基于小膠質信號通路的電針治療痛性糖尿病周圍神經病變研究進展

沈萍,楊婧瑜,周鑫

(1.湖州市第一人民醫院醫療保健集團八里店院區,湖州 313028;2.湖州市第一人民醫院醫療保健集團織里院區,湖州 313008;3.天津中醫藥大學,天津 301617;4.天津中醫藥大學第一附屬醫院,國家中醫針灸臨床醫學研究中心,天津 300193)

近年來,隨著經濟發展、人口老齡化問題的加重,糖尿病患病率不斷上升。截至目前,全球糖尿病患者約有3.7億,預計2045將達到6.93億[1]。糖尿病周圍神經病變(diabetic peripheral neuropathy, DPN)是糖尿病最常見的并發癥之一,其發病率高、致殘率高、臨床癥狀多變,約有半數以上的患者會發生 DPN,是糖尿病患者截肢的重要原因之一[2]。痛性糖尿病周圍神經病變(painful diabetic peripheral neuropathy,PDPN)是 DPN中的常見類型,約有 1/3的患者會發生PDPN,其主要表現為刺痛、灼痛、撕裂痛、電擊痛和感覺遲鈍,嚴重影響著糖尿病患者的生活質量,給社會和家庭帶來了沉重的負擔[3]。

PDPN疼痛的發病機制錯綜復雜,目前的研究認為其主要與相關電壓門控離子通道改變、脊髓小膠質細胞的活化、能量代謝障礙、感覺神經元過度興奮、心理因素等相關[4]。其中,脊髓小膠質細胞的活化在PDPN的發生發展中扮演著重要角色[5]。活化后的脊髓小膠質細胞釋放各種神經調節劑和神經活性物質,是 PDPN

疼痛形成的重要原因。近年來,針對小膠質細胞活化引起的PDPN疼痛的研究逐漸增多,抑制小膠質細胞活化也成了糖尿病神經痛領域研究的熱門課題。LIU B等[6]研究發現,電針可抑制大鼠脊髓小膠質細胞活化來緩解神經病理性疼痛。此外,1項多中心、隨機對照研究表明,電針對 PDPN有明顯的治療作用,能很大程度減輕患者的疼痛程度,改善患者睡眠狀態[7]。瞿思穎等[8]研究發現,脊髓背角小膠質細胞和腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)可能參與了大鼠糖尿病神經痛的產生與維持,電針可能通過減少DNP大鼠脊髓背角小膠質細胞表達和BDNF的表達產生鎮痛作用。電針不良反應小,是一種值得推廣的補充替代療法。該文就電針對脊髓小膠質細胞在PDPN中機制研究的最新進展進行綜述,從脊髓小膠質細胞活化參與PDPN的機制、電針調節信號通路轉導影響小膠質細胞活化等方面進行總結,為電針防治痛性糖尿病周圍神經病變的實驗學研究奠定基礎。

1 脊髓小膠質細胞活化參與PDPN的作用機制

在諸多的發病機制中,小膠質細胞的活化在 PDPN中的作用越來越受到關注,這一發現為糖尿病周圍神經痛的治療提供了新思路,它的活化參與了糖尿病神經痛的形成。

1.1 小膠質細胞的活化具有特異性

小膠質細胞隸屬于單核巨噬細胞家族,在神經免疫中起著重要作用,是最敏感的腦病理感受器,它的長期激活狀態能促進炎癥反應[9]。在正常狀態下,小膠質細胞處于靜止狀態,以較高的頻率伸縮細胞突起來監測周圍環境。一旦檢測到大腦損傷或神經系統功能障礙,小膠質細胞會迅速激活,改變其形態和功能迅速做出應答[10]。激活的小膠質細胞在形態學上表現為細胞體肥大、增厚,突起回縮,細胞數量增加,小膠質細胞標記物[如 CD11b和離子鈣結合銜接分子-1(ionized calcium binding adapter molecule 1, Iba1)]的表達增加[11]。在功能上,活化的小膠質細胞能迅速增殖、遷移和釋放活性氧(reactive oxygen species, ROS),同時也能爆發性分泌大量神經毒素和炎癥介質,進一步加重病理損害[12-13]。在創傷性神經痛中,小膠質細胞和星形膠質細胞分別負責啟動疼痛和維持慢性超敏反應。而與創傷性疼痛不同的是,高濃度葡萄糖可改變脊髓局部微環境,促進小膠質細胞的活化。1項體外研究表明,與低糖相比,高糖體外培養的小膠質細胞通過ROS、蛋白激酶 C(protein kinase C, PKC)和核轉錄因子(nuclear factor, NF)-κB信號通路使原代小膠質細胞培養基中的白細胞介素(interleukin, IL)-8表達呈時間依賴性上調,提示小膠質細胞被激活,而星形膠質細胞未見激活[14]。此外,在糖尿病大鼠中,持續異常激活的小膠質細胞能維持長達 6個月,而星形膠質細胞的數量反而減少[15]。TSUDA M等[16]研究發現,在鏈脲霉素(streptozotocin, STZ)誘導后第28天的糖尿病大鼠脊髓上,星形膠質細胞的標記物神經膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)與對照組相比并無顯著性差異;而小膠質細胞的標記物 Iba1、補體受體-3的單克隆抗體(clone name of monoclonal antibody of complement receptor type 3, OX-42)的免疫熒光強度與對照組相比明顯增強,鞘內注射細胞外信號調節蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)的抑制劑(U0126)可以減輕長期觸覺異常性疼痛。以上證據均表明了在高血糖狀態下,小膠質細胞的活化具有特異性。

