傷害性感受器可塑性在慢性疼痛中的研究進展

侯娜，張力，蒙臣，李清1b,，胡揚根

(1.湖北醫(yī)藥學(xué)院 a.藥學(xué)院，b.麻醉學(xué)研究所，湖北 十堰 442000； 2.十堰市太和醫(yī)院 a.麻醉科，b.疼痛科，湖北 十堰 442000)

疼痛被公認(rèn)為世界第五大生命體征，目前全球至少有1/4的人口遭受慢性疼痛的折磨，超過了心臟病、腫瘤和糖尿病的總和[1]。慢性疼痛嚴(yán)重威脅人類健康，其發(fā)病率高，持續(xù)時間長，而且會導(dǎo)致一系列心理和社會問題，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量[2]。引起慢性疼痛的原因包括創(chuàng)傷或損傷、嚴(yán)重感染、神經(jīng)系統(tǒng)疾病或病損、神經(jīng)免疫反應(yīng)等，其中急性疼痛處理不當(dāng)導(dǎo)致疼痛遷延和慢性化是最主要和常見的原因[3]。慢性疼痛是一種完全不同于急性疼痛的類型，目前尚無明確的概念來定義慢性疼痛，只是按照疼痛持續(xù)的時間來區(qū)分急、慢性疼痛。生理狀態(tài)下，傷害性感受器的激活是痛覺產(chǎn)生的基礎(chǔ)。當(dāng)組織發(fā)生損傷后(缺血、肌痙攣、創(chuàng)傷等)，損傷部位釋放出各種炎癥介質(zhì)(如緩激肽、前列腺素、一氧化氮、組胺、5-羥色胺)，傷害性感受器被激活，將有害刺激轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動，通過外周傳入纖維進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，經(jīng)脊髓、下丘腦投射到大腦邊緣系統(tǒng)和大腦皮質(zhì)，通過各級中樞整合后產(chǎn)生疼痛[4-7]。傷害性感受器上初級傳入纖維持續(xù)激活后，誘發(fā)胞膜上受體和離子通道磷酸化，最終導(dǎo)致傳入神經(jīng)末梢閾值降低，興奮性發(fā)生可塑性變化，表現(xiàn)為對同一刺激反應(yīng)持續(xù)性增強，因此，傷害性感受器可塑性改變在急性疼痛向慢性疼痛轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重要作用[8]。現(xiàn)就傷害性感受器可塑性變化在慢性疼痛中的研究進展予以綜述。

1 傷害性感受器可塑性與慢性疼痛

傷害性感受器是非特化的游離神經(jīng)末梢，廣泛分布于全身組織，包括皮膚、骨膜、血管壁、關(guān)節(jié)面、胸膜壁層、心包、大腦鐮等結(jié)構(gòu)。傷害性感受器可特異性地感知機體組織損傷或潛在損傷信號，并將其轉(zhuǎn)化為生物電信號，是將傷害性刺激從外周神經(jīng)末梢傳遞至中樞神經(jīng)系統(tǒng)的第一站[9]。當(dāng)機體遭受強烈而重復(fù)的機械、熱和化學(xué)刺激時，傷害性感受器被激活，在細(xì)胞水平上使其功能和神經(jīng)化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，表現(xiàn)為受傷部位及其周圍組織對疼痛閾值降低，對傷害性刺激反應(yīng)增強，稱為傷害性感受器的可塑性改變[10]。傷害性感受器的可塑性變化不僅可以理解為神經(jīng)系統(tǒng)對“有害”刺激所做出的適應(yīng)性反應(yīng)[11]，而且是導(dǎo)致外周敏化、原發(fā)性痛覺過敏和中樞敏化的根本原因，是慢性疼痛發(fā)生和發(fā)展的基礎(chǔ)[12]。

2 傷害性感受器可塑性與痛覺過敏引發(fā)

