基于TRPA1離子通道探討中藥干預腰椎間盤突出癥的分子機制

楊云云，藺海生，楊超強，齊 鑫

甘肅中醫(yī)藥大學研究生院（蘭州 730030）

瞬時受體電位A1（transient receptor potential A1, TRPA1）于1999 年被發(fā)現(xiàn)于肺成纖維細胞中，首次被命名為跨膜結構蛋白1，其基因位于人類染色體8q13，由29 個外顯因子組成[1]。與瞬時受體電位（transient receptor potential, TRP）其他家族成員相似，TRPA1 是一種同源或異源四聚體非選擇性陽離子通道，尤其對Ca2+具有更好的滲透性[2]。TRPA1 離子通道的激活可通過介導Ca2+內(nèi)流導致細胞內(nèi)電位變化，而異常電位變化可將刺激性痛覺感受從外周上傳至中樞或介導相關神經(jīng)肽的釋放，產(chǎn)生炎癥介質(zhì)，增強離子通道的放電效應，從而產(chǎn)生疼痛[3]。

腰椎間盤突出癥（lumbar disc herniation,LDH）是由于纖維環(huán)破裂、髓核突出，使臨近神經(jīng)根受到刺激，從而產(chǎn)生腰、腿疼痛及下肢麻木等臨床表現(xiàn)[4]。據(jù)報道，成年人LDH 患病率為2%～3%，35 歲以上的男性發(fā)病率約4.8%、女性約2.5%，部位以L4-L5、L5-S1 最常見，約占95%[5-6]。LDH 發(fā)病率呈逐年上升趨勢，其病程長、復發(fā)率高，難以獲得根治性治療效果，嚴重影響患者的工作能力和生活質(zhì)量[7]。疼痛是LDH 發(fā)病過程中最主要且頑固的癥狀，慢性疼痛則是其癥狀復雜變化的過程，LDH 仍是世界性診療難題之一[8]。本文通過TRPA1 離子通道探討中藥干預LDH 的分子機制，為臨床診療尋求新思路及方法。

1 TRPA1概況

TRPA1 作為一種傷害性化學感受器，廣泛存在于初級感覺神經(jīng)元亞群中（如背根神經(jīng)、迷走神經(jīng)、三叉神經(jīng)及結狀神經(jīng)節(jié)），其主要表達于無髓的C 纖維和有髓的Aδ 纖維中，有時也在大的有髓纖維中表達，并將神經(jīng)沖動上傳于中樞進行整合[9-11]。TRPA1 在外周神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)中均存在，但主要定位于前者神經(jīng)元上[12]。TRPA1 面對一定程度的低溫、機械、化學、炎癥介質(zhì)等刺激時被激活，導致Ca2+內(nèi)流，細胞膜去極化和細胞內(nèi)Ca2+的濃度增加，進而調(diào)節(jié)相關通道激活和脫敏以及多種信號通路，將多種有害刺激轉(zhuǎn)化為電信號向上傳導至中樞并將興奮轉(zhuǎn)至全身，最終形成疼痛等感受[9]。

2 炎性介質(zhì)與TRPA1在LDH中的作用

近年來，研究發(fā)現(xiàn)LDH 是一種與衰老相關的慢性炎癥性疾病，其特點是組織細胞密度降低、炎性反應增強、結構和力學的改變等，從而影響載荷分配，引發(fā)疼痛等癥狀。

TRPA1 作為TRP 家族與感覺生理學有關的唯一成員，能夠被自身免疫炎癥、化學炎癥介導因子所激活，產(chǎn)生痛覺超敏或過敏現(xiàn)象，在疼痛的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。而由于神經(jīng)根的束膜不發(fā)達，TRPA1 易被炎性刺激而激活神經(jīng)根上的傷害感受器，引發(fā)神經(jīng)元的電生理改變，導致致痛、致敏[13]。緩激肽是傷害性離子通道的主要炎癥調(diào)節(jié)劑，通過磷酯酶（PLC）和蛋白激酶A（PKA）的方式敏化TRPA1 離子通道，引發(fā)疼痛和增加神經(jīng)元對持續(xù)刺激的敏感性[14]。前列腺素是另一種與炎癥有關的炎癥介質(zhì)，通過延長致痛因子的敏感性提高神經(jīng)末梢的痛覺，且其相對于等量的緩激肽、組胺的致炎作用約高10 倍[15]。LDH 患者術中切除的椎間盤中存在白介素-1（interleukin-1, IL-1）、腫瘤壞死因子-α（tumour necrosis factor-α, TNF-α）等炎癥因子，且在自體髓核移植無壓迫LDH 大鼠中發(fā)現(xiàn)，IL-1、TNF-α 等炎癥因子濃度水平呈升高趨勢[16]。研究發(fā)現(xiàn)，因髓核的突出壓迫刺激神經(jīng)根后，TNF-α、IL-1 等促炎因子大量釋放，并進一步促進炎癥細胞的聚集、激活，長期的炎癥刺激導致纖維環(huán)、髓核細胞的破壞，增強破骨細胞表達，誘導椎間盤細胞的凋亡等[17-18]。

