TLRs/IRAK1/TRAF6/NF-κB信号通路介导神经炎症参与神经病理性痛的研究进展

王新颖，任 安，李梦绮，夏阳阳，黄 诚

（1.赣南医学院2017级本科生；2.赣南医学院基础医学院；3.赣南医学院疼痛医学研究所，江西 赣州341000）

神经病理性痛是由于躯体感觉神经系统的损伤或疾病引起的疼痛［1］，高达7%～10%的人群深受其困扰，临床表现为痛觉过敏、痛觉超敏和自发性疼痛［2］，并伴有不同程度的焦虑、抑郁和睡眠质量下降等症状［3］。然而，神经病理性痛的发病机制并不明确，其研究主要集中于中枢神经系统的中枢敏化和周围神经系统的外周敏化等神经元机制［4］。目前，临床上治疗神经病理性痛的药物难以满足患者的需求且不良反应较多［5］。药物设计多以神经元为靶点，通过阻断神经传导以及调节痛觉信息传递对患者进行治疗，但仅能对症治疗及暂时缓解［6］。越来越多的研究表明，神经炎症在神经病理性痛的发生发展过程中发挥着重要作用［7-8］，调控神经炎症很可能成为临床治疗神经病理性痛的潜在途径［6］。虽然神经病理性痛的机制尚未明确，但随着神经炎症与神经病理性痛的关系逐渐清晰，介导神经炎症的相关信号分子有望作为其治疗的重要靶点。因此，本文就TLRs/IRAK1/TRAF6/NF-κB信号通路通过神经胶质细胞介导的神经炎症参与神经病理性痛的研究进展综述如下。

1 神经炎症

神经炎症是发生在中枢神经系统的一类炎性反应。在神经损伤后，由受损的初级传入神经元输入至脊髓背角，致使小胶质细胞活化，过度激活的小胶质细胞可产生多种炎症介质（趋化因子和细胞因子）并引发神经炎症，进而触发中枢敏化［9-10］。小胶质细胞被激活后，促炎因子及生长因子表达和分泌增多，不仅促进小胶质细胞进一步表达增多，还可激活星形胶质细胞，导致更多的促炎因子和其它痛觉介质如谷氨酸的释放参与神经炎症反应进程［11-13］。在神经炎症的发生过程中，不同表型的小胶质细胞与星形胶质细胞及神经元的相互作用影响着神经炎症的发生发展［12］。

1.1 小胶质细胞的两种表型与神经炎症作为中枢神经系统的常驻巨噬细胞，静息状态的小胶质细胞呈分枝状，监测中枢神经系统的动态平衡［14］。在病理状况下，小胶质细胞被激活后呈阿米巴状，并具有吞噬功能，其细胞表型分为促炎性M1和抗炎性M2［14-16］。在神经炎症的形成过程中，M1型小胶质细胞起着不可或缺的作用。神经损伤后，小胶质细胞M1型表达增强，产生神经炎症，加速受损神经元的变性死亡［17］。星形胶质细胞还可调节小胶质细胞的激活，促进神经炎症的形成。HE M等发现，被激活的星形胶质细胞介导的CCL2/CCR2途径通过诱导小胶质细胞M1极化和迁移能力进而刺激小胶质细胞的激活，参与神经炎症的发生发展［18］。与此同时，星形胶质细胞上表达的CXCL12与小胶质细胞表达的CXCR4相互作用也可促进神经炎症的形成［19］。总之，在神经炎症的产生过程中，M1型小胶质细胞起着核心作用，被激活的星形胶质细胞也参与其中并调节小胶质细胞的功能状态。

M2型小胶质细胞活化后可表达抗炎介质和神经营养因子，从而减轻神经炎症对神经元的损害，对神经元起保护作用。M2型小胶质细胞分泌的白介素-10（Interleukin-10，IL-10）作用于星形胶质细胞后，产生的转化生长因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β）转而减弱M1型小胶质细胞的激活［20］。这提示，星形胶质细胞也可负调控小胶质细胞来削弱神经炎症。因此，通过研发具有神经保护作用的药物，增加M2型小胶质细胞的数量并减少激活的M1型小胶质细胞，使小胶质细胞向M2表型极化，最终可减轻神经炎症［21-22］。CHOI等研究表明，调节小胶质细胞介导的信号通路可直接控制小胶质细胞的活化，在抑制神经炎症方面起着关键作用［23］。因此，通过促进小胶质细胞活化的表型由M1型转向M2型以及调控小胶质细胞的炎症信号通路来抑制神经炎症，这有助于药物设计以干预神经炎症的进程。

