組蛋白修飾在神經病理性疼痛中的作用研究進展

毛元元 張衛

(鄭州大學第一附屬醫院 麻醉科 河南 鄭州 450052)

·綜 述·

組蛋白修飾在神經病理性疼痛中的作用研究進展

毛元元 張衛

(鄭州大學第一附屬醫院 麻醉科 河南 鄭州 450052)

組蛋白修飾；神經病理性疼痛；表觀遺傳學

神經病理性疼痛是一種由軀體感覺神經受損或病變引起的疼痛，臨床表現有自發性痛、痛覺過敏和觸誘發痛等癥狀，部分患者也可出現痛覺減退、感覺遲鈍等[1-2]。神經病理性疼痛的治療不盡如人意，目前所用藥物大多僅能緩解部分癥狀，而且長期使用可能出現嚴重的副作用[3]。既往疼痛相關的研究主要集中于基因組學，但不能完全解釋神經病理性疼痛患者的不同表型[4-5]。越來越多的學者認為，表觀遺傳調控參與了神經病理性疼痛的產生和發展[6-7]。組蛋白修飾是表觀遺傳調控的主要方式之一，在神經病理性疼痛中發揮重要作用。本文簡要綜述組蛋白修飾的常見方式及其在神經病理性疼痛中的作用研究進展。

1 組蛋白修飾的簡介

組蛋白是一類小分子堿性蛋白質，與DNA共同組成核小體，也是構成染色質的基本結構蛋白。染色質結構可以通過組蛋白N端尾部的翻譯后修飾發生改變，這主要發生在組蛋白H3和H4，包括賴氨酸乙酰化、絲/蘇氨酸磷酸化、賴/精氨酸甲基化、泛素化和ADP-核糖基化等多種形式[8]。一般而言，乙酰化和磷酸化修飾可以減弱組蛋白和DNA的親和力，使DNA更易與其他轉錄因子發生作用，進而起到轉錄激活的作用[9]。組蛋白的甲基化修飾既可發揮促進基因表達的作用，也可以抑制基因的表達，主要取決于甲基化位點的不同。通常，組蛋白H3賴氨酸4、36和79位點(H3K4、H3K36、H3K79)的甲基化修飾可以促進基因轉錄，而H3K9和H4K20的甲基化修飾則與基因表達受抑制有關[10]。因此，外界環境因素可以通過改變組蛋白修飾的方式調控基因表達。

組蛋白修飾的過程有多種酶參與。其中，組蛋白乙酰轉移酶(histone acetyltransferases，HATs)可以將乙酰基轉移至組蛋白尾端的賴氨酸殘基上，該反應可以被組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)逆轉。已知的HDACs主要有4個亞家族——Zn2+依賴的亞家族Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和NAD+依賴的Ⅲ亞家族[11]。組蛋白的甲基化修飾是將甲基轉移至組蛋白的氨基酸殘基上，這就涉及組蛋白甲基轉移酶(histone methyltransferases，HMTs)，包括賴氨酸甲基轉移酶和蛋白精氨酸N甲基轉移酶兩大類[12]。組蛋白的甲基化修飾起初被認為不可逆轉，但最近研究發現有多種組蛋白去甲基轉移酶存在[13]，說明組蛋白的甲基化修飾是一個動態過程。神經病理性疼痛中研究最廣泛的即組蛋白的甲基化修飾和乙酰化修飾，我們將在下文中進一步闡述。

2 組蛋白修飾參與神經病理性疼痛的調控

2.1 組蛋白乙酰化修飾與神經病理性疼痛 組蛋白的乙酰化修飾可以通過多種途徑參與神經病理性疼痛的調控。外周神經損傷模型發現組蛋白H3和H4的乙酰化水平發生改變，引起神經元功能和疼痛感知相關的基因表達發生變化。慢性壓迫性神經損傷可以引起大鼠脊髓致痛因子——腦源性嗜神經因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)和環氧化酶Cox2的表達上調，給予姜黃素抑制HAT的活性，可以劑量相關性地抑制BDNF和Cox2基因啟動子區對乙酰化組蛋白H3和H4的招募，同時緩解動物的痛敏癥狀[14]。除痛覺過敏外，神經病理性疼痛也可表現為感覺減退等陰性癥狀。研究發現神經損傷可以引起動物脊髓背根神經節(dorsal root ganglia，DRG)內Nav1.8表達下調，并產生C纖維相關的感覺減退癥狀，給予HDAC抑制劑后動物的感覺異常癥狀得到改善，同時Nav1.8的乙酰化水平升高[15]。由此可知，組蛋白的乙酰化修飾與神經病理性疼痛陽性癥狀和陰性癥狀的產生均有密切聯系。

