脊髓胶质细胞参与糖尿病神经病理性疼痛的研究进展*

郭艳娇,刘培雯,牛　娟,刘晓红 综述,曾俊伟 审校

(遵义医学院生理学教研室/贵州省麻醉与器官功能保护重点实验室，贵州遵义 563000)



脊髓胶质细胞参与糖尿病神经病理性疼痛的研究进展*

郭艳娇,刘培雯,牛娟,刘晓红 综述,曾俊伟△审校

(遵义医学院生理学教研室/贵州省麻醉与器官功能保护重点实验室，贵州遵义 563000)

[关键词]糖尿病神经病理性疼痛；脊髓背角；胶质细胞

糖尿病是由于胰岛素分泌缺陷和(或)胰岛素作用障碍所致的以高血糖为特征的代谢性疾病。30%～50% 的糖尿病患者会出现糖尿病神经病理性疼痛(diabetic neuropathic pain,DNP)，表现为自发痛、痛觉过敏和异常性疼痛，这对患者的身心健康造成了很大危害[1]。以往研究认为，由于持续高血糖、长期代谢紊乱、神经营养不足、外周炎症因子以及氧化应激造成的外周Aδ神经纤维和C类神经纤维损伤是患者发生DNP的重要原因。脊髓背角含有丰富的神经递质、神经肽及其受体，是脊髓中神经结构和化学组成最复杂的区域，也是各种感觉的初级整合中枢[2-3]。近年研究表明，存在于脊髓的胶质细胞也参与了DNP的发生与维持。本文就目前这方面的进展综述如下。

1脊髓星形胶质细胞参与DNP

星形胶质细胞不仅为神经元提供结构、代谢和功能上的支持，也可以通过参与突触形成、释放神经活性物质调节神经元突触传递效能。以往的基础与临床研究表明，在病理性痛刺激状态下，星形胶质细胞激活后产生并释放大量神经活性物质和前炎性细胞因子，作用于突触前终末，增强初级传入神经末梢伤害性神经递质的释放及痛信息的传递；作用于突触后背角痛觉传递神经元，增强其敏感性和反应性，使神经元兴奋性增高，促进脊髓水平的痛觉过敏。

自发的糖尿病动物模型有db/db小鼠、ob/ob小鼠、KKAy小鼠、肥胖Zuckerfa/fa大鼠、GK大鼠以及NSY小鼠等。其中，db/db小鼠是Leptin受体基因缺陷导致的先天性2型糖尿病(T2DM)小鼠，具有高血糖、高血脂、胰岛素抵抗等特性，其发病进程与人T2DM很相似，故常用来研究DNP的发生机制[4]。在db/db T2DM小鼠出生6周后出现机械痛敏，在8周后即可形成持久的机械痛敏；与此相对应，db/db小鼠出生后6周脊髓背角星形胶质细胞中胶质纤维酸性蛋白(GFAP)表达上调，在第8周GFAP表达上调达顶峰。鞘内注射特异性的星形胶质细胞活性抑制剂l-α-氨基已二酸(LAA)可以有效缓解db/db小鼠的机械痛敏行为，这表明，背角星形胶质细胞参与了db/db小鼠DPN的发病环节。进一步实验观察到，给予活性氧清除剂α-苯基-N-叔丁基甲亚胺-N-氧化物(PBN)可明显抑制db/db小鼠脊髓背角星形胶质细胞GFAP表达上调，并减轻其痛敏症状，这提示氧化应激可能是诱发背角星形胶质细胞活化的重要因素[5]。在db/db小鼠，伴随背角星形胶质细胞活化，白细胞介素-1β(IL-1β)表达和NR1(NMDA受体亚单位)磷酸化在第6周同步增强，在第8周达顶峰；其中，IL-1β高选择性表达于背角星形胶质细胞，在神经元和小胶质细胞无明显表达；而NR1主要表达于背角神经元。鞘内注射LAA抑制星形胶质细胞活化，则IL-1β和NR1表达同步下调。由此，Liao等[5]人推测，在db/db T2DM小鼠，当伤害性信息到达脊髓时，背角星形胶质细胞激活，IL-1β表达上调并释放，作用于感觉神经元IL-1β受体后可以促进神经元NMDA受体激活，促进痛觉信息进一步向高级中枢传递。因此，IL-1β作为上游星形胶质细胞激活的被动产物，可以提高下游背角感觉神经元的激活。此外，伴随db/db小鼠的痛敏行为，在第8周，脊髓背角的大多数星形胶质细胞和少数神经元均可观察到ERK1/2磷酸化增强，其中ERK1磷酸化更为显著；鞘内注射ERK 活性抑制剂U0126(不影响MAPK和JNK磷酸化)缓解db/db小鼠的机械痛敏、热痛敏行为，同时ERK1/2磷酸化也明显减弱。在第8周，db/db小鼠足底注射福尔马林后同侧脊髓背角ERK1磷酸化增强比ERK2磷酸化更为明显[6]。提示ERK1磷酸化在星形胶质细胞活化、功能增强中可能起了重要作用。因此，抑制脊髓背角星形胶质细胞激活，减轻炎症因子释放可能成为治疗DNP的重要策略。

