卒中后中樞痛膠質(zhì)細胞的作用和分子機制

王少帥， 張新玲綜述， 王君敏， 周思齊， 陳雪梅， 王 建校審

中樞性卒中后疼痛(central post stroke pain,CPSP)是一種腦血管意外后的慢性神經(jīng)性疼痛綜合征[1]，多在出血或缺血性腦卒中后6個月出現(xiàn)，CPSP約占卒中患者發(fā)病率的1%～14%[2]，由相應(yīng)的缺血或出血性病變影響脊髓丘腦通路而引起的神經(jīng)性疼痛綜合征[3]，發(fā)病機制尚不清楚。其臨床特征通常表現(xiàn)為感覺障礙、持續(xù)性或間歇性疼痛以及痛覺過敏、超敏，且缺乏有效治療手段[4]。

1 CPSP發(fā)生發(fā)展的分子機制

目前關(guān)于CPSP發(fā)病機制的研究主要集中在神經(jīng)炎癥、去抑制和中樞敏化等方面。有研究認為CPSP導(dǎo)致的痛覺超敏主要是由中樞去抑制導(dǎo)致丘腦過度激活引起的，而痛覺過敏則是由神經(jīng)元去分化引起的中樞敏化[5]。研究發(fā)現(xiàn)腦卒中后神經(jīng)炎癥可引起繼發(fā)性腦損傷，通過激活小膠質(zhì)細胞、大腦常駐巨噬細胞以及募集外周血白細胞至周圍血腫區(qū)域[6]，釋放促炎細胞因子引發(fā)神經(jīng)炎癥，造成腦水腫、血腦屏障破壞、神經(jīng)功能損傷及鐵沉積[7]，參與CPSP的產(chǎn)生和維持。并且腦出血后神經(jīng)元凋亡可誘導(dǎo)中性粒細胞和白細胞浸潤，進一步加重炎癥損傷。促炎因子也可通過神經(jīng)元-膠質(zhì)細胞相互作用調(diào)節(jié)疼痛反應(yīng)[8]。隨著神經(jīng)炎癥在神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域的廣泛研究，為CPSP作用機制的探索提供了新思路。

2 膠質(zhì)細胞參與CPSP的發(fā)生發(fā)展(見表1)。

2.1 小膠質(zhì)細胞 小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)中主要的免疫細胞，在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機制中起關(guān)鍵作用。活化的小膠質(zhì)細胞可引發(fā)多種先天防御機制，包括毒性碎片的吞噬作用、抗原加工和呈遞以及多種細胞因子的釋放，促進CNS神經(jīng)纖維的激活和敏化，導(dǎo)致疼痛傳遞增強[9]。此外，小膠質(zhì)細胞激活產(chǎn)生的促炎細胞因子、活性氧中間體、蛋白酶和補體蛋白，造成神經(jīng)元損傷。抑制小膠質(zhì)細胞活化或增殖的靶向藥理學(xué)干預(yù)措施可減輕神經(jīng)性、炎癥性和術(shù)后疼痛[10]，是CPSP疾病治療中的重要策略。

2.1.1 P2X7/P2X4受體 P2X4/P2X7受體(P2X4/P2X7receptors,P2X4R/P2X7R)均表達于小膠質(zhì)細胞表面，可被三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)或嘌呤核苷酸激活[11]。腦出血后ATP激活P2X7R可直接促進IL-1β的下游分泌，促進Ca2+釋放導(dǎo)致谷氨酸能易化性降低，使大腦前扣帶回皮質(zhì)和內(nèi)側(cè)丘腦區(qū)神經(jīng)元出現(xiàn)高興奮性導(dǎo)致CPSP產(chǎn)生[12]。丘腦出血后腦組織損傷，活化的小膠質(zhì)細胞表面的P2X4R激活導(dǎo)致p38絲裂原活化蛋白激酶磷酸化，使腦源性神經(jīng)生長因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)釋放，出現(xiàn)機械痛和熱痛敏異常[13]。因此認為小膠質(zhì)細胞上P2受體家族的激活可能是導(dǎo)致CPSP痛覺過敏的原因。

2.1.2 CX3C趨化因子受體1(CX3CR1) CX3C趨化因子受體1(CX3C chemokine receptor 1，CX3CR1)主要表達于小膠質(zhì)細胞[14]。研究發(fā)現(xiàn)在 CX3CR1 敲除小鼠中可觀察到神經(jīng)元興奮性突觸后電位異常、突觸傳遞能力減弱及突觸重建缺陷等[15]，提示膠質(zhì)細胞的激活常常伴隨神經(jīng)元活性的改變。因此，對神經(jīng)炎癥的治療要同時調(diào)節(jié)多種細胞共同發(fā)揮抗炎作用，緩解疼痛的產(chǎn)生。在腦出血的研究中發(fā)現(xiàn)使用CX3CR1的特異性抑制劑PLX3397可以有效剔除CNS的膠質(zhì)細胞，從根本上抑制腦內(nèi)膠質(zhì)細胞的聚集以及外周免疫細胞的浸潤，緩解腦損傷[16]。

因此本綜述提出假設(shè)選擇CX3CR1的特異性抑制劑PLX3397剔除卒中后小膠質(zhì)細胞是否也可以有效緩解CPSP的產(chǎn)生？小膠質(zhì)細胞P2X4和P2X7受體和CX3CR1可能成為治療CPSP的潛在靶點。聚焦小膠質(zhì)細胞可能成為治療CPSP的新方向。

