细胞自噬在神经病理性疼痛中的分子机制

王文淼，姜玖良，马 宁，孙 颖，董 楷，徐 悦，谭文彬，刘宏生

济宁医学院1临床医学院，2精神卫生学院，3医药工程学院 山东 济宁 272067；4济宁医学院附属医院心脏重症医学科 山东 济宁 272029

神经病理性疼痛是一种复杂的慢性疼痛状态，其主要表现为痛觉过敏、痛觉异常和自发性疼痛，其持续时间较长，迁延不愈，常造成机体功能紊乱，并引起抑郁、焦虑等不良情绪，严重影响人类生活质量、威胁人类健康[1]。研究发现，细胞自噬在神经病理性疼痛的发生发展过程中发挥重要作用。本文对细胞自噬与神经病理性疼痛的研究进展作一综述。

1 神经病理性疼痛

2011年国际疼痛学会重新确定神经病理性疼痛的定义为：“由躯体感觉神经系统的损伤或疾病而直接造成的疼痛”。研究发现，中枢神经病理性疼痛的发生与创伤、肿瘤、感染、神经毒性药物、自身免疫性疾病等有关。周围神经病理性疼痛则与机械性创伤、代谢性疾病、神经毒性物质、感染或肿瘤浸润引起的周围神经系统病变有关[2]。在细胞水平上，有可能与神经细胞的自噬有关[3]。神经病理性疼痛因其复杂的病理生理变化，故发病原因不尽相同，发病机制错综复杂，个体的临床表现差异明显，常规治疗效果并不乐观。因此，探索其发病机制并且精准提供相应临床治疗方案，仍然是具有挑战性的。

2 自噬

自噬是机体应激条件下的防御调控机制，具有维持细胞质、蛋白质和细胞器稳态的功能[4]。自噬与氧化应激和炎症免疫反应关系紧密，大量研究发现，自噬一方面参与抗原呈递以及炎症免疫反应，另一方面自噬清除受损的蛋白质、细胞器等物质以抑制炎症反应。病理条件下，自噬使得细胞器和蛋白的降解水平提高。由于成熟的神经元已经丧失了增殖能力，变性或功能异常的蛋白、脂质、细胞器等不能再分配到子细胞而只能积累在神经元内，导致轴突运输异常，使得自噬功能异常对中枢神经系统造成的损害更为明显。虽然自噬被认为是细胞死亡的机制，但不论基础自噬还是应激诱导的自噬在维持正常组织稳态中都是不可或缺的。

3 自噬与神经病理性疼痛

神经病理性疼痛涉及多种细胞、分子和通路，而自噬广泛参与机体的生理病理过程，对维持机体稳态具有重要作用[5-6]。研究表明，自噬可发生在神经损伤及神经退行性疾病中。近年来，自噬与神经病理性疼痛的发生发展成为一个新的研究热点。探索其内在关系或许可为神经病理性疼痛提供新理论，为其治疗提供新的方法及靶点。Berliocchi等[7]发现脊神经结扎（SNL）神经病理性疼痛小鼠脊髓背角蛋白微管相关轻链蛋白3（LC3）的表达水平显著增高，提示自噬障碍可能与神经病理性疼痛有关。Guo等[2]同样使用SNL造模检测出自噬标志物LC3-II增加，并且免疫荧光检测在脊髓神经结扎的背根神经节神经元发现LC3-Ⅱ色斑。目前有研究认为自噬主要通过调节脊髓神经元活性氧水平以及促炎细胞因子IL-1β、肿瘤坏死因子α（TNF-α）水平来介导神经病理性疼痛。而自噬的调节紊乱又与许多病理情况如神经退化疾病、糖尿病神经病理性疼痛、癌症、炎性病变等病症有关[8]。外周神经损伤所造成的神经病理性疼痛可以通过增加背根神经节的自噬活动得以缓解。由此可见，自噬或可成为减轻神经病理性疼痛的新思路。

3.1 炎症因子参与的自噬

研究表明，活化的小胶质细胞主要通过释放神经活性物质、促炎因子等物质在神经病理性疼痛的发生发展过程中发挥重要作用，而星型胶质细胞则发挥协同作用。炎症因子可能参与了自噬与神经病理性疼痛这一病理生理学过程[9-12]。当受到外界环境变化如感染、缺血、脂多糖刺激时，小胶质细胞被迅速激活，并释放出多种细胞因子，如IL-1β、IL-6、TNF-α、脑源性神经营养因子、诱导型一氧化氮合酶等[13]。而这些细胞因子均与疼痛的诱发有关。体外实验也证实了通过抑制小胶质细胞自噬水平、可以降低诱导型一氧化氮合酶、IL-6、IL-1β的分泌。关于自噬与IL-1β分泌的机制研究相对较为深入，IL-1β或可通过促进痛觉神经易化及神经活性物质释放导致痛觉过敏。自噬能通过分解IL-1β前体pro-IL-1β直接抑制IL-1β分泌，也可通过分解caspase-1或炎性小体间接抑制IL-1β分泌。