近年研究发现，鞘内注射高迁移率族蛋白1(high-mobility group box 1，HMGB1)中和抗体则可明显减轻db/db小鼠痛敏症状，并抑制脊髓背角HMGB1的表达。HMGB1是一种存在于真核细胞核内的非组蛋白染色体结合蛋白，由于其在聚丙烯酞胺凝胶电泳(PAGE)中迁移速度快而得名。免疫组织化学染色结合免疫印迹实验观察到，在db/db小鼠，脊髓背角HMGB1表达水平明显上调，其上调可能与糖尿病高血糖介导的氧化应激有关[7-8]；伴随肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-1β、白细胞介素-6(IL-6)和单核细胞趋化因子-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)明显上调。在生理条件下，星形胶质细胞释放的促炎性细胞因子非常的少，并不足以激活神经元；但是，当出现外周神经纤维损伤时,往往脊髓背角星形胶质细胞活化，形态发生改变，释放大量神经活性物质，转而作用于神经元，影响神经元功能活动，调节突触传递效能，参与DPN的形成。对于HMGB1参与糖尿病神经痛的机制，目前认为，Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)2、TLR4和糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)均高度表达于db/db小鼠脊髓背角星形胶质细胞，HMGB1可以通过结合这些受体激活星形胶质细胞，诱发TNF-α、IL-1β、IL-6 和MCP-1这些炎症因子释放，随后转而作用于脊髓背角神经元N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体，调节突触传递效能，促进中枢痛敏。同时，星形胶质细胞的激活又可以促进HMGB1释放，作用于自身，促进星形胶质细胞持久激活，形成正反馈，促进中枢痛敏的长时程维持[9]。

2脊髓小胶质细胞参与DNP

小胶质细胞是中枢神经系统的一种免疫活性细胞。在正常情况下，小胶质细胞呈静止态的分支状，外周神经损伤后小胶质细胞受到刺激就会发生形态上的改变，分化成活化态阿米巴状；并伴随功能上的改变，产生和分泌一系列促炎因子[10-11]，Iba-1、OX-42(小胶质细胞标记物)等也得到明显上调。这些促炎因子往往可以提高神经元的敏感性，从而影响其突触传递，导致神经病理性疼痛的发生。在链脲菌素(STZ)注射诱发的1型糖尿病(T1DM)大鼠、Albino-Swiss小鼠模型中，脊髓背角小胶质细胞激活，其形态和功能发生改变，细胞数目增多，形态肥大、突起加粗回缩，C1qmRNA上调，Iba-1/OX-42表达增强。鞘内注射小胶质细胞活性抑制剂米诺环素可以减轻其痛敏症状，同时Iba-1/OX-42表达下降[12-13]。糖尿病大鼠口服加巴喷丁可抑制脊髓背角小胶质细胞的激活，与米诺环素类似，也可减轻其神经痛症状并使Iba-1/OX-42的表达有所下降[14]。然而，运用免疫组织化学和免疫印迹观察到，在db/db T2DM小鼠，背角小胶质细胞OX-42表达无增强，也未发生形态上的改变；鞘内注射米诺环素也不能缓解db/db小鼠的神经痛症状。研究造成这种差异的原因很可能在于动物物种的差异[5]。相应地，在针对T1DM动物的神经痛发生机制的研究并不采用db/db小鼠，而采用STZ诱发的大鼠或其他小鼠模型。

近年研究观察到，胰高血糖素样肽-1受体、嘌呤受体、大麻素CB2受体以及激肽B1受体等均表达于脊髓背角小胶质细胞，与DPN的形成密切相关。首先，鞘内注射米诺环素不仅可以抑制STZ诱导的糖尿病大鼠背角激肽B1受体、IL-1β、TNF-α和TRPV1表达上调；其中，IL-1β和TNF-α可以通过NF-κB的核转位而诱导B1受体表达上调。另外，鞘内注射米诺环素还可抑制des-Arg9-BK(激肽B1受体激动剂)和P物质(NK1受体激动剂)诱发的糖尿病大鼠痛敏行为；鞘内应用B1R拮抗剂(SSR240612 或R-715)可以逆转糖尿病大鼠时间依赖性的触觉和冷刺激痛觉超敏，同时背角IL-1β、TNF-α和TRPV1表达下调[13]。胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)受体激动剂WB4-24可以刺激糖尿病大鼠脊髓小胶质细胞释放β-endorphin，从而发挥镇痛效应；WB4-24发挥的镇痛效果可被GLP-1受体拮抗剂和GLP-1受体基因敲除完全阻断[15]。此外,鼻内和腹腔内应用CB2受体激动剂可以明显抑制STZ诱发的糖尿病CD1小鼠脊髓背角小胶质细胞Iba-1表达上调和P38MAPK磷酸化增强[16]。嘌呤受体参与伤害性信息传递的机制是近年疼痛研究热点之一。其中，P2X4受体可能参与了脊髓小胶质细胞激活的过程，在CD38缺陷诱导的T2DM中起到重要作用，但机制尚不清楚，可能与P2X4受体激活后引起细胞内Ca2+水平上升，以及随后的P38 MAPK的磷酸化增强有关[17]。