2.2 星形膠質(zhì)細胞 在CNS損傷疾病中，星形膠質(zhì)細胞參與形成血腦屏障，限制炎性細胞進入腦實質(zhì)，可抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)[17]。因此，研究CPSP模型中星形膠質(zhì)細胞在神經(jīng)炎癥中至關(guān)重要。

2.2.1 基質(zhì)細胞衍生因子1(SDF1/CXCL12) CPSP模型中基質(zhì)細胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1/chemokine C-X-C motif chemokine 12，SDF1/CXCL12)由活化的星形膠質(zhì)細胞釋放，通過與其受體CXCR4信號結(jié)合，促進早期的神經(jīng)元持續(xù)釋放促炎癥介質(zhì)TNF-α、IL-6和IL-1β，激活小膠質(zhì)細胞，并參與小膠質(zhì)細胞-星形細胞-神經(jīng)元相互作用引起的神經(jīng)炎癥微環(huán)境維持CPSP[18]。

2.2.2 縫隙連接蛋白43(Cx43) 縫隙連接蛋白43(Cx43)是星形膠質(zhì)細胞特異性連接蛋白，也可以作為星形膠質(zhì)細胞激活的轉(zhuǎn)換分子，釋放ATP和谷氨酸等星形膠質(zhì)細胞激活介質(zhì)，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)產(chǎn)生[19]。腦出血時，血紅蛋白刺激Cx43磷酸化導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞構(gòu)象發(fā)生變化，下調(diào)Cx43從而抑制星形膠質(zhì)細胞的增殖分化[20]。

2.2.3 G-蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs) 星形膠質(zhì)細胞表達多種G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)， GPCRs的活化可影響突觸活動和可塑性，調(diào)節(jié)該信號可能有助于維持長期的神經(jīng)性疼痛[21]。DHA是一類G蛋白偶聯(lián)受體的配體，在局灶性腦缺血后DHA可能是通過激活提高細胞存活率的信號級聯(lián)來實現(xiàn)細胞存活和長期修復(fù)，從而有效改善行為缺陷，減少梗死體積和水腫[22]。

2.2.4 白細胞介素-17(interleukin-17，IL-17) 研究發(fā)現(xiàn)在不同CNS炎癥狀態(tài)中可檢測到IL-17，并參與多發(fā)性硬化和自身免疫性腦脊髓炎相關(guān)的神經(jīng)病理性疼痛[23]。IL-17A可以通過誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞自噬相關(guān)蛋白5(autophagy related 5，ATG5)和ATG7的自噬，從而促進炎癥反應(yīng)，也可以直接導(dǎo)致內(nèi)皮細胞釋放趨化因子，從而增加白細胞遷移、血腦屏障通透性，造成大腦損傷[24]。

在腦卒中模型中星形膠質(zhì)細胞上Cx43、GPCRs、IL-17均可參與神經(jīng)炎癥反應(yīng)或直接調(diào)節(jié)神經(jīng)病理性疼痛，我們推斷星形膠質(zhì)細胞上的多種分子靶點可能參與與調(diào)節(jié)CPSP的發(fā)生發(fā)展。

2.3 少突膠質(zhì)細胞 少突膠質(zhì)細胞約占全部膠質(zhì)細胞的5%～10%[25]，脊髓損傷時少突膠質(zhì)細胞過度增生釋放大量IL-33激活ST2受體介導(dǎo)的脊髓小膠質(zhì)細胞與神經(jīng)病理性疼痛細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑[26]。腹腔注射重組IL-33可減輕脊髓脫髓鞘損傷，減少T細胞浸潤和促炎因子TNF-α在脊髓中的表達[27]。目前丘腦出血研究中少突膠質(zhì)細胞是否參與CPSP的產(chǎn)生尚未見報道，通過研究少突膠質(zhì)細胞表面不同分子靶點在疼痛中的作用，是CPSP的研究和治療提供新方向。

表1 膠質(zhì)細胞參與疼痛的分子機制

3 小 結(jié)

本文綜述了3類膠質(zhì)細胞參與疼痛的分子靶點及其與神經(jīng)元之間的相互作用，闡明了膠質(zhì)細胞參與CPSP的神經(jīng)炎癥發(fā)病的機制，為CPSP的病理機制研究提供了新方向，為開發(fā)更為有效的CPSP藥物提供新的可能性，抗炎治療可能是腦出血后CPSP一種潛在的治療策略。鐵死亡、細胞自噬、焦亡是近年發(fā)現(xiàn)的新型細胞死亡形式。在腦出血后期，活化的小膠質(zhì)細胞分解血紅蛋白產(chǎn)生過多亞鐵，引發(fā)神經(jīng)炎癥反應(yīng)[28]。鐵死亡是否參與CPSP的發(fā)生發(fā)展，值得深入探討。在創(chuàng)傷性腦損傷急性期，炎癥及焦亡相關(guān)蛋白(caspase-1、GSDMD)增加，消除caspase-1后可明顯抑制創(chuàng)傷性腦損傷引起的焦亡[29]。通過抑制細胞焦亡減輕神經(jīng)病理性疼痛，同樣值得探討。另外，ICH后的細胞自噬可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞激活參與ICH后炎癥反應(yīng),通過調(diào)節(jié)細胞自噬功能可緩解疼痛癥狀[30]。在卒中后自噬是否參與和調(diào)節(jié)CPSP發(fā)生發(fā)展有待進一步研究。