病理性疼痛机制的研究进展

李雁楠，王艳红，张年萍

(1.山西医科大学，山西太原 030012;2.山西大同大学，山西 大同 037009)

病理性疼痛是指在伤害性刺激消除后仍然有疼痛的持续存在，按病因可分为炎症性痛、神经病理性痛和癌痛三类。临床上一些炎症、创伤、手术、肿瘤、糖尿病等都可以引起神经病理性疼痛，患者表现为持续性自发痛、触诱发痛和痛觉过敏。病理性疼痛的作用机制至今尚未完全阐明，但其中枢和外周机制已被学者认可，神经胶质细胞的作用也引起了人们的重视，现在学者们正致力于研究其发生和维持的细胞、分子水平的机制。本文将就病理性疼痛的机制中这几个方面进行综述。

1 病理性疼痛的中枢和外周机制

1.1 外周敏感化和中枢敏感化

组织损伤可使机体出现两种反应即外周敏感化和中枢敏感化。外周敏感化是初级感觉神经元的敏感性增加，对刺激产生夸大的疼痛反应和扩大了感受野。可能与炎性介质(如5-HT、缓激肽、K+等)的释放、神经异位冲动、交感神经和免疫系统的调节等方面有关。中枢敏感化是损伤或强烈刺激作用于初级传入纤维引起脊髓背角神经元之间的突触传递可塑性发生变化，使得背角神经元兴奋性持续升高和出现痛觉过敏。研究认为初级感觉神经元的外周敏感化和脊髓背角神经元的中枢敏感化是痛觉过敏发生的基础，是病理性疼痛的主要机制。

1.2 痛觉过敏的相关因素

痛觉过敏即伤害性刺激引起的疼痛增强，可分为热痛觉过敏和机械性痛觉过敏。

1.2.1 兴奋性氨基酸(EAAs)及其受体 中枢神经系统中最重要的两种内源性EAAs是L－谷氨酸(GLu)、L－天冬氨酸(Asp)，它们都是兴奋性神经递质。兴奋性氨基酸受体可分为离子型受体和代谢型受体。与痛觉过敏有关的离子型受体是N－甲基－D－天冬氨酸受体(NMDA)和使君子酸(AMPA)受体，NMDA受体激活使突触后膜钙离子内流增加，进而引发细胞内的一系列代谢变化导致热痛觉过敏。Schmidt［1］的实验和Wong等［2］的研究表明用NMDA受体拮抗剂和抑制NMDA受体都可抑制EAAs的兴奋作用降低痛觉过敏。代谢型受体(mGluRs)是与G－蛋白耦联，调节细胞内的第二信使。代谢型受体与AMPA的共同激活随之的磷脂酶A2(PLA2)和环氧合酶(COX)的激活引起机械性痛觉过敏。Fujita等［3］研究表明，在疏松结扎大鼠下牙槽神经的痛觉过敏模型上，三叉神经核尾侧EAAs水平升高，牙齿触痛敏感性增加。因此，EAAs及其受体参与了痛觉过敏的发生。

1.2.2 蛋白激酶C(PKC)与伤害性刺激 PKC以无活性形式广泛存在于细胞质。大鼠足底注射佛氏佐剂可引起大鼠脊神经元PKC上调，使大鼠对伤害性刺激的反应增强。大鼠鞘内注射双吲哚马来酰胺(PKC抑制剂)可减少足底注射福尔马林引起的搔抓反应。结扎大鼠坐骨神经引起热痛觉过敏的模型中，其PKC水平明显增高。这些实验都表明，PKC参与了痛觉过敏的形成。Chiu等［4］实验研究也表明，控制大鼠脊髓背角的NMDA水平给予可卡因和安非他明调节转录肽(CARTp)，大鼠对伤害的反应性增强，主要是通过PKC和PKA信号通道完成的。

1.2.3 一氧化氮(NO)与热痛觉过敏 Chacur等［5］实验表明，伤害性刺激使坐骨神经疼痛模型的大鼠脊髓内神经元型一氧化氮合酶(nNOS)增多，引起NO在病变的神经末梢内增多。Chen等［6］研究也表明，弗氏佐剂所致的热痛觉过敏的模型中NOS的升高使细胞因子(如TNF-α、IL-1、SP等)表达上调，这些细胞因子作用于突触前末稍释放伤害性神经递质EAAs，同时作用于突触后背角传入神经元，使其敏感性增强，EAAs受体被激活，表达增高，使钙离子内流增加，细胞内钙离子水平升高激活了NOS，使NO的合成增多，NO使神经元内环磷酸鸟苷(cGMP)生成增多，是中枢敏感化的基础［7］。热痛觉过敏的形成主要与NMDA受体的激活和随后的PKC、NO、cGMP级联反应有关。

