NGF/ TrKA 信號通路在膝骨關節炎疼痛中的研究進展

李明超 王培民 殷松江 張 力 黃正泉 邢潤麟

1.江蘇省昆山市第三人民醫院骨科，江蘇昆山 215300；2.南京中醫藥大學附屬醫院骨傷科，江蘇南京 210029

膝關節骨關節炎（knee osteoarthritis，KOA）是引起膝關節疼痛的主要原因[1]，60 歲以上人群中，約9.6%的男性和18.0%的女性患有癥狀性骨關節炎[2]，該病已成為公共衛生的挑戰[3]。目前尚無有效阻止該病進展的治療方法[4-5]。阻斷神經生長因子（nerve growth factor，NGF）對減輕KOA 疼痛有較好療效，引起了臨床對NGF及其主要功能受體原肌球蛋白受體激酶A（tropomyosin receptor kinase A，TrKA）和下游分子的關注。NGF 激活疼痛傷害感受的疼痛信號，引起疼痛和痛覺敏化。阻斷NGF及其受體后，疼痛減輕。本文圍繞NGF/TrKA 通路及其下游分子與KOA 疼痛的關系作一綜述。

1 KOA 疼痛機制

疼痛傷害感受器廣泛分布于皮膚、肌肉、關節，可對機械、溫度、化學刺激等產生應答，并將信息傳遞到中樞神經。長期慢性疼痛使神經纖維激活的閾值降低，在較低的炎癥刺激時即可被激活，引起痛覺敏化。KOA 疼痛包括炎癥性疼痛和神經病理性疼痛，其神經生物學機制尚未闡明，但兩者之間相互影響[6]。

2 NGF/TrKA 通路與KOA 疼痛

NGF 可調節神經元的生長發育，對慢性疼痛、KOA 疼痛有重要作用。TrKA 是NGF 的特異性高親和力受體。NGF與TrKA 結合激活Ras/MAPK、PI3K/Akt、PLCγ 等多種信號通路[7]（圖1A），對神經元的發育和存活以及痛覺具有重要作用。缺乏NGF 會導致深度痛覺喪失；缺乏TrKA 時不僅對疼痛刺激沒有反應，還伴有無汗和智力低下[8]。

有研究發現，向大鼠后足局部注射NGF，會引起痛覺過敏，注射促進TrKA 激活的非NGF 因子也會引起痛覺過敏；而使用TrKA 抑制劑可阻止NGF 引起的痛覺過敏[9]。NGF 呈TrKA 依賴性地誘導的膝關節痛覺敏感性[10]，這表明NGF 通過TrKA 誘導疼痛和痛敏反應。

當膝關節局部機械應力增加或受到刺激時，免疫細胞合成NGF 增多，刺激肥大細胞表達組胺、5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、H+及釋放更多的NGF，形成正反饋環路（圖1A）。NGF 又可進一步激活瞬時感受器電位香草酸受體1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1）和其他離子通道，導致膝關節痛覺過敏[11]。

3 NGF/TrKA 通路與KOA 疼痛相關病理變化

KOA 早期，疼痛為活動后加重，休息可緩解；中期，疼痛時間增加，出現夜間痛；晚期，多為持續疼痛、靜息性疼痛。這種不同時期的不同疼痛表現，可能與病理變化不同有關。KOA 患者關節液和血液中NGF與TrKA 的表達也隨疾病進展而增加[12]，提示NGF/TrKA 通路與KOA 疼痛相關的病理變化有關。

3.1 痛覺敏化

痛覺敏化是KOA 疼痛的主要原因之一[13]，分為外周敏化和中樞敏化。NGF、TrKA 結合后，一方面促進Ca2+內流傳導疼痛，調節TRPV1 過表達；另一方面，NGF/TrKA 復合體轉運至背根神經節（dorsal root ganglion，DRG），影響DRG 神經元中TRPV1 的表達和激活，觸發電壓門控鈉通道、緩激肽受體、酸敏感離子通道，參與DRG 中傷害感受器表面受體的表達，引發外周敏化[14]（圖1B）。同時，NGF/TrKA 通路可促進神經末梢釋放降鈣素基因相關肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）、P 物質（SP）、痛覺肽等。這些神經肽又與中樞神經元相關受體結合，產生中樞敏化（圖1C）。

圖1 NGF/TrKA 信號通路與KOA 疼痛、痛覺敏化的關系

3.2 炎癥

膝關節鏡檢查中，50%以上的KOA 患者有滑膜炎表現[15]。滑膜組織含有較多的TrKA 陽性神經纖維，因此，NGF/TrKA 通路可能通過滑膜炎癥引起痛覺敏化。Neogi 等[13]在對KOA 的研究中，證明KOA 中的滑膜炎可導致廣泛的痛覺敏化。