1.2 活化的小膠質細胞參與疼痛過敏的產生

隨著表型的改變,激活的小膠質細胞釋放各種神經調節劑和神經活性物質,如 ROS、一氧化氮(nitric oxide, NO)、過氧亞硝酸鹽(peroxynitrite)、前列腺素(prostaglandins)和促炎細胞因子。該過程產生的NO可以在突觸后神經元傳遞痛信息,也可以擴散至突觸前的終末激活下游的信號轉導系統,從而增加突觸前神經遞質的釋放。同時,該過程伴隨絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)的磷酸化,產生一系列胞內外信號轉導,如 p38 MAPK,ERK和 c-Jun N氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK),均參與了疼痛過敏的產生[17-18]。相關報道證實了STZ誘導的糖尿病小鼠中脊髓小膠質細胞發生活化,且機械性異常性疼痛和熱痛覺過敏與小膠質細胞的活化是同步進行,說明糖尿病性疼痛的產生與脊髓小膠質細胞的活化有關。大鼠脊髓中 IL-1β和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)-α表達增加,給予小膠質細胞抑制劑后,可抑制 IL-1β和 TNF-α的增加以及大鼠的熱和機械超敏反應,這表明機械性異常性疼痛和熱痛覺過敏與脊髓背角中持續活化的小膠質細胞有關,抑制小膠質細胞活化可減輕熱和機械超敏反應[15,19]。羅向紅等[20]也通過比較注射小膠質細胞特異性抑制劑米諾環素后經典疼痛傳導通路中的神經遞質 P物質及小膠質細胞標志性蛋白補體受體-3(complement receptor type 3, CR3)表達的變化,發現注射米諾環素后,CR3表達減弱,脊髓背角P物質含量明顯增加,大鼠疼痛閾值回升,說明 PDPN的形成依賴于脊髓內激活的小膠質細胞。P物質作為神經源性疼痛的重要介質,在該病的治療中同樣發揮重要作用。

1.3 小膠質細胞參與PDPN疼痛的信號通路

小膠質細胞的活化必須是依賴細胞間信號傳遞作用而產生。在小膠質細胞活化過程中,表面多種活性“標記”蛋白的表達發生變化,包括 Toll樣受體(toll-like receptors, TLRs)、p38 MAPK、P2X受體等,這些蛋白表達的改變與PDPN的形成、持續和發展具有密切聯系。

1.3.1 TLRs信號通路

TLRs是一種模式識別受體,屬于Ⅰ型跨膜糖蛋白,在大腦中主要存在于小膠質細胞、星形膠質細胞[21]。在細胞炎癥模型中,TLR4/MAPKs信號通路被發現參與激活小膠質細胞,最終導致神經元炎性損害和神經病理疼痛的產生。而特異性抗TLR4抗體可以部分阻斷腦的神經炎癥過程,降低小膠質細胞的活化,減少促炎因子TNF-α和IL-β的表達[22]。選擇性5-羥色胺和去甲腎上腺素再攝取抑制劑度洛西汀通過下調脊髓背角TLR4表達,減輕大鼠糖尿病神經病理性疼痛[23]。

1.3.2 p38 MAPK信號通路

p38 MAPK信號途徑是MAPKs家族中重要的組成部分,有α、β、γ和δ4種異構形式。其中,p38α主要在小膠質細胞表達,p38β主要作用于星形膠質細胞[24]。活化的 p38是小膠質細胞合成和釋放細胞因子必須的,p38 MAPK的激活是糖尿病神經病變的重要途徑。CHENG K I等[15]研究表明,在DNP動物模型中,脊髓活化小膠質細胞中磷酸化 p38的表達增加可持續 6個月。YAMAGATA R等[25]使用ob/ob 2型糖尿病小鼠模型,以p38 MAPK誘發神經病理性疼痛,在注射p38 MAPK抑制劑(SB203580)后,疼痛明顯減輕,表明p38介導了PDPN疼痛產生。