2 神经胶质细胞与病理性疼痛的机制

近来的研究表明:神经胶质细胞(包括星形胶质细胞和小胶质细胞)在病理状态下，通过特异性受体介导而被激活，激活的胶质细胞释放大量神经活性物质和促炎细胞因子(如 IL-1、IL-6、TNF-α 等)，这些物质作用于突触末稍，使伤害性神经递质(如SP、EAAs、神经营养因子、趋化因子等)大量释放，作用于痛觉神经元，使其敏感性和反应性增强，产生并维持病理性疼痛;此外，促炎细胞因子还可通过自分泌和旁分泌的方式产生级联放大效应，使病理性疼痛扩大化［8］。有研究显示，疼痛调控中脊髓胶质细胞还能释放一些其他强效的神经调质，如趋化因子及其受体(CCL2/CCR2CXCL1/CXCR2、CX3CL1/C X3CR1、CCL21/CXCR3)作为神经元和胶质细胞相互调控的介质参与神经病理性疼痛的调节［9］。

3 病理性疼痛的分子机制

现阶段对病理性疼痛的研究已经发展到细胞分子水平。已经知道多种离子型和代谢型受体参与病理性疼痛的痛觉过敏。各种信号转导通路，如激活丝裂原活化蛋白激酶、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白、核转录因子－κB等，通过诱发基因表达的改变来调控长时程的痛觉过敏。现在又发现了一些新的受体和各种信号转导通路。

3.1 P2X7受体与病理性疼痛

P2X7受体是嘌呤能离子通道型受体7，执行机体重要的生理功能，同时在炎症痛、神经病理性疼痛和癌痛中也有重要的作用。P2X7受体被细胞外ATP激活后使细胞外的Na+、Ca2+内流和K+外流，其中以Ca2+内流为主;同时激活的P2X7受体还能促进多种炎症介质的释放，如 IL-1β、IL-18、IL-6和 TNF-α 等，其中IL-1β诱导环氧合酶-2(COX-2)、NOS和其他物质生成，从而引起痛觉过敏。Ferrari等［10］在缺乏P2X7受体的巨噬细胞中，没有发现ATP促进IL-1β释放的现象，没有痛觉过敏的发生;Chassell等［11］研究敲除小鼠P2X7受体基因后，发现结扎部分坐骨神经引起的疼痛模型中未能出现痛觉过敏;Honore等［12］发现，应用P2X7受体拮抗剂可以抑制多种脊髓神经元的放电，能缓解神经病理性疼痛且与拮抗剂剂量呈正相关。大量文献报道P2X7受体在原发性肿瘤(如骨肿瘤、多发性骨髓瘤、成神经细胞瘤、乳腺癌等)中有高水平的表达［13］。

3.2 MAPK信号转导通路与病理性疼痛

许多研究证明:伤害性刺激引起背根神经节和脊髓背角神经元的可塑性变化中，丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号转导通路是细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，能将细胞外各种信号传导至细胞内，是细胞内主要的信号转导系统。

MAPK是p38-ERK-JNK信号传导通路主要包括p38、细胞外调节蛋白激酶(ERK)和氨基末端激酶(JNK)家族。p38信号传导通路参与神经病理性疼痛TNF-α等的合成，进而参与痛觉过敏;损伤可以激活背根神经节和脊髓背角神经元的ERK信号传导通路，通过调节基因转录而参与中枢和外周敏感化的维持，还与机体痛情绪信息加工有关;IL-1β、TNF-α等作用于胶质细胞也可激活胞内的JNK信号通路引起多种细胞趋化因子的表达，从而激活背角神经NMDA受体使痛觉敏感性增强。

3.3 PI3K-Akt-mTOR信号转导通路与病理性疼痛

人们对于PKC和PKA在病理性疼痛中的作用比较熟悉，现在逐步认识到蛋白激酶B(PKB)也参与了病理性疼痛的作用机制。研究证明PI3K-Akt-mTOR信号转导通路在疼痛信号调制中起重要作用。Akt也称蛋白激酶 B，是 PI3K的直接靶基因，mTOR作为PI3K-Akt信号通路的分子，广泛参与各种病理性疼痛模型中神经突触可塑性的形成以及疼痛信号的传导。

Xu等［14］在角叉菜胶及甲醛溶液致炎的大鼠模型的中发现，大鼠出现痛觉过敏的同时PI3K-Akt-mTOR信号转导通路被激活，分别给予PI3K、Akt、mTOR的抑制剂后，痛觉过敏的症状明显改善。Ying等［15］的研究证明，甲醛可通过PI3K信号转导通路活化TRPV1蛋白参与骨癌痛的形成。目前，越来越多的学者关注PI3K-Akt-mTOR信号转导通路在疼痛信号调制中的作用，但是关于这一信号通路具体的机制仍不清楚。

4 总结与展望

神经系统中，神经元的可塑性变化在神经病理性疼痛的发展和维持中有重要意义。因此，神经病理性疼痛临床治疗的发展一直以神经元为靶点，虽然某些药物，如阿片类镇痛药、钠通道阻滞剂、三环类抗抑郁药和NMDA受体拮抗剂等，有一定的疗效，但只能暂时缓解患者的疼痛，但不良反应较多，极大地限制了他们的使用［16］。