TRPA1 在參與椎間盤退變中可被炎癥介質(zhì)所介導而誘發(fā)慢性疼痛[19]。炎癥因子在免疫細胞浸潤下激活膠質(zhì)細胞而產(chǎn)生，不僅直接作用于傷害性觸發(fā)器，而且通過調(diào)節(jié)其他潛在的傷害分子激活或增敏神經(jīng)元上相關受體，使傷害性感受器興奮，產(chǎn)生動作電位加重炎性反應，促進疼痛的發(fā)生及疾病的發(fā)展[20]。IL-1、TNF-α 等多由巨噬細胞、肥大細胞、軟骨細胞、纖維環(huán)細胞、髓核細胞等分泌，具有分解代謝、促炎、影響細胞衰老、自噬、軟骨細胞增殖相關基因的表達，通過調(diào)節(jié)傷害性離子通道，增強胞內(nèi)信號傳導速度刺激背根神經(jīng)節(jié)，產(chǎn)生有害代謝并進一步促進炎癥的產(chǎn)生，引發(fā)痛覺過敏[21-23]。而突出的髓核引發(fā)自身免疫系統(tǒng)的激活，使機體產(chǎn)生免疫應答，分泌IL-1、TNF-α 等炎癥因子，導致突出的髓核組織周圍出現(xiàn)炎性浸潤，并啟動相關信號轉(zhuǎn)導通路，通過興奮初級傷害性感受器產(chǎn)生動作電位，從而引發(fā)疼痛的發(fā)生發(fā)展[24]。虞思聰?shù)劝l(fā)現(xiàn)，LDH 大鼠體內(nèi)炎癥因子水平明顯升高，通過藥物抑制治療后，炎癥因子水平上調(diào)及痛覺過敏受到抑制[25]。研究發(fā)現(xiàn)，對實驗小鼠足底注TNF-α，引發(fā)TRPA1介導的機械性痛敏，而通過應用TRPA1 拮抗劑HC-030031 可減少機械痛敏[26]。因此，TRPA1 整合了傷害性刺激并調(diào)節(jié)對疼痛、炎性的反應。

3 中藥干預TRPA1離子通道抑制疼痛的可能機制

TRPA1 離子通道與機體生理活動密切相關，當其異常開放時，機體則出現(xiàn)發(fā)炎、疼痛等不適，當對其進行相關藥物抑制后，上述不適癥狀可明顯緩解或消失，故尋找TRPA1 離子通道相關拮抗劑成為近年來藥物研發(fā)的熱點。TRPA1 拮抗劑為一些復雜成分的無機或有機化合物，如慶大霉素、樟腦、釕紅、薄荷醇等，且對其他離子通道有抑制作用[27]。而中藥單體、中藥復方在疼痛治療中有著重要作用，其有效活性成分能夠顯著抑制多種炎癥介質(zhì)，從而緩解炎癥性疼痛，而TRPA1 離子通道能夠被炎癥介質(zhì)刺激所激活，因此中藥對TRPA1 離子通道開放具有一定的抑制可行性。

中藥具有多種有效活性成分，具有抗炎、止痛等功效。嗎啡是中藥罌粟提取的堿性物質(zhì)，主要作用于阿片受體，通過阻滯Ca2+通道，抑制腺苷酸環(huán)化酶的信號傳導，減少神經(jīng)遞質(zhì)的釋放水平，起到鎮(zhèn)痛作用[28]。姜黃素為中藥姜黃活性提取物，具有抗炎止痛等作用，研究發(fā)現(xiàn)，其能提高大鼠坐骨神經(jīng)損傷后機械痛域值，且與濃度呈正相關性[29]。沒藥具有很好的抗炎作用，能夠降低前列腺水平及福爾馬林所致的炎癥反應[30-31]。人參中的人參皂苷能夠減輕P 物質(zhì)引發(fā)的疼痛，而糖蛋白為人參另一種活性成分，通過抑制前列腺素等炎癥相關介質(zhì)起到止痛作用[32]。黃芩素是一種脂氧合酶抑制劑，通過抑制炎癥介質(zhì)IL-6、TNF-α 的表達及p-p38、p-JNK、MAPK 信號通路的激活，發(fā)揮減輕痛敏反應及機械性異常疼痛的作用[33]。