1.3.3 P2X受體信號通路

P2X受體是 1種三磷酸腺苷(adenosine 5’-triphosphate, ATP)的配體門控性離子通道受體,P2X受體家族共有7種亞型(P2X1～P2X7),其中與神經性疼痛的傳導密切相關的是P2X3、PRX4、P2X7[26]。P2X4受體僅由小膠質細胞表達,在神經元細胞以及星形膠質細胞上都不存在[27]。TEIXEIRA J M等[28]研究證實背根神經節(dorsal root ganglia, DRG)表達的 P2X4受體參與了糖尿病誘導的大鼠神經病理性機械痛覺過敏,而注射 P2X4受體拮抗劑(PSB-15417)可逆轉這一過程。在中樞神經系統中,P2X7受體主要在小膠質細胞中表達。P2X7受體可與胞外ATP受體結合可逆開啟離子通道,引起Ca2+、Na+內流和K+外流。NI C M等[29]發現,P2X7受體主要在脊髓背角(spinal dorsal horn,SDH)的小膠質細胞中表達,其參與了 STZ誘導的小鼠糖尿病早期機械痛性神經病變。在痛閾下降期鞘內給予P2X7受體拮抗劑(A740003)可抑制糖尿病小鼠的痛行為。此外,P2X7受體基因敲除的糖尿病小鼠早期機械痛閾值下降的時間延遲,程度減輕。URSU D等[30]研究證實了編碼通道蛋白P2X7的基因P2RX7的單核苷酸多態性與糖尿病神經病理性疼痛有關,其功能的獲得與缺失和實際通道蛋白的表達有關。KATAOKA A等[31]報道了在大鼠糖尿病模型中,外源性高濃度 ATP通過激活 P2X7受體誘導活化 T細胞核因子(nuclear factor of activating T cell, NFAT)的活化,繼而促進小膠質細胞中 CC趨化因子配體 3(CC-chemokine ligand 3, CCL3)的釋放,導致大鼠機械性痛覺超敏。P2X3受體主要在DRG中的初級感覺神經元中表達,其參與多種神經性疼痛的傳導[32]。MIGITA K等[33]研究發現,DPN小鼠模型中,DRG神經元P2X3受體mRNA水平顯著升高,而注射P2X受體拮抗劑(PPADS和TNP-ATP)可抑制機械性痛覺異常,表明P2X3受體在PDPN中起了關鍵作用。目前尚無直接證據表明P2X3受體參與PDPN與小膠質細胞的激活是否有聯系。

2 電針調節信號通路轉導影響小膠質細胞活化

針刺鎮痛有著幾千年的臨床實踐經驗,我國現存最早的一部針灸學專著《針灸甲乙經》中就有“目痛暝,頭痛,齲齒,合谷全之”的記載。電針是在針刺的基礎上輔以電刺激,在針刺入腧穴得氣后,在針上通以微量電流波起到持續刺激穴位的作用。現代研究發現,電針對小膠質細胞的活化具有明顯的抑制作用。

2.1 電針抑制小膠質細胞活化的實驗學研究

李思思等[34]使用神經病理性疼痛大鼠模型,電針足三里、陽陵泉后痛閾顯著上升,小膠質細胞及 BDNF蛋白表達明顯減少,說明電針對神經病理性疼痛的鎮痛效果可能是通過抑制大鼠脊髓中小膠質細胞活化從而減少BDNF的表達產生作用。侯燕紅等[35]研究發現,電針刺激可能是通過下調大鼠脊髓背角細胞中糖原合成酶激酶 3β(glycogen synthase kinase 3β, GSK3β)表達,抑制小膠質細胞活化,減少炎性介質釋放,達到緩解慢性炎性疼痛的治療效果。

2.2 電針對小膠質細胞參與PDPN疼痛相關信號通路的干預作用

脊髓小膠質細胞的活化是糖尿病周圍神經痛形成的主要原因之一,神經遞質 P2X受體及信號轉導通路p38 MAPK、TLRs被認為與小膠質細胞活化及PDPN神經病理性疼痛的產生及持續具有密切聯系,而電針可以改變P2X受體的表達、抑制p38 MAPK及TLRs信號轉導通路,從而使脊髓小膠質細胞的活性發生了改變,緩解糖尿病周圍神經痛。

2.2.1 電針對TLRs信號通路的影響

趙鴻娣等[36]使用脊髓損傷小鼠模型,探討電針在小鼠運動功能修復中的抗炎機制。發現電針治療能有效促進脊髓損傷小鼠急性期運動功能的修復,其機制可能與下調炎性因子高遷移率族蛋白 B1(highmobility group box-1, HMGB1)、TLR4及 Iba1的表達水平,抑制小膠質細胞過度激活有關。ZHAO Y X等[37]研究發現電針通過抑制脊髓小膠質細胞活化和TLR4/NF-κB信號通路減輕紫杉醇誘導的神經性疼痛。但是,目前尚未有電針抑制TLRs信號通路、抑制小膠質細胞活化以治療糖尿病神經痛的直接研究。

