電壓門控鈉通道在慢性疼痛藥物發現中的研究進展

羊健，楊清云，孫水根，馮怡，張繼全

疼痛被定義為與實際或潛在組織損傷相關的不愉快的感覺和情感體驗，而慢性疼痛即為持續三個月及以上的疼痛，可導致殘疾、痛苦和身體障礙。目前世界范圍內，約有20%的人口受慢性疼痛影響，其中肌肉、骨骼類疾病是最常見的原因。運用藥物緩解或減輕疼痛已成為最簡單、便捷、有效的方法，具體來說，有治療傷害性疼痛的非甾體消炎藥和對乙酰氨基酚、治療神經性或中樞敏感疼痛的三環類藥物和5-羥色胺-去甲腎上腺素再攝取抑制劑、治療重度癌痛或其他絕癥疼痛的阿片類藥物等十數種。然而，“阿片類危機”正被越來越多的學者認同［1］，且許多藥物在治療神經病理性疼痛等慢性痛時效果并不理想，研發出安全有效、止痛效果迅速的鎮痛藥物成為目前亟待解決的問題。

電壓門控鈉通道（VGSCs）由一個中心α亞基和一個或多個輔助β亞基組成，α-亞基包含四個重復的同源單位（Ⅰ～Ⅳ），每個重復單位由α-螺旋跨膜片段（S1～S6）發展而來。在哺乳動物中共有9個功能性α-亞基，使VGSCs分為九個亞型（Nav1.1～Nav 1.9）。根據通道對河豚毒素（TTX）的敏感性分類，Nav1.1-1.4、Nav1.6和Nav1.7是TTX敏感的通道（TTX-S），可被納摩爾濃度的TTX阻斷；Nav1.5，Nav1.8和Nav1.9是TTX耐受的通道（TTX-R），被高濃度TTX所抑制。

近年來國內外研究結果顯示，VGSCs阻滯劑存在明顯鎮痛效果［2］，與疼痛相關的鈉通道亞型分別有Nav1.1、Nav1.3、Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9。但由于廣譜鈉通道阻滯劑并非僅阻滯上述通道亞型，在阻滯與骨骼肌相關的Nav1.4、與心肌相關的Nav1.5時將產生嚴重的副作用。而各亞型的α-亞基都具有接近同源的拓撲結構，這使得為特定的Nav通道設計選擇性阻滯劑變得困難。本研究全面概括了Nav1.1、Nav1.3、Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9與慢性疼痛的關系，整理羅列出已被證實安全有效的選擇性鈉通道阻滯劑，并基于經典的藥物開發思路系統性描述其研究方法，為選擇性鈉通道阻滯劑的開發提供參考。

1 電壓門控鈉通道亞型與慢性疼痛

1.1 Nav1.1與 慢 性疼 痛Nav1.1由SCN1A基 因 編輯，并主要在CNS表達，也存在于周圍神經系統，該通道相關的疾病或者綜合征有中間神經元功能性喪失導致的癲癇、偏頭痛、自閉癥等。Nav1.1尚未被認為是慢性疼痛機制的重要參與者，但其在機械性疼痛中發揮的作用正逐漸被發掘。2016年，Osteen等［3］利用Heteroscodra maculata蜘蛛毒素對該通道的選擇性激活，發現表達Nav1.1的有髓鞘Aδ纖維是特定形態的痛覺感受器，激活后引發非神經源性的強烈疼痛，并對機械刺激產生嚴重的超敏反應。同時，Nav1.1在腸易激綜合征小鼠模型中觀察到的機械痛超敏反應中發揮重要作用。因此，可以認為，Nav1.1在急性疼痛和機械性疼痛中起重要作用，但不參與炎癥性疼痛。近期研究發現，給予眶下神經慢性收縮損傷大鼠CA-121431（Nav1.1通道阻滯劑）后，三叉神經中Nav1.1通道選擇性表達上調，逆轉了神經損傷誘導的機械性超敏反應，為治療三叉神經等周圍神經損傷相關疼痛提供了全新治療靶點［4］。有研究也表明，周圍神經損傷后背根神經節（DRG）中Nav1.1表達上調，提示其參與了神經性疼痛的發生［5］。