白細胞介素1β、轉化生長因子β 等炎癥因子，可直接作用于疼痛傷害感受器，產生炎癥性疼痛；持續的炎癥性疼痛引起外周敏化，敏化的神經末梢又可引起促炎因子分泌增加，形成惡性循環。這種炎癥性疼痛與神經病理性疼痛之間的相互作用，可能是晚期KOA 疼痛反復發作、難以治愈的原因。

3.3 血管生成

血管生成，即從先前存在的血管生長出新的血管，是急性炎癥向慢性炎癥轉變的關鍵步驟。在KOA患者的滑膜和軟骨交界處可觀察到血管生成和感覺神經分布，這些新生血管周圍的神經纖維含有SP 和CGRP，具有促進血管形成和引起疼痛雙重作用。

NGF/TrKA 通路促血管生成作用表現在：①NGF與內皮細胞表面TrKA 受體結合刺激內皮細胞增殖和毛細血管形成；②促進感覺神經末梢SP 和CGRP的釋放，刺激血管生成；③NGF與巨噬細胞上的TrKA結合可釋放血管內皮生長因子，刺激血管生成。見圖2。

圖2 NGF 的促血管生成作用

3.4 神經芽生

NGF 可誘導外周和中樞神經纖維芽生。研究發現，NGF/TrKA 通路可影響骨軟骨交界處的感覺神經密度，通過抑制TrKA 可以減少骨軟骨交界處的感覺神經密度[16]。用MRI 對骨髓損傷區域的微陣列分析顯示，骨髓損傷區域促神經生長和炎癥的相關基因均上調，最終神經與新血管生長并穿透關節軟骨，使正常無神經支配的軟骨結構有了新的疼痛感受器[16]。

3.5 軟骨損傷

軟骨退變是KOA 的基本病理改變，KOA 早期患者軟骨中NGF 水平較低，而晚期NGF 水平升高[17]。NGF 和TrKA 的表達隨KOA 階段進展而增加。NGF通過增加硫酸黏多糖和基質金屬蛋白酶的釋放，增加軟骨內基質的降解，參與軟骨退變[18]。

4 NGF/TrKA 通路相關藥物

4.1 西藥進展

許多學者希望通過靶向NGF/TrKA 通路緩解疼痛[19]。目前，阻斷該通路主要有以下方式：①NGF 抑制劑，可同時阻止NGF與TrKA 和p75NTR 兩種受體的作用[19]；②抑制NGF與TrKA 結合；③選擇性抑制TrKA[20]。

4.2 中藥進展

部分天然藥物也可通過抑制NGF/TrKA 通路下游信號分子TRPV1 起到止痛作用，如蜂毒能通過抑制大鼠DRG 中TrkA/TRPV1 通路起到鎮痛作用[21]。但選擇性TRPV1 拮抗劑多具有體溫增高等不良反應[22-23]，局部外用藥未出現該類效應[24]，具有更好的安全性。

5 結論及展望

目前，仍沒有可以逆轉KOA 病理進程的藥物或方法。KOA 疼痛機制復雜，涉及多種關節結構[25]。有學者將KOA 分類為炎癥表型、疼痛表型和代謝表型，這種分類有助于確定不同病理特征[4]、制訂個體化治療方案[26]，對于炎癥表型為主者，以抑炎藥物為主；對伴有神經病理性疼痛者，可結合阻斷痛覺敏化的藥物。

X 線檢查可反映KOA 的病程進展，但與KOA 疼痛程度相關性較弱[27]。隨著MRI 應用，發現滑膜炎癥、骨髓損傷、關節積液等病理改變與疼痛程度相關性較高[13,28]，兩種檢查的影像主要在滑膜、軟骨、骨髓水腫、積液等病理改變的成像中有差異，其中滑膜組織大多表達TrKA，骨髓水腫時NGF、TrKA 表達增加，由此可以發現MRI 能評估疼痛可能與NGF/TrKA通路有關。

NGF 通過促進炎癥因子分泌和誘導神經元敏化來增加疼痛[28]。由于大分子抗NGF 單克隆抗體同時抑制NGF與P75NTR 受體的生理功能，存在安全隱患，增加關節置換機會[19]，因此美國食品藥品監督管理局一度停止了抗NGF 的臨床試驗[29]。通過選擇性抑制TrKA 或其下游信號通路[30]，可有效地緩解疼痛和痛覺敏化，又不阻斷NGF與p75NTR 結合的生理功能，具有安全性上的優勢。

綜上所述，KOA 疼痛與炎癥和痛覺敏化有關。炎癥主要表現為滑膜炎，可促進KOA 病程進展[31]，通過治療可減輕炎癥性疼痛[32]；NGF/TrKA 信號通路與外周敏化關系密切，可加重炎癥環境，是晚期KOA 疼痛反復發作的關鍵點。目前針對NGF/TrKA 信號通路開發的藥物表現出較好的緩解疼痛作用，同時暴露出一些副作用，對該類藥物的研發仍不成熟，對該通路進一步研究，可能為減輕KOA 疼痛、研發新型藥物等提供新的思路。