中藥復方同樣具有抗炎、止痛的功效。研究發(fā)現(xiàn)，獨活寄生湯可通過抑制炎癥介質(zhì)前列腺素E2、TNF-α、IL-6 水平表達，起到很好的抗炎鎮(zhèn)痛效果[34]。烏頭湯記載于《金匱要略》，具有散寒、止痛、祛濕的功效，王丹華等研究發(fā)現(xiàn)其能通過調(diào)節(jié)背根神經(jīng)中TRPA1 的表達，提高機體痛域值水平[35]。麻黃附子細辛湯方出自《傷寒論》，馬韜等研究發(fā)現(xiàn)該方具有多種有效活性成分，能對IL-1α、TNF-α 等釋放起到抑制作用[36]。當歸拈痛湯具有清熱利濕、祛風止痛的功效，多應用于類風濕性關節(jié)炎、關節(jié)痛的治療，通過抑制TNF-α、IL-1β 等的表達水平發(fā)揮抗炎、止痛作用[37]。附子理中湯、防己黃芪湯等中藥復方具有顯著的抗炎、止痛療效，且機制多與抑制相關炎癥因子表達，提高機體痛域值有關。

TRPA1 離子通道作為初級傷害性化學感受器，在有害刺激下被激活，誘發(fā)異常動作電位，造成機體痛域值降低，將疼痛信號異常增大并上傳至中樞神經(jīng)系統(tǒng)形成疼痛感受。目前，一些中藥單體或中藥復方的活性成分可通過調(diào)節(jié)相關炎癥介質(zhì)、細胞信號傳導通路，減少組織中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，抑制TRPA1 通道的磷酸化或其他修飾，進而降低其對有害刺激的敏感性，直接或間接地調(diào)節(jié)該通道在神經(jīng)末梢的表達，促使神經(jīng)元的興奮性降低，從而改善疼痛癥狀或其他感覺異常。因此，基于TRPA1 相關特性，運用相關拮抗劑，通過早期干預TRPA1 離子通道，不僅能緩解LDH 患者的疼痛癥狀，還能遏制慢性疼痛的發(fā)生發(fā)展及患者認知、情緒等改變。

4 小結

LDH 導致的疼痛嚴重影響患者生活質(zhì)量，可以基于TRPA1 離子通道的化學特性，抑制炎癥表達，降低痛覺過敏，控制疼痛發(fā)生發(fā)展以達到治療目的。目前，TRPA1 痛敏機制多為臨床前研究，臨床中的研究相對較少。大量臨床前研究顯示，TRPA1 與疼痛的發(fā)生發(fā)展存在一定關聯(lián)性，以炎癥介質(zhì)為誘因，以TRPA1 為治療靶點，運用相關拮抗劑達到抗炎、止痛療效，為LDH 的治療開辟新的路徑。臨床中非甾體抗炎藥在抗炎、止痛方面雖有一定治療效果，但其副作用較大，且無法控制機體病理狀態(tài)下的痛敏現(xiàn)象，而中藥具有高效低毒的相對優(yōu)勢，且其有效活性成分能對疼痛介導相關炎癥因子發(fā)揮抑制作用，控制炎癥的發(fā)生發(fā)展，提高機體的疼痛閾值，起到抗炎鎮(zhèn)痛作用。目前，中藥止痛還存在中藥成分復雜、起效慢及機體相關致敏通路領域（如TRPA1、TRPV1）研究不足等問題。因此，今后需要加大中藥在致敏TRPA1 離子通道等相關領域的研究及中藥拮抗劑的研發(fā)運用，通過對單味中藥和中藥復方進行藥物篩選，利用細胞實驗、動物實驗評估其對TRPA1 離子通道的影響，并結合網(wǎng)絡藥理學輔助預測和篩選中藥化合物與該通道的相互作用機制，后期通過臨床研究評估其臨床療效及安全性。針對中藥的優(yōu)勢，TRPA1 拮抗劑值得深入探究，進一步為LDH 等疼痛相關疾病的治療提供更多治療思路及新的治療方法。