1.2 Nav1.3與慢 性疼 痛Nav1.3由SCN3A基因 進行編輯，同Nav1.1通道一樣主要表達于CNS。與Nav1.3可能相關的疾病或者綜合征有癲癇、神經病理性疼痛。Nav1.3在成年人大腦中存在廣泛的表達，并被認為在從樹突到軀體的突觸信號傳播、軸突動作電位開始前的體細胞電信號整合中發揮作用［6］。大鼠產生神經損傷或炎癥反應后，外周感覺神經元的Nav1.3水平會增加，表明該通道可能在疼痛中發揮作用。在糖尿病神經病理性模型大鼠上進行軸突切開手術后，觀察到DRG神經元中高水平的Nav1.3 mRNA誘導，同時Nav1.6、Nav1.8、Nav1.9 mRNA也存在異常表達［7］。在坐骨神經慢性縮窄性損傷模型（CCI）大鼠上，脊髓背角痛覺神經元的Nav1.3表達上調，脊髓鞘內靶向給予Nav1.3的反義寡核苷酸可降低mRNA和蛋白表達，減弱了外周神經損傷后的疼痛行為［8］。有研究證實眶下神經慢性收縮損傷大鼠的三叉神經節中Nav1.3表達上調，同時 伴 隨Nav1.7、Nav1.8和Nav1.9表 達 下 調［9］。Nav1.3相應基因缺失的突變小鼠在慢性收縮損傷后也表現出冷熱痛和機械痛的減弱［10］。有研究推測，Nav1.3表達的上調可能與神經損傷誘導的TTX-S電流增加有關，這種電流通常在干預后的DRG神經元中出現［11］。

與此同時，具有鈉通道調節作用的生物制品及活性化合物也可側面證明Nav1.3對慢性疼痛的影響。作為以SCN3A基因為主要靶點的內源性非編碼RNA，miR-30b、miR-214、miR-183等過表達后顯著減輕了手術誘導的神經性疼痛，說明通過調節Nav1.3表達的方式可參與了神經性疼痛治療過程［12-14］。在天然藥物方面，草烏甲素可通過對神經損傷模型大鼠背根神經節中Nav1.3、Nav1.7通道的阻滯減緩其神經性疼痛［15］。

然而，Nav1.3通道在炎癥性疼痛中的作用尚未確定，同時其在神經性疼痛中的意義也存在爭議。NASSAR等［16］發現Nav1.3通道和痛覺感受器特異性敲除后小鼠表現出正常的炎癥性疼痛行為及神經性疼痛行為。截至目前，多數研究成果僅說明，在神經性疼痛的產生和持續過程中Nav1.3表達上調，但其在神經性疼痛行為中的參與程度研究較少。有研究亦表明，僅抑制Nav1.3亞型的表達不足以影響由神經損傷導致的痛覺超敏反應［17］。

1.3 Nav1.7與 慢 性疼 痛Nav1.7由SCN9A基 因 進行編輯，主要在外周感覺神經元、交感神經等PNS中表達，也可見于下丘腦神經元、嗅覺神經元等CNS中以及胰腺等非神經組織。該通道相關的疾病或者綜合征有陣發性極度疼痛、紅斑痛、先天性疼痛冷漠、嗅覺缺失等。作為疼痛產生及維持的重要參與者，許多文章闡述了嚙齒動物和人類的Nav1.7通道與疼痛障礙之間的強烈相關性。SCN9A基因缺失的突變導致正常小鼠和人類的先天性鎮痛，使Nav1.7通道正成為被廣泛關注的鎮痛藥物重要靶點。

有研究表明，后爪注射角叉菜膠、福爾馬林、完全弗氏佐劑、神經生長因子等藥物后誘導的急性機械痛或炎癥痛與Nav1.7鈉通道的表達息息相關［18］。在神經性疼痛中，Nav1.3表現為上調，而Nav1.7和Nav1.8則表達下調［19］。在外周感覺神經元細胞中，編碼Nav1.7的SCN9A完全性功能喪失、完全性或條件性基因敲除已被證明會降低對整體動物各種疼痛刺激的敏感性，同時減少脊髓寬動態神經元對有害刺激的放電［20］。當所有感覺、交感神經元中的Nav1.7缺失時，熱痛會消失，在神經性疼痛造模后機械痛超敏反應也會顯著降低［21］。

有趣的是，僅單獨使用Nav1.7外周靶向阻滯劑往往并不能復制上述基因突變小鼠的鎮痛作用，有學者認為Nav1.7缺失后引起的鎮痛關鍵位點并不在外周，可能與中樞末端的Nav1.7和相關阿片信號通路有關［22］。Goodwin、Mcmahon［23］也對部分鈉通道亞型在三個痛覺傳遞階段的貢獻程度進行分析，認為具有顯著鎮痛作用的鈉通道阻滯劑需要一定的血腦屏障透過能力。