運動可以緩解神經病理性疼痛，但其具體機制尚不清楚。最新研究發現部分坐骨神經結扎術可誘導小鼠產生觸誘發痛和熱痛覺過敏癥狀，同時脊髓背角內HDAC陽性的小膠質細胞數量增多，運動鍛煉后表達乙酰化H3K9的小膠質細胞數量減少，同時動物的痛敏癥狀也得到緩解，提示小膠質細胞內乙酰化修飾參與神經病理性疼痛的調控[16]。

類似的，細胞周期依賴性激酶(cyclin-dependent kinase 5，Cdk5)在神經病理性疼痛中的作用也與組蛋白的乙酰化修飾有關[17]。鞘內注射Cdk5抑制劑有效緩解了神經損傷引起的動物痛敏癥狀，同時升高了Cdk5基因啟動子區組蛋白H4的乙酰化水平，促進Cdk5基因的轉錄，這一作用與CREB的磷酸化修飾有關[17]。Wnt/β-catenin信號通路參與神經病理性疼痛的產生和發展，其機制與神經損傷引起的脊髓背角內Wnt3a基因啟動子區H3乙酰化水平升高以及胞嘧啶甲基化水平降低有關[18]。這些研究共同說明組蛋白的乙酰化修飾廣泛參與神經病理性疼痛的產生和發展，可以在神經系統的不同環節發揮基因表達調控的作用。

2.2 組蛋白甲基化修飾與神經病理性疼痛 組蛋白的甲基化修飾也參與神經病理性疼痛的產生和發展。Imai等[19]發現部分坐骨神經結扎可以顯著增高脊髓內單核細胞趨化蛋白(monocyte chemotactic protein 3，MCP-3)的表達，同時MCP-3基因啟動子區的H3K27me3的水平下降。這種神經損傷引起的MCP-3蛋白的高表達主要發生在脊髓背角的星形膠質細胞中。由于H3K27me3主要發揮抑制基因表達的作用，提示膠質細胞內疼痛相關基因的甲基化修飾參與神經病理性疼痛的調控。

DRG是連接外界環境刺激和神經系統信號傳遞的關鍵環節。外周神經損傷可以引起DRG內多種鉀離子通道的表達下調，這與神經病理性疼痛的產生密切相關[20]。進一步的研究發現外周神經損傷后鉀離子通道基因啟動子區H3K9me2水平明顯升高，基因敲除DRG神經元內組蛋白賴氨酸N甲基化酶2——G9a可以阻斷神經損傷引起的鉀通道的基因沉默，預防神經病理性疼痛的產生[21]。這提示DRG內G9a催化的鉀通道組蛋白甲基化修飾參與神經病理性疼痛的調控。RNA序列分析發現，抑制DRG內G9a的表達也可逆轉神經損傷引起的許多其他基因的改變[21]。μ阿片受體(mu opioid receptor，MOR)也參與其中。神經病理性疼痛中DRG內MOR的下調與阿片類藥物的鎮痛效應減弱有關。抑制DRG內G9a的上調阻斷了神經損傷引起的MOR高表達，同時也增強了嗎啡對于痛覺過敏癥狀的治療效果[22]。由此可知，DRG內G9a通過調控相關基因的組蛋白甲基化修飾，在神經病理性疼痛的產生和治療中均發揮重要作用。

神經病理性疼痛中CC-趨化因子配體(CC-chemokine ligand，CCL)2和CCL3是外周敏化形成的關鍵因子。Kiguchi等[23]發現部分坐骨神經結扎術可以引起受損坐骨神經處CCL2和CCL3的mRNA水平及其受體表達增高。這與神經損傷誘導的CCL2和CCL3基因啟動子區H3K9Ac和H3K4me3水平升高有關。這種高表達的H3K9Ac和H3K4me3主要定位于受損坐骨神經處浸潤的骨髓源性細胞內。應用HAT抑制劑可以有效上調CCLs和CCRs的表達。這提示神經病理性疼痛中免疫炎癥反應的產生與組蛋白的修飾有關，其中組蛋白的甲基化和乙酰化修飾可能發揮協同作用以調控基因表達。