1.2 神经元与神经炎症神经胶质细胞和神经元之间复杂的双向信号传导制约着神经炎症的发展过程［11］。比如，在神经炎症过程中，起核心作用的小胶质细胞产生的神经毒性微环境，严重威胁神经元的生存［24］。具体而言，小胶质细胞在较长时间内释放促炎介质，从而加剧神经元的损害［25］。除小胶质细胞外，活化的星形胶质细胞也积极参与神经炎症以及神经元损伤过程。最近LIDDELOW等发现，在神经炎症过程中，激活的小胶质细胞迅速诱导星形胶质细胞的激活状态，称为A1星形胶质细胞，A1星形胶质细胞进一步引发神经元损伤和死亡［26］。而A1星形胶质细胞如何引发神经元死亡的具体机制有待进一步探究。对于正处于垂死或死亡状态的神经元，其分泌的细胞因子反之又加剧小胶质细胞的长期活化，导致神经元逐渐消亡［27］。而神经元并非“坐以待毙”，为了抵抗上述不利影响而抑制神经炎症的发展，可表达相应配体与小胶质细胞上对应的受体结合，比如神经元表达的CD22内源性配体与小胶质细胞表面CD45受体的结合，抑制M1型小胶质细胞促炎因子的表达，从而抑制神经炎症［28］。因此，神经炎症“威胁”神经元生存，而神经元则进行“抗争”。最近有实验研究表明，抑制神经炎症后，神经元受损害的程度减轻，有利于神经元的存活［29］。

2 TLRs/IRAK1/TRAF6/NF-κB与神经病理性痛

2.1 TLR2和TLR4的触发Toll样受体（Toll-like receptors，TLRs）作为一种模式识别受体，由胞浆内的Toll/IL-1受体（TIR）域、富含亮氨酸重复序列（LRRS）的胞外区以及富含半胱氨酸的跨膜区等三部分组成。通过胞外区识别并结合受损细胞释放的内源性分子后，如高迁移率族蛋白（High mobility group box 1，HMGB1），TIR结构域募集同含有TIR的衔接分子并相互作用，从而启动信号级联反应，触发下游信号传导途径，进而导致促炎因子的表达和适应性免疫应答的启动［30-32］。

TLR2与TLR4在神经胶质细胞激活和神经炎症中起关键作用。在中枢神经系统，TLR4主要表达于小胶质细胞，而星形胶质细胞上相关TLR受体的表达主要为TLR2及TLR3［33］。

神经损伤后，TLR2和TLR4诱导小胶质细胞及星形胶质细胞的活化，进而介导神经炎症的产生，从而导致神经病理性痛的形成和维持［34］。目前的研究支持活化的小胶质细胞积极参与疼痛的起始阶段，而被激活的星形胶质细胞则与疼痛的维持密切相关［35］。这提示TLR2与TLR4触发的神经炎症参与神经病理性痛的过程。靶向抑制TLR2与TLR4有望通过抑制神经炎症而有效缓解神经病理性痛。有研究发现，与野生型（WT）小鼠相比，TLR2 KO小鼠的神经损伤后脊髓小胶质细胞和星形胶质细胞活化显著降低，神经炎症及神经损伤所引起的机械和热痛觉过敏程度都减轻［36-37］。这说明TLR2和TLR4介导的脊髓神经胶质细胞的激活参与了神经病理性痛的超敏反应。进一步的实验表明，给予TLR4抑制剂后，相比于模型组，CCI大鼠相关促炎因子的表达明显减少，痛觉阈值明显升高［38］。而且通过药物同时靶向抑制TLR2和TLR4，其抗炎作用和镇痛效果显著提升［39］。这提示靶向抑制TLR2和TLR4介导的神经炎症对于神经病理性痛具有潜在的治疗作用。目前已被批准用于临床治疗糖尿病周围神经性疼痛的度洛西汀，可显著抑制糖尿病性神经性疼痛（DNP）大鼠的TLR4-MyD88-NF-κB信号通路［40］。值得注意的是，由于Toll样受体具有识别病原体和启动先天免疫应答的作用，靶向TLR2和TLR4的镇痛药物除了缓解疼痛作用外，不影响患者的正常免疫应答功能。