Nav1.7通道在神經病理性疼痛中所發揮的作用尚未完全明晰。前期研究成果提示，具有相似疼痛表型的不同神經性病癥可能會通過不同的細胞和分子機制產生。Minett等［10］發現壓迫性損傷導致的神經性疼痛會因感覺神經元中Nav1.7缺失而消除，但神經切斷后導致的疼痛則需要使感覺、交感神經元中的Nav1.7同時缺失才能緩解疼痛。更有趣的是，無論Nav1.7或Nav1.8陽性痛覺感受器是否缺失，均不影響化療藥物奧沙利鉑誘發的疼痛和癌癥誘發的骨痛。因此，在單一疼痛表型的迷惑下，具有目的性地研發對癥治療藥物或進行合理的藥物聯合治療都需要對不同疾病機制的進一步探究。

1.4 Nav1.8與慢性疼痛Nav1.8由SCN10A基因進行編輯，僅存在于PNS的小直徑感覺神經元中，相關的疾病或者綜合征主要為有害性冷熱痛、小纖維神經病等。與急性、術后或化療引起的神經性疼痛狀態相比，Nav1.8似乎在神經損傷和炎性疼痛中有更多參與［24］。

大量研究表明，一系列與炎癥性疼痛相關的蛋白分子（蛋白激酶A和C、annexinⅡ輕鏈、某些接觸蛋白）可誘導Nav1.8的表達，通過敲低Nav1.8 mRNA也可有效減少與外周炎癥相關的疼痛行為［24］。在完全弗氏佐劑誘導的炎癥模型中，Nav1.8 mRNA的表達顯著增加［25］。在骨關節炎中，成骨細胞所分泌的前列腺素E2通過改變Nav1.8使DRG神經元增敏，在神經元中給予基因或藥物抑制Nav1.8后可以顯著減弱該炎癥的疼痛程度［26］。

在背根神經節（坐骨神經或脊神經收縮）或三叉神經節（三叉神經分支收縮）變化等嚙齒類動物模型中，Nav1.8通道同Nav1.3、Nav1.7一樣被顯著影響。編碼該通道的SCN10A基因功能喪失或敲除也可降低各種疼痛刺激的敏感性，而SCN10A顯性超形態突變的小鼠對有害刺激則具有更高敏感性［20］。另外，Nav1.8已被發現參與早期糖尿病神經病變的發展，會導致對有害的機械或熱刺激的異位痛和痛覺過敏。注射鏈脲佐菌素（誘導形成糖尿病模型）3 d后大鼠DRG中的Nav1.8表達增加，同時伴隨有神經元的高興奮性，并在兩周后達到極值［27］。

值得一提的是，該通道在內臟疼痛中也具有重要影響。在化學溶劑誘導的結腸炎癥中，表達Nav1.8的神經元細胞被抑制后可有效減弱模型小鼠的疼痛行為［28］，這與Nav1.8缺失小鼠腸內給予神經致敏化合物（辣椒素、芥子油）后表現的微弱疼痛行為及無相關痛覺過敏相一致［29］。

1.5 Nav1.9與 慢 性 疼 痛Nav1.9由SCN11A或SCN12A基因進行編輯，主要在小于30 μm的小直徑DRG神經元、三叉神經（TG）神經元和固有的肌腸神經元（主要是痛覺感受器）中表達，也存在于游離神經末梢、脊髓外層的中央末梢和IB4+神經元中。編碼Nav1.9相關基因突變后引發的疾病主要為炎癥性疼痛、周圍神經病變、偶發性慢性疼痛、痛感喪失等。與野生型小鼠相比，攜帶SCN11A相關突變的小鼠表現出更強的機械異位痛和熱超敏反應［30］。許多文獻表明，Nav1.9缺失突變小鼠對多種可誘導炎癥性疼痛的化合物及炎癥介質的敏感性均減弱。在神經性疼痛模型中，動物表現的多種疼痛行為受到Nav1.9表達上調的影響［31］。計算機模擬結果也認為，即使是低密度的Nav1.9通道也可以調節背角中的神經遞質釋放從而調節疼痛［32］。