3 組蛋白修飾與神經病理性疼痛的治療

神經病理性疼痛的發病機制非常復雜，這就增加了治療的困難性。經典的非甾體類抗炎藥(non-steroidal anti-inflammatory drugs，NSAIDs)和阿片類藥物僅能緩解部分癥狀，而且長期應用可能出現耐受甚至痛敏癥狀[24]。組蛋白修飾相關研究有助于揭示神經病理性疼痛潛在的表觀遺傳機制，針對其發病機制的特異性干預措施能夠更有效地預防和治療神經病理性疼痛，而非僅僅緩解癥狀，同時也可減少不良反應的發生。因此，從組蛋白修飾的角度探討治療神經病理性疼痛的新方案在理論上前景光明。但在具體研發過程中，我們必然也會遇到各種各樣的問題。

如前所述，HDAC抑制劑和HAT抑制劑是神經病理性疼痛的研究中最常應用的干預方法。鞘內注射非選擇性HDAC抑制劑——黃芩素能夠緩解脊神經結扎引起的痛覺過敏和觸誘發痛的癥狀，同時逆轉神經損傷引起的脊髓內HDAC1的升高和H3乙酰化水平的下降[25]。另一種非選擇性HDAC抑制劑丙戊酸也能有效緩解神經病理性疼痛模型動物的觸誘發痛等癥狀[26]。Zammataro等[27]發現預先給予HDAC抑制劑SAHA能夠與mGlu2/3激動劑LY379268協同作用，增加LY379268的鎮痛效應；相反，給予HAT抑制劑——姜黃素不僅抑制了DRG內H3和H4的乙酰化水平，下調mGlu2受體的表達，同時LY379268的鎮痛效應也明顯減弱。這提示針對組蛋白乙酰化的干預措施不僅可以作為神經病理性疼痛潛在的治療方法，也可作為輔助治療手段，增強傳統藥物的效果。部分坐骨神經結扎術后，受損神經周圍聚集的中性粒細胞和巨噬細胞內巨噬細胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein 2，MIP-2)和CXC趨化因子受體2(CXC chemokine receptor type 2，CXCR2)的表達上調，這與神經損傷引起的MIP-2和CXCR2基因啟動子區乙酰化水平的升高有關。HAT抑制劑漆樹酸可以抑制神經損傷引起的MIP-2和CXCR2上調，同時預防神經病理性疼痛的產生[28]。綜上所述，HDAC抑制劑和HAT抑制劑有望成為治療神經病理性疼痛的新方法或者作為輔助治療手段參與多模式鎮痛。

這些基礎研究為HDAC抑制劑和HAT抑制劑作為治療神經病理性疼痛的新方法提供了可能性，但其在臨床上的應用還十分有限。目前，HDAC抑制劑在臨床上主要作為抗癌藥物應用于治療，在神經病理性疼痛這種非致命性疾病中的應用還未開展。此外，如前所述HDAC有多種亞家族，動物研究中所用的非選擇性HDAC抑制劑作為神經病理性疼痛的治療藥物時可能會產生多種副作用。因此，有關HDAC選擇性抑制劑的研究將會更有效地改善神經病理性疼痛癥狀，同時避免不良反應的發生。組蛋白的甲基化修飾也是重要的表觀遺傳調控方式，其在神經病理性疼痛治療中的作用仍需進一步研究。未來研究中尋找組蛋白修飾調控通路中特異性表達的分子，可以作為神經病理性疼痛潛在的治療靶點。選擇性HDAC抑制劑有望進入神經病理性疼痛治療的臨床研究，尤其是腫瘤引起的神經病理性疼痛。

4 小結

組蛋白的修飾在神經病理性疼痛中發揮重要的調控作用，針對其調控通路中酶或信號分子的干預有望成為新的治療方法。

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10.3969/j.issn.1004-437X.2017.03.026

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