2.2.2 電針對p38 MAPK信號通路的影響

小膠質細胞的活化參與了PDPN疼痛的形成,這與小膠質細胞活化后發生 MAPKs的磷酸化,產生一系列胞內外信號轉導等有關。在出現疼痛的動物中,可在其小膠質細胞中發現MAPKs磷酸化。p38 MAPK信號通路通常由細胞應激和促炎細胞因子激活,在炎癥反應中發揮關鍵作用[38]。可以通過抑制p38 MAPK的活性,降低炎性反應,抑制脊髓小膠質細胞激活,從而緩解疼痛過敏。ZHONG Y等[39]通過實驗證明在應用p38 MAPK抑制劑后,大鼠炎性細胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6表達下降,疼痛反應減輕,這表明p38 MAPK抑制劑可調控炎癥細胞因子的合成與釋放,能夠有效地緩解炎癥。電針可通過多種環節抑制炎性疼痛引起的小膠質細胞激活[40]。研究發現,電針可產生與p38 MAPK抑制劑類似的炎癥抑制反應,可抑制促炎性因子 TNF-α、IL-1β、IL-6的表達,降低膠質細胞標記蛋白如GFAP、Iba1的含量,從而抑制其活性[41]。楊歡[42]發現電針刺激足三里和三陰交能提高糖尿病神經病理性疼痛大鼠的痛閾,其機制可能與抑制脊髓p38 MAPK的表達有關。LIANG Y等[43]證實了電針抗痛覺過敏的中心機制與 p38 MAPK表達減少有關,他們還發現電針干預后,小膠質細胞特異性表達的OX-42含量顯著降低。

2.2.3 電針對P2X受體的調節作用

腦導水管周圍灰質(periaqueductal gray, PAG)位于中腦的腹側被蓋區,是聚集在中腦導水管周圍的神經細胞構成的灰質,是機體疼痛調制系統的重要位置,具有對疼痛的下行調控功能。研究發現,PAG中存在P2X7受體的表達,且P2X7受體參與了慢性神經病理性疼痛在中腦節段的調控[44]。XU J等[45]研究發現,電針療法顯著提高了疼痛閾值,抑制脊髓P2X7受體陽性(P2X7R+)小膠質細胞活化,繼而抑制其介導的 IL-1β和IL-18的過表達來緩解神經損傷誘導的觸覺異常性疼痛和熱痛覺過敏。CHEN X M等[46]證明神經損傷后過量釋放的干擾素-γ(interferon-γ, IFN-γ)會激活脊髓小膠質細胞,表達P2X4受體(P2X4R+)的小膠質細胞是神經損傷誘導的疼痛超敏反應發病機制中的關鍵細胞中介。而電針療法能顯著抑制神經損傷引起的 IFN-γ釋放并隨后降低 P2X4受體表達來改善周圍神經損傷后的觸覺異常性疼痛。

3 討論

小膠質細胞的活化在PDPN中扮演著重要角色。高濃度葡萄糖可以改變脊髓局部微環境,促進小膠質細胞的活化。而激活的小膠質細胞合成并釋放神經活性分子和促炎細胞因子,誘導脊髓傷害性感受神經元過度興奮,致使PDPN的進一步加重,形成惡性循環[16]。小膠質細胞激活依賴于體內多種蛋白傳遞信息,包括TLRs、P2X受體、p38 MAPK等。PDPN發生時,這些蛋白的表達均發生了改變,且這種變化與小膠質細胞的激活存在聯系。電針是在針刺的基礎上輔以電刺激,在針上通以微量電流波起到持續刺激穴位的作用。文章列舉的諸多研究表明,電針對于糖尿病神經病理性疼痛具有顯著的治療作用,其機制可能與調節 TLRs、P2X受體、p38 MAPK等信號通路,抑制小膠質細胞的激活有關。

從目前的研究來看,基于小膠質信號通路的電針治療 PDPN的研究不多,尚且存在著一些不足,①此項研究大多停留在動物實驗層面,缺乏大樣本、多中心的臨床研究。②諸多基礎研究中,僅闡明干預方法,未進一步說明電針取穴及刺激量。而腧穴的選擇和刺激量是臨床取得療效的關鍵因素。筆者認為,今后可以在探明最佳穴位與機制的基礎上,進行標準化隨機對照試驗(randomized controlled trials, RCTs)研究,并開展系統評價,夯實電針治療PDPN的循證學依據。將取得較好療效的臨床取穴處方應用于基礎,研究探索其內在機制。同時,可逐步探索有效刺激強度的評價指標,規范腧穴的選擇。總之,電針療法治療PDPN具有可行性,其臨床應用前景廣闊,實用性高,值得臨床推廣。