3.2 mTOR参与的自噬

mTOR为雷帕霉素靶蛋白，是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，参与神经突触重塑、轴突导向的过程。mTOR可抑制吞噬泡的形成及成熟，避免细胞生存资源不足和细胞死亡。mTOR在初级感觉神经元、脊髓背根神经节以及脊髓神经元均有免疫反应性，而且被认为在神经病理性疼痛相关的神经突触重塑起到了重要作用[14]。中枢应用雷帕霉素可通过作用在mTOR阳性的伤害性感受器以及脊髓背角I层投射神经元而减轻神经病理性疼痛。同时，mTOR是自噬通路中关键的负性调节激酶之一，鞘内注射雷帕霉素使mTOR得到抑制后自噬活动可增强[15]。此外在建立的疼痛模型中发现mTOR和ERK1/2两条通路也存在相互关联作用。Zhou等[16]研究发现普罗布考抑制脊髓损伤后神经细胞凋亡与mTOR信号通路有关。

3.3 Toll样受体（TLR）参与的自噬

在巨噬细胞中，TLR可以诱导自噬小体形成。TLR是天然免疫细胞膜上最重要的模式识别受体，参与机体的炎症、免疫等过程。研究发现，TLR的一种亚型TLR4可以小激活胶质细胞，通过一系列下游通路反应，引发各类炎症因子表达，引起神经免疫，导致神经病理性疼痛[17]。在使用药物或基因敲除等方法抑制TLR2/3/4基因后，小胶质细胞的活性明显降低的同时也降低了由外周神经损伤诱发的痛敏。鞘内注射TLR3激动剂，可以显著增加小胶质细胞的自噬，而TLR3基因敲除可显著抑制SNL诱导的小胶质细胞自噬。TLR3激动剂处理可以促进炎症介质的表达，而特异性抑制剂诱导会造成炎性细胞因子的分泌抑制[18]。

3.4 P62参与的自噬

P62蛋白是自噬通路与NRF2通路的连接点，氧化应激也可能是自噬与神经病理性疼痛之间重要的一环[7,19-20]。P62是一个自噬适配器蛋白，P62增多，说明自噬降解过程受到阻碍[21]。磷酸化的P62可以增加与Keap1的亲和性。Keap1是E3泛素化蛋白酶适配器，其通过蛋白酶体途径降解NRF2。磷酸化P62与Keap1的结合抑制了NRF2降解，进而促进了NRF2下游基因的表达。另有研究发现，敲除Atg-7或Atg-5基因抑制自噬小体成熟或者砷处理抑制自噬小体与溶酶体的融合，两种自噬抑制均以P62依赖的方式激活NRF2信号[22]。NRF2通路在抗神经炎症、抗氧化应激过程中发挥重要作用。星形胶质细胞NRF2活化可以通过释放大量的抗氧化分子保护神经元，如HO-1等[23]。如果细胞氧化应激被神经病理性异变激活，大量的活性氧簇被释放，以致于线粒体电子传递链和DNA损伤而被分解，可以促进了自噬功能的过度增强。因此外周神经损伤后的自噬受到抑制，可以通过P62-NRF2通路减轻神经病理性疼痛。

3.5 Wnt参与的自噬

脊髓背角经典的Wnt通路即Wnt/β-catenin信号通路参与大量生长代谢有关的生理及病理过程。该通路激活后导致β-Catenin在细胞质内聚积，然后在进入细胞核后激活靶基因。自噬可负性调节Wnt/β-Catenin信号通路。Wnt蛋白家族在神经病理性疼痛的发病机制中扮演了重要角色[24]。在神经系统发育过程中，Wnt蛋白可调节细胞的增殖、分化、迁移等过程。Wnt/β-catenin信号通路导致神经病理性疼痛可能与影响促炎因子有关。Wnt/β-catenin信号通路的激活可导致与神经病理性疼痛密切相关的IL-18、TNF-α及其受体表达上调。Zhang YK等的研究证实，神经损伤后Wnt/β-catenin通路活化通过促进IL-18、TNF-α分泌，调节NR2B谷氨酸盐受体以及钙离子依赖性信号导致痛敏发生[25]。研究发现，β-catenin可自噬性降解调节Wnt与自噬之间的平衡[26]。使用大鼠的慢性坐骨神经损伤模型进行动物实验，重复给予Wnt抑制剂niclosamide和IWR-1-endo能减弱触诱发痛以及痛觉过敏。

3.6 miRNA参与的自噬

表观遗传变化已被引入慢性疼痛中，这些发现可能会指导新疗法的基本进展[27]。自噬也可以成为评估表观遗传机制实验性治疗干预效果的工具。例如，最近的研究发现，在神经病理性疼痛的发生发展过程中，microRNAs和自噬激活之间存在着关系。增加miRNA-195的表达可使外周神经损伤所致的自噬受到抑制，进而加剧神经病理性疼痛[28]。通过miRNA阻断自噬可调节神经炎性反应，导致神经病理性疼痛。外周神经损伤后，自噬相关蛋白表达异常，显示自噬通路受损，而miR-195增加，其表达的上调增强了外周神经损伤后的机械痛和痛觉过敏，对照试验中使用miRNA-195抑制剂后得到的结果完全相反；miRNA-195抑制剂能增加因外周神经损伤导致的小胶质细胞自噬，表明miRNA-195的表达可能会影响小胶质细胞的自噬来引发神经炎症并产生神经病理性疼痛。其中，ATG14被认为是miRNA-195的功能靶点。此外，激活施万细胞自噬可以减少神经病理性疼痛的发生及其慢性化[29]。