臨床上常見的慢性疼痛(類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、帶狀皰疹后神經(jīng)痛等)致病原因較明確，這些不良刺激使傷害性感受器敏化，表現(xiàn)出痛覺過敏和對初始傷害性刺激反應(yīng)增強[13]。然而，有些慢性疼痛是間歇性或漸進性的(如偏頭痛、纖維肌痛)，并沒有明顯的神經(jīng)損傷。為了更好地理解傷害性感受器可塑性在慢性疼痛中作用，Reichling和Levine[14]首次運用了“痛覺過敏引發(fā)”模型，該模型為研究傷害性感受器上復(fù)雜的分子修飾提供了工具，有可能解釋神經(jīng)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)自身功能來適應(yīng)外部環(huán)境有害刺激的機制；他們通過在大鼠后爪皮下注射極低劑量的角叉菜膠誘發(fā)短暫的炎癥反應(yīng)，由此產(chǎn)生急性痛覺過敏，7 d后痛覺過敏完全消失；而后在同一部位注射低劑量的前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)，可引起至少持續(xù)24 h的痛覺過敏，然而，在正常大鼠后爪同樣部位注射相同劑量的PGE2只會產(chǎn)生不超過4 h的痛覺過敏。這一研究模型與其他大多數(shù)疼痛模型不同，初始傷害性刺激后機體是可以完全恢復(fù)的，再給予第二個刺激，通常是亞閾值刺激，機體會產(chǎn)生更持久的痛覺過敏，這是痛覺過敏引發(fā)的最主要特征。該模型的發(fā)現(xiàn)不僅為研究神經(jīng)可塑性的機制提供了依據(jù)，而且解釋了臨床上一些最常見的病理性疼痛的病理生理特點。因此，要解決慢性疼痛的關(guān)鍵問題就必須從細(xì)胞分子水平來了解痛覺過敏引發(fā)的過程[15]。

3 傷害性感受器可塑性改變的表現(xiàn)形式

3.1Ⅰ型痛覺過敏引發(fā)

3.1.1Ⅰ型痛覺過敏引發(fā)的表現(xiàn)形式 經(jīng)典的痛覺過敏引發(fā)(Ⅰ型)表現(xiàn)為機體在初次暴露于組織損傷、炎癥、神經(jīng)損傷后引起痛覺過敏，初始刺激消除一段時間后痛覺過敏消失，機體的痛覺閾值可恢復(fù)正常。然而，當(dāng)機體再次暴露于致炎因子PGE2后，可導(dǎo)致機械痛覺過敏持續(xù)時間顯著延長。

3.1.2Ⅰ型痛覺過敏引發(fā)的特點 通常單純由PGE2誘導(dǎo)的機械痛覺過敏是通過傷害性感受器的第二信使腺苷酸環(huán)化酶-環(huán)腺苷酸(cyclic adenylicacid，cAMP)-蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)介導(dǎo)的[16]。然而，在痛覺過敏引發(fā)形成后，由PGE2誘導(dǎo)的機械痛覺過敏對PKA拮抗劑不敏感，而蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)ε的選擇性抑制劑能有效降低這種機械痛敏[17]，證實PKCε在痛覺過敏引發(fā)中發(fā)揮重要作用。PKCε幾乎存在于所有背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元中，但它從胞質(zhì)到胞膜的轉(zhuǎn)移僅發(fā)生在IB4(isolectin B4)陽性(IB4+)的非肽能傷害性感受器中，而在原肌球蛋白受體激酶陽性的肽能傷害性感受器中未發(fā)生此轉(zhuǎn)移[18]。表明慢性疼痛的發(fā)生形式可能與傷害性感受器的亞型有關(guān)。Joseph和Levine[19]通過鞘內(nèi)注射選擇性神經(jīng)毒素IB4-皂草素來損傷IB4+傷害性感受器，結(jié)果顯示，在IB4-皂草素處理的大鼠中，PGE2誘導(dǎo)的痛覺過敏并未延長，說明IB4+傷害性感受器參與了經(jīng)典的痛覺過敏引發(fā)。經(jīng)典的痛覺過敏引發(fā)大多數(shù)由慢性炎癥誘導(dǎo)，慢性炎癥是兩性雙態(tài)的，即在雌雄不同性別中發(fā)生條件不同，研究發(fā)現(xiàn)雌激素可影響軀體感覺認(rèn)知和疼痛敏感性，并對疼痛調(diào)節(jié)發(fā)揮重要作用[20]。Joseph等[21]發(fā)現(xiàn)，在卵巢切除的雌性大鼠中，同樣用角叉菜膠或PKCε激動劑做引發(fā)，能產(chǎn)生與雄性大鼠中相似的作用，而且這種作用能被雌激素逆轉(zhuǎn)，而性腺切除的雄性大鼠對角叉菜膠或PKC激動劑誘導(dǎo)的痛覺過敏引發(fā)沒有任何作用。因此，慢性炎癥誘導(dǎo)的經(jīng)典痛覺過敏引發(fā)僅發(fā)生在雄性大鼠中，性激素可能影響痛覺過敏引發(fā)的表達(dá)。