Nav1.9在外周痛覺感受器中優先表達，暗示該通道選擇性阻滯劑可能在避免CNS副作用（如鎮靜、混亂和成癮潛能）的情況下緩解炎癥性或外周神經性疼痛。

2 VGSCs阻滯劑臨床前驗證方法

電生理實驗仍是檢驗電壓門控鈉離子通道阻滯劑的“金標準”。在初步驗證時，秉承“簡單有效”的原則，通常會對急性分離的模型動物背根神經節（DRG）神經元或穩定表達疼痛相關受體的細胞（如HEK293T、hNav1.7-CHO細胞等）進行了全細胞膜片鉗記錄，通過篩選給藥后每種通道類型的電流變化來判斷［33］。具體來說，峰值電流是全細胞膜片鉗實驗的重要數據，通過與對照組進行對比，可以發現藥物是否抑制鈉通道電流形成、是否呈濃度依賴性；其次，鈉通道激活和失活時的動力學屬性及恢復屬性（偏移值V1∕2、斜率因子k）同樣會被納入參考，常通過激活曲線和穩態失活曲線的偏移值判斷藥物對通道激活、失活狀態的影響。

除此以外，通過蛋白質印跡法（Western blotting）、定量聚合酶鏈反應（qPCR）可分別確定相關鈉通道亞型的蛋白、mRNA表達變化。

在通過電生理等體外方法發現藥物對通道的阻滯活性后，用于整體動物上的研究需要選取合適的疼痛模型及行為學判斷指標。考慮到相關鈉通道阻滯劑在治療外周神經病變及炎癥性疼痛上具有很大優勢，完全弗氏佐劑等誘導的炎癥痛模型、背根神經節（坐骨神經或脊神經收縮）或三叉神經節（三叉神經分支收縮）變化等神經性痛模型常被使用。而與慢性疼痛疾病不相似的其他模型（如神經切斷模型等）則更多在研究鈉通道亞型自身機制時出現。

另外，VGSCs阻滯劑開發時對藥物安全性的研究也應被優先重視。該廣譜類藥物常因嚴重的心血管、肌肉系統副作用而被飽受詬病，缺乏通道選擇性是VGSCs阻滯劑進入臨床的主要障礙。

3 治療慢性疼痛的選擇性VGSCs阻滯劑的藥物開發

隨著VGSCs配體受體相互作用的結構決定因素、鈉通道配體的原子作用機制和狀態依賴性質被闡釋清楚，越來越多的選擇性通道阻滯劑被開發并進入臨床試驗階段。目前，正處于臨床試驗階段的Nav1.7阻滯劑主要有Vixotriginea（CNV1014802或BIIB074）、PF-05089771、BIIB095、GDC-0276、RG6029（GDC-0310）、ASP1807（CC8464）、DSP-2230，但僅有Vixotriginea、PF-05089771進入Ⅱ期臨床，其中Vixotriginea臨床試驗的適應證為三叉神經痛等，可明顯降低病人疼痛發作次數。PF-05089771的臨床試驗適應證為糖尿病周圍神經病變和牙科術后疼痛，目前證據表明其耐受性良好，與治療相關的不良事件被歸類為輕度，最常報告的是口周感覺異常、面部潮紅和頭暈等［34］。正進入臨床試驗受試的Nav18阻滯劑有PF-04531083、PF-06305591、VX-150，且均已進入Ⅱ期臨床。其中VX-150治療小纖維神經病效果良好，且不良反應發生率低。遺憾的是，由于Nav1.1、1.3在慢性疼痛中的參與程度低、Nav1.9高表達細胞制備困難，并未有相應阻滯劑進入大眾視野。同時基于各通道亞型對疼痛的影響機制，目前選擇性VGSCs阻滯劑的藥物開發主要集中于炎癥性疼痛和外周神經病理性疼痛方向，對于由惡性腫瘤引起的復雜癌痛、偏頭痛等的應用前景仍有待探討。

4 總結

隨著“阿片類危機”和神經性疼痛的難治被愈發重視，慢性疼痛的治療已成為世界范圍內研究人員的難題。現有研究表明，Nav1.7、1.8、1.9等電壓門控鈉通道亞型在炎癥性疼痛、神經病理性疼痛中發揮著不可或缺的作用，這也為新藥研發提供了理論依據。但相關實驗模型的缺失、部分研究結論不透徹甚至相互矛盾、部分候選藥物選擇性過低等仍是選擇性VGSCs阻滯劑的不足之處。相信更多的有關鈉通道與疼痛有關的信息將會在今后被發現，研發出具有副作用小，鎮痛作用良好且長效的選擇性鈉通道阻滯劑將成為可能。