近期的动物实验研究发现，一些胶质细胞功能调节剂(如星形胶质细胞抑制剂和小胶质细胞抑制剂)和神经炎症的抑制剂(IL-10、TNF-α抑制剂、ATP受体拮抗剂、TLR拮抗剂等)都对实验动物产生镇痛作用［17］。这些细胞分子水平的研究将有助于进一步揭示炎性痛、神经病理性疼痛及癌痛等病理性疼痛的作用机制，也将给临床治疗疼痛提供新的方向。

［1］Schmidt AP，Tort AB，Silveira PP，et al.The NMDA Antagonist MK-801 Induces Hyperalgesia and Increases CSF Excitatory Amino Acids in Rats:Reversal by Guanosine［J］.Pharmacol Biochem Behav，2009，91:549-553.

［2］Wong CS，Wu GJ，Chen WF，et al.N-Methyl-D-aspartate Receptor Antagonist d-AP5 Prevents Pertussis Toxin-inducedalterations in Rat Spinal Cords by Inhibiting Increase in Concentrations of Spinal CSF Excitatory Amino Acids and Downregulation of Glutamate Transporters［J］.Brain Res Bull，2009，80:69-74.

［3］Fujita T，Kamisaki Y，Yonehara N.Nitric Oxide-induced Increase of Excitatoryamino Acid Levels in the Trigeminal Nucleus Caudalis of the Rat with Tactilehypersensitivity Evoked by the Loose-ligation of the Inferior Alveolar Nerves［J］.Neurochem，2004，91:558-567.

［4］Chiu HY，Lin HH ，Lai CC.Potentiation of Spinal NMDA-mediated Nociception by Cocaine-and Amphetamine-regulated Transcript Peptide via PKA and PKC Signaling Pathways in Rats［J］.Regul Pept，2009，158:77-85.

［5］Chacur M，Matos RJ，Alves AS，et al.Participation of Neuronal Nitric Oxide Synthase in Experimental Neuropathic Pain Induced by Sciatic Nerve Transaction［J］.Braz J Med Biol Res，2010，43:367-376.

［6］Chen Y，Boettger MK，Reif A，et al.Nitric Oxide Synthase Modulates CFA-induced Thermal Hyperalgesia through Cytokine Regulation in Mice［J］.Mol Pain，2010，6:13.

［7］Serio R，Zizzo mg，Mule F.Nitric Oxide Inducesmuscular Relaxation via Cyclic GMP-dependent and-independent Mechanisms in the Longitudeinal Muscle of the Mouse Duodenum［J］.Nitric Oxide，2003，8(1):48-52.

［8］孙 珊，高俊鹏，吕 宁.胶质细胞与病理性疼痛［J］.细胞生物学杂志，2007，29(6):826-830.

［9］高永静，张志军，曹德利.趋化因子介导的神经炎症反应和神经病理性疼痛［J］.中国细胞生物学学报，2014，36(3):297-307.

［10］Ferrari D，Pizzirani C，Adinolfi E，et al.The P2X7 Receptor:A Key Player in IL-1 Processing and Release［J］.J Immunol，2006，176(7):3877-3883.

［11］Chessell IP，Hatcher JP，Bountra C，et al.Disruption of the P2X7 Purinoceptor Gene Abolishes Chronic Inflammatory and Neuropathic Pain［J］.Pain，2005，114(3):386-396.

［12］Honore P，Donnelly-Roberts D，Namovic MT，et al.A －740003［N-(1-{［(cyanoimino)(5-quinolinylam-ino)methyl］amino}-2，2-dimethylpropyl)-2-(3，4-dimethoxyphenyl)acetamide］，a Novel and Selective P2X7 Receptor Antagonist，Dose-dependently Reduces Neuropathic Pain in the Rat［J］.J Pharmacol Exp Ther，2006，319(3):1376-1385.

［13］Lukk M，Kapushesky M，Nikkila J，et al.A Global Map of Human Gene Expression［J］.Nat Biotechnol，2010，28(4):322-324.

［14］Xu QH，Fitzsimmons B，Steinauer J，et al.Spinal Phosphinositide 3-kinase-Akt-mammalian Target of Rapamycin Signaling Cascades in Ammation-induced Hyperalgesia［J］.J Neurosci，2011，31:2113-2124.

［15］Ying H，Yan L，You W，et al.Formaldehyde Upregulates TRPV1 through MAPK and PI3K Signa-ling Pathways in a Rat Model of Bone Cancer Pain［J］.Neurosci Bull，2012，28:165-172.

［16］Dworkin RH，Backonja M，Rowbotham MC，et al.Advances in Neuropathic Pain:Diagnosis，Mechanisms，and Treatment Recommendations［J］.Arch Neurol，2003，60(11):1524-1534.

［17］Gao YJ，Ji RR.Chemokines，Neuronal-glial Interactions，and Central Processing of Neuropathic Pain［J］.Pharmacol Ther，2010，126(1):56-68.