3.7 JNK参与的自噬

JNK是位于c-Jun氨基末端活化区域的一种p54微管相关蛋白激酶，与细胞自噬关系密切[30]。JNK信号通路可被多种胞外信号激活，如G偶联受体、基因毒性剂、紫外线照射和氧化应激等。活化的JNK可进一步激活c-Jun，提高活化蛋白1（AP-1）转录活性，调控相关基因转录。JNK信号的活化可使自噬标志物LC3表达增加。JNK介导的自噬过程与Bcl-2的磷酸化有关[31]。Bcl-2家族蛋白是在细胞凋亡过程中起关键性作用的一类蛋白质可以抑制Caspase-3和Caspase-7来阻断线粒体后的凋亡信号通路。Bcl-2磷酸化后与自噬的重要调节器Beclin-1的相互作用减弱[32]。Oh等[33]发现盐酸奈福泮可以通过抑制JNK介导自噬缓解疼痛。

3.8 HIF参与的自噬

缺氧诱导因子-1α广泛存在于哺乳动物及人体内，在机体缺氧条件下维持氧稳态。研究认为缺血缺氧在神经病理性疼痛起着重要作用[34-35]。缺氧诱导因子-1α可以激活靶基因的转录使细胞适应低氧[36]。最近的报告也表明，在缺氧条件下缺氧诱导因子-1α可能通过缺氧反应蛋白BNIP3与Bcl-2和Bcl-XL竞争诱导自噬。BNIP3是一种受HIF-1直接调控的细胞死亡相关蛋白。Wang等[37]的研究结果表明，神经病理性疼痛与缺氧诱导因子-1α依赖途径和细胞自噬有关。探讨HIF在自噬对神经病理性疼痛的调节可能为临床治疗提供潜在的治疗方案。

4 有关自噬的神经病理性疼痛治疗

近年来，自噬在缓解和治疗人类疾病方面不断得到认可。针对细胞自噬，临床上也有药物使用可以达到缓解和治疗疾病的目的。比如临床认可的免疫抑制药物和抗肿瘤药物，雷帕霉素，西罗莫司等，它可以通过抑制mTOR起到包括激活自噬在内的一系列的多效性作用。雷帕霉素常用于建立激活自噬的动物实验模型[38]。调节自噬的关键复合物mTOR有可能成为治疗慢性疼痛的药理靶点。

此外，Liu等[39]发现高压氧能有效地抑制大鼠脊髓神经结扎损伤和mTOR通路激活（SNL）模型中神经损伤所致自噬。研究发现，在不同的神经病理性疼痛的动物模型（SNL和慢性坐骨神经损伤模型），高压氧治疗，可以减少TNF-α的产生，减少脊髓神经元凋亡，并且减轻疼痛。有文献报道自噬可以通过高压氧激活，达到良好的治疗效果[40]。Yan等[41]报道通过高压氧处理可以提高自噬的活动，使大脑减少缺血性损伤。Wang等[42]提出高压氧可通过激活自噬减少缺血再灌注损伤。不仅如此，高压氧对于带状疱疹也有治疗作用，也可预防疱疹后神经痛的发生。

5 展望

神经病理性疼痛的病理机制尚未完全阐明，因此目前难以制定有针对性的治疗策略[43]。神经病理性疼痛在表观遗传学上的研究有广阔的前景。染色质结构的改变能够合理解释从组织损伤或急性疼痛转变成神经性炎症、中枢敏化以及神经病理性疼痛的病理过程和机制。在神经病理性疼痛发生、发展的过程中DNA甲基化、组蛋白乙酰化和miRNA的表达水平均发生明显改变。但是自噬与神经病理性疼痛的表观遗传学上的联系需要进一步研究与探索。

治疗神经性疼痛的药物研发已经进入了一个瓶颈期。虽然不断有新药的研发和上市，但大多数新药都缺乏明确的三期临床试验和临床A1级证据。此外，大多数药物只能缓解症状，并不能从根本上解决疼痛，且有不同程度的副作用，易损害肝、肾等脏器，甚至会出现依赖、成瘾或戒断等症状[44]。自噬或许可以为药物开发提供新思路。

自噬可以从不同的角度进行实验研究其病理机制，但是与自噬有关的各条通路又错综复杂，多有交叉，增大了研究的难度。然而，对神经病理性疼痛关于自噬的药物研发或治疗试验还需要进一步研究。细胞机制基础上的自噬研究可能为神经病理性疼痛的探索提供了一个新的思路，它可以作为新的研究方向来揭示机制以寻求有效的治疗方案。