3.1.3Ⅰ型痛覺過敏引發(fā)可能涉及的機制 PKCε及其分子通路可能是Ⅰ型痛覺過敏引發(fā)的重要機制。Parada等[22]在角叉菜膠誘導(dǎo)的痛覺過敏引發(fā)產(chǎn)生后，鞘內(nèi)注射反義寡脫氧核苷酸使感覺神經(jīng)元中PKCε的表達(dá)一過性降低，結(jié)果阻止了PGE2誘導(dǎo)的痛覺過敏增強；而單獨注射PKCε激動劑卻誘導(dǎo)了痛敏延長和痛敏引發(fā)，這是因為在炎癥介導(dǎo)Ⅰ型中，機體不僅對PGE2反應(yīng)增強，而且涉及細(xì)胞內(nèi)從PKA到PKCε信號通路的轉(zhuǎn)換；由PGE2誘導(dǎo)的痛覺過敏仍是cAMP依賴的，但它由傳統(tǒng)的cAMP-PKA通路改變?yōu)閏AMP-cAMP直接激活的交換蛋白-PKCε通路，PKCε是Ⅰ型引發(fā)的重要靶點。PKCε從多個途徑參與Ⅰ型引發(fā)。在炎癥誘導(dǎo)痛覺過敏使機體處于引發(fā)狀態(tài)下，持續(xù)的炎癥刺激痛覺感受器導(dǎo)致G蛋白受體激酶2減少，進一步激活cAMP直接激活的交換蛋白，從而使cAMP直接激活的交換蛋白-PKCε通路反應(yīng)增強，參與痛覺過敏引發(fā)的維持；此外，在引發(fā)狀態(tài)下，PGE2作用后導(dǎo)致G蛋白αi亞型和磷脂酶Cβ激活，直接參與PKCε下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[23]。

胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)是PKCε下游最主要的酶，ERK信號通路在急慢性疼痛中發(fā)揮重要作用，PKCε的激活增加了脊髓背角神經(jīng)元的興奮性，這種作用能被ERK阻斷，而PKCε進一步發(fā)揮作用需通過激活ERK來實現(xiàn)[24]。Chen等[25]在酸誘導(dǎo)肌肉痛模型建立后4 h，鞘內(nèi)注射ERK抑制劑U0126抑制了痛覺過敏引發(fā)后的慢性疼痛發(fā)展，證明脊髓背角ERK活性是痛覺過敏引發(fā)形成所必需的；然而，進一步在模型建立后6 h，再次注射ERK抑制劑并未阻止二次注射引起的慢性疼痛。這表明，ERK雖然參與慢性疼痛的形成，但一旦神經(jīng)可塑性形成，ERK抑制劑并不能逆轉(zhuǎn)，它并未參與慢性疼痛的發(fā)展。

另外，趨化因子及其受體也參與各種類型的慢性疼痛產(chǎn)生和維持，基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1及其受體CXC趨化因子受體4是其中之一。Yang等[26]在大鼠足底注射CXC趨化因子受體4抑制劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其不僅抑制了蜂毒誘導(dǎo)的急性機械痛覺過敏，而且抑制了隨后的痛覺過敏引發(fā)，并且CXC趨化因子受體4的配體基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1也有相同作用，表明基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1-CXC趨化因子受體4信號在急性疼痛到慢性疼痛轉(zhuǎn)變中也發(fā)揮重要作用。

3.2Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)

3.2.1Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)的表現(xiàn)形式 反復(fù)運用阿片受體激動劑不僅會產(chǎn)生與阿片受體依賴、成癮相關(guān)的癥狀，還表現(xiàn)為持久的機械痛覺過敏，稱為阿片類藥物誘導(dǎo)的痛覺過敏[27]。Araldi等[28]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雄性大鼠左后爪反復(fù)暴露于阿片受體激動劑后，產(chǎn)生急性機械痛覺過敏；當(dāng)急性痛覺過敏消失痛閾恢復(fù)基線后，再皮內(nèi)注射PGE2，可引起比正常大鼠更長時間的機械痛覺過敏。機體傷害性感受器表現(xiàn)出與Ⅰ型對PGE2相似的反應(yīng)，但涉及不同的機制，稱為Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)。