文献报道，在一些糖尿病疼痛动物模型中，P38MAPK、JNK、SFK/ERK等信号途径活化也往往发生在脊髓小胶质细胞。鞘内分别注射MAPK抑制剂SD-282、JNK抑制剂SP600125和ERK抑制剂U0126和PD198306可以有效逆转糖尿病大鼠的机械痛敏和热痛敏，并抑制其脊髓水平MAPK、JNK、ERK1/2磷酸化[18]。免疫组织化学染色及免疫印迹观察到糖尿病大鼠脊髓背角NMDA受体的激活与 P38MAPK、ERK及JNK 的上调有关，而且NMDA受体亚单位NR1磷酸化主要位于小胶质细胞[19]。鞘内注射NMDA受体拮抗剂MK-801或者D-CPP可以阻滞小胶质细胞P38MAPK,ERK 以及JNK 的磷酸化，从而逆转STZ诱导的糖尿病机械痛敏[19]。此外，大鼠DNP模型中，脊髓背角谷氨酸转运体表达下降，造成细胞外液中谷氨酸水平增加，作用于背角神经元或小胶质细胞的NMDA受体，对疼痛传输和中枢敏化有着持久性的放大作用。以往认为KCC2(K+-Cl-共转运体)主要表达在神经元，但近年观察到 KCC2表达于脊髓小胶质细胞，参与维持细胞内Cl-水平稳定。鞘内注射米诺环素可以抑制糖尿病大鼠脊髓小胶质细胞KCC2表达的上调，有助于维持胞内Cl-水平稳定，避免GABA向兴奋性效应转变；而且，背角神经元c-fos表达随之下降，这也是米诺环素发挥镇痛作用的机制之一[20-21]。

与星形胶质细胞相似的是，脊髓背角小胶质细胞激活和神经活性物质的合成或释放也参与了DPN的发生与维持。有研究应用免疫印迹结合RT-qPCR技术观察到，雄性瑞士白化(Albino-Swiss)小鼠腹腔注射STZ后，其脊髓IL-1β,IL-3,IL-4,IL-6,IL-9,IL-12p70,IL-17及TNF家族 (包含IFNγ,sTNF RII)等具有致痛效果的细胞因子表达上调[12,22]；如果在STZ注射前16 h和注射后1 h腹腔注射米诺环素，连续给药7 d，则糖尿病小鼠IL-1α，IL-2，IL-10，sTNFRII等有镇痛作用的细胞因子表达上调，这可以有效减少神经病理性疼痛的发生[5]。在大鼠腹腔注射STZ后，其脊髓背角IL-1β、TNF-α表达上调，单纯疱疹病毒(HSV)治疗则抑制TNF-α及其受体表达，同时小胶质细胞P38MAPK磷酸化减弱[23]。鞘内注射葛根素可以有效缓解糖尿病大鼠的机械痛敏和热痛敏症状，同时也有效抑制了脊髓背角小胶质细胞的激活，脊髓水平的炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α生成减少[24]。麻醉药物利多卡因可以抑制小胶质细胞激活和P38MAPK磷酸化，减弱STZ介导的大鼠触觉异常痛敏；体外实验证实，利多卡因可能抑制IFN-γ刺激小胶质细胞激活后对MCP-1的趋化反应[25]。这些研究充分表明抑制脊髓背角小胶质细胞激活和神经活性物质的释放，可能成为治疗DNP的重要策略。

3展望

综上所述，脊髓背角的星形胶质细胞和小胶质细胞活化，随后的神经活性物质释放可能是DNP发生与维持的重要机制之一。因此，抑制这两类胶质细胞活化和后续的神经活性物质释放成为治疗DPN，缓解患者病痛的重要思路。有关DPN的研究机制的进展，以及一些药物实验动物模型上体现出良好的镇痛效果都将为DNP的临床治疗带来新的希望。

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doi:·综述·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.06.036

基金项目：国家自然科学基金资助项目(31460266)；贵州省科教英才基金资助项目(黔省专合字2012-93号)。

作者简介：郭艳娇(1989-)，在读硕士研究生，主要从事疼痛的神经化学机制研究。△通讯作者，Tel：(0852)8609442；E-mail：junweizeng@sohu.com。

[中图分类号]R338.8

[文献标识码]A

[文章编号]1671-8348(2016)06-0826-03

(收稿日期：2015-06-23修回日期：2015-10-14)