛根素可以有效緩解糖尿病大鼠的機械痛敏和熱痛敏癥狀，同時也有效抑制了脊髓背角小膠質細胞的激活，脊髓水平的炎癥因子IL-1β、IL-6和TNF-α生成減少[24]。麻醉藥物利多卡因可以抑制小膠質細胞激活和P38MAPK磷酸化，減弱STZ介導的大鼠觸覺異常痛敏；體外實驗證實，利多卡因可能抑制IFN-γ刺激小膠質細胞激活后對MCP-1的趨化反應[25]。這些研究充分表明抑制脊髓背角小膠質細胞激活和神經活性物質的釋放，可能成為治療DNP的重要策略。

3展望

綜上所述，脊髓背角的星形膠質細胞和小膠質細胞活化，隨后的神經活性物質釋放可能是DNP發生與維持的重要機制之一。因此，抑制這兩類膠質細胞活化和后續的神經活性物質釋放成為治療DPN，緩解患者病痛的重要思路。有關DPN的研究機制的進展，以及一些藥物實驗動物模型上體現出良好的鎮痛效果都將為DNP的臨床治療帶來新的希望。

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doi:·綜述·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.06.036

基金項目：國家自然科學基金資助項目(31460266)；貴州省科教英才基金資助項目(黔省專合字2012-93號)。

作者簡介：郭艷嬌(1989-)，在讀碩士研究生，主要從事疼痛的神經化學機制研究。△通訊作者，Tel：(0852)8609442；E-mail：junweizeng@sohu.com。

[中圖分類號]R338.8

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671-8348(2016)06-0826-03

(收稿日期：2015-06-23修回日期：2015-10-14)