3.2.2Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)的特點 不同于Ⅰ型痛覺過敏引發(fā)，PKCε抑制劑并不能影響Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)的過程，但PKA抑制劑H-89參與Ⅱ型的表達(dá)和維持，表明Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)是PKA依賴性的，是與Ⅰ型最主要的區(qū)別；另一方面，兩種痛覺過敏引發(fā)形成的時間和涉及的傷害性感受器亞型也有明顯不同，從急性疼痛到神經(jīng)可塑性形成，Ⅰ型至少需要72 h，而Ⅱ型在暴露阿片受體激動劑后5 min，即可使機體處于痛覺引發(fā)狀態(tài)；在Ⅱ型中，同樣鞘內(nèi)注射IB4-皂草素來損傷IB4+傷害性感受器，對隨后PGE2誘導(dǎo)的痛覺過敏顯著延長，說明Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)不依賴于IB4+傷害性感受器，這與Ⅰ型也明顯不同；無論在雄性還是雌性大鼠中，反復(fù)運用μ阿片受體(mu-opioid receptor，MOR)激動劑都能產(chǎn)生急性機械痛覺過敏，并延長PGE2引起的痛覺敏化，而經(jīng)典痛覺過敏引發(fā)Ⅰ型僅發(fā)生在雄性大鼠中[28]。除了上述區(qū)別于Ⅰ型引起慢性疼痛的特點，Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)與MOR有關(guān)。Araldi等[29]在提前用MOR激動劑引發(fā)的大鼠后爪再注射納洛酮卻抑制了機械痛覺過敏，而反復(fù)注射納洛酮也能引發(fā)機械痛覺過敏，故認(rèn)為MOR參與了Ⅱ型引發(fā)的表達(dá)和維持；進一步在鞘內(nèi)注射MOR的反義寡脫氧核苷酸，在基因水平降低MOR的表達(dá)，結(jié)果并未影響PGE2引起的痛覺過敏時間的延長。說明MOR并不是Ⅱ型引發(fā)的表達(dá)和維持所必需的。

3.2.3Ⅱ型痛覺過敏引發(fā)可能涉及的機制 PKA及其下游信號通路是 Ⅱ型引發(fā)的重要機制。Araldi等[28]研究表明，用PKA抑制劑H-89預(yù)處理的大鼠，再暴露MOR激動劑后，不僅抑制了急性痛覺敏化，而且抑制了隨后PGE2引起的痛覺過敏的延長；而用8-bromo cAMP(PKA的強大激活劑)則延長了暴露MOR激動劑后大鼠機械痛敏的時間，這是因為在外周給予選擇性MOR激動劑誘導(dǎo)的Ⅱ型引發(fā)是通過腺苷酸環(huán)化酶-cAMP-PKA途徑使傷害性感受器敏化，其中PKA是Ⅱ型引發(fā)所必需的。研究發(fā)現(xiàn)，PKA下游的第二信使促分裂原活化的蛋白激酶與黏著斑激酶間的相互作用促進了痛覺敏化的延長[29]。黏著斑激酶是一種重要的支架蛋白，主要存在于興奮性谷氨酸能突觸，銜接許多受體與信號蛋白，并參與突觸可塑性的調(diào)節(jié)。黏著斑激酶發(fā)生自磷酸化進一步刺激ERK1/2，脊髓背角神經(jīng)元內(nèi)ERK1/2異常激活后通過磷酸化多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控DNA的轉(zhuǎn)錄，繼而促進多種激酶受體、離子通道受體的表達(dá)，使神經(jīng)元興奮性升高或閾值降低，突觸可塑性改變，參與痛覺敏化[30]。此外，有研究證明，Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)也參與阿片類誘導(dǎo)的痛覺過敏引發(fā)，TLR4作為一種天然免疫受體，分布于傷害性感受器的神經(jīng)元上，是阿片類藥物誘導(dǎo)痛覺過敏的受體[31]。阿片類藥物可非選擇性作用于TLR4，激活中樞系統(tǒng)的小膠質(zhì)細(xì)胞，促進神經(jīng)活性物質(zhì)、促炎因子(如白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-10)的表達(dá)，產(chǎn)生痛覺敏化[32]。Araldi等[31]研究證實，低劑量的嗎啡能誘導(dǎo)雄性SD大鼠的痛覺過敏引發(fā)，當(dāng)鞘內(nèi)給予TLR4信使RNA的反義寡脫氧核苷酸，從蛋白水平降低TLR4的表達(dá)后，嗎啡的這種作用被抑制，進一步證實了TLR4是低劑量阿片類誘導(dǎo)Ⅱ型痛覺過敏的重要靶點。

3.3應(yīng)激誘導(dǎo)的痛覺過敏引發(fā) 應(yīng)激刺激在一定條件下能起到鎮(zhèn)痛的作用[33]。然而，機體長期處于應(yīng)激環(huán)境中可引起持續(xù)性的痛覺過敏，這一現(xiàn)象在動物實驗中已得到了驗證[34]。長期暴露在非習(xí)慣聲音刺激下的大鼠，局部注射PGE2后引起機械性痛覺過敏顯著增加[35]。該現(xiàn)象可能與在應(yīng)激條件下，機體大量調(diào)動了位于外周感覺傳入纖維上的糖皮質(zhì)激素和兒茶酚胺受體，使傷害性感受器上G蛋白偶聯(lián)受體發(fā)生轉(zhuǎn)變有關(guān)。在正常大鼠中，PGE2誘導(dǎo)的痛覺敏化是通過Gs蛋白激活PKA介導(dǎo)的，而長期處于壓力應(yīng)激下的大鼠傷害性感受器介質(zhì)涉及G蛋白偶聯(lián)受體從Gs到Gi的轉(zhuǎn)變，對PGE2的反應(yīng)，除正常的PKA介導(dǎo)急性痛覺過敏通路外，還涉及 PKCε蛋白及其信號通路的激活，導(dǎo)致痛覺過敏放大和延長，從而產(chǎn)生慢性疼痛[7]。

3.4其他痛覺過敏引發(fā)類型 疼痛慢性化的機制除傷害性刺激外，一些非疼痛性不良刺激(焦慮、抑郁等)也可通過改變情緒和注意力等刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)，增加傷害性感受器的自發(fā)活動，改變對疼痛的感知[36]。焦慮也可以被視為一種長期的超反應(yīng)狀態(tài)，在這種情況下，機體面對未來的壓力甚至疼痛會產(chǎn)生夸大的反應(yīng)[37]。焦慮會加重手術(shù)后或慢性疼痛患者痛覺敏化程度，這可能與大腦前扣帶回皮質(zhì)活化有關(guān)。研究顯示，前扣帶回皮質(zhì)激活是產(chǎn)生疼痛情感反應(yīng)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，長期疼痛狀態(tài)下一些炎癥因子(白細(xì)胞介素-6、腫瘤壞死因子等)可以激活前扣帶回皮質(zhì)，而活化的前扣帶回皮質(zhì)加重焦慮、抑郁又促進痛覺感知，導(dǎo)致正反饋參與慢性疼痛的形成[38]。

4 小 結(jié)

傷害性感受器可塑性改變在急性疼痛向慢性疼痛轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。痛覺過敏引發(fā)是傷害性感受器可塑性改變的重要分子機制之一，不同痛覺過敏引發(fā)模型的發(fā)現(xiàn)，可能幫助闡明慢性疼痛形成過程中一些復(fù)雜現(xiàn)象。然而，目前對于痛覺過敏引發(fā)模型的認(rèn)識有限，只是簡單認(rèn)識了不同模型的特點，可能涉及不同分子機制，至于各個分子間如何參與細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，如何參與慢性疼痛的信號通路還需進一步研究。只有認(rèn)識到不同痛覺過敏引發(fā)類型在分子水平如何影響傷害性感受器的可塑性變化，才能更清楚地理解和揭示急性疼痛向慢性疼痛轉(zhuǎn)化的原因，從根本上找到治療慢性疼痛的辦法，更好地運用于臨床，服務(wù)于慢性疼痛患者。