2.2 衔接分子：MyD88、IRAK1与TRAF6髓系分化因子-88（Myeloid differentiation factor 88，MyD88）是由TIR结构域和死亡结构域（DD）组成的，与TLR2或TLR4结合后可转导TLR2和TLR4触发后的共同路径：MyD88依赖性途径和非依赖性途径［41-42］。GAUTAM J K等在分子建模研究及分析后发现，阻碍MyD88募集到受体复合物的过程可中止信号传导［43］。最近实验表明，MyD88在诱发神经病理性痛中起关键作用，缺乏MyD88的SNL模型小鼠机械痛阈显著下降，而非依赖MyD88的TRIF途径则在调节神经病理性痛的恢复方面起着独特作用［44］。研究显示，在紫杉醇诱导的周围神经病模型上，鞘内注射MyD88抑制剂可显著抑制神经病理性痛［45］。而鞘内注射MyD88拮抗剂可降低CCI大鼠脊髓背角的神经胶质细胞激活和促炎因子的释放，并显著减轻神经病理性痛［46］。因此，靶向阻止MyD88可改善神经炎症，在治疗神经病理性痛方面将具有广阔的应用前景。

白细胞介素-1受体相关激酶1（IL-1 receptor-associatedkinase-1，IRAK1）为多结构域的新型衔接蛋白，在人体内广泛表达，由保守的N末端死亡结构域（DD）和中枢激酶结构域（KD）组成，利用自身的激酶活性在与衔接蛋白MyD88相互作用的结构域附近引入负电荷，使自身锚定在活性受体复合物表面［47-48］。IRAK1高度磷酸化后，其N端死亡结构域与所适配的MyD88彼此分离，通过C端与下游衔接分子TRAF6相互作用［47］。由此，靶向抑制IRAK1可阻碍其下游信号通路的转导，进而抑制该通路所介导的神经炎症。有实验发现，脊髓背根神经节的IRAK1通过驱动单核细胞/巨噬细胞浸润，促进炎性细胞产生细胞因子和外周敏化参与CCI诱导的疼痛；在脊髓水平，IRAK1可通过TLR4/NF-κB信号通路参与神经病理性痛的进程。在慢性压迫性损伤（CCI）大鼠模型上，给予CCI大鼠鞘内注射IRAK1的siRNA以降低IRAK1的表达后，发现IRAK1的siRNA可逆转脊髓中该信号通路下游分子p-NF-κB表达的上调并明显缓解CCI引起的机械性和热痛觉过敏［49］。因此，IRAK1介导了神经病理性痛的维持，靶向IRAK1可能是通过抑制神经炎症来治疗神经病理性痛的潜在途径。

肿瘤坏死因子受体相关因子6（TNF receptor associated factor 6，TRAF6）作为衔接蛋白和E3泛素连接酶，起着调节信号传导作用［50］。在TLR依赖的MyD88信号中，TRAF6被过度磷酸化的IRAK1募集到MyD88激活的IRAK1/2中，形成复合物Ⅰ；然后IRAK-TRAF6离开受体与膜上预先结合的TAK1、TAB1以及TAB2相互作用，形成复合物Ⅱ；复合物Ⅱ的形成导致膜上的TAK1和TAB2磷酸化，然后使TRAF6-TAK1-TAB1-TAB2（复合物Ⅲ）从IRAK中解离出来并易位至细胞质［51-52］。鞘内注射靶向TRAF6的miR-146a-5p可减轻神经炎症和神经病理性痛［53］。而鞘内注射miRNA-146a-5p的激动剂后，在脊髓背角和背根神经节水平，CCI所诱导的TRAF6上调现象被逆转，并且CCI大鼠的机械异常性疼痛和热痛觉过敏也明显缓解［54］。这提示靶向抑制TRAF6也许会成为治疗神经病理性痛的有效策略。

2.3 关键的核转录因子：NF-κB由于核因子κB可通过与B细胞中的免疫球蛋白kappa轻链的增强子结合进而激活B细胞，故称其为B细胞核因子-κ-轻链增强子（NF-κB）［55］。目前发现NF-κB蛋白质家族共有RelA（p65）、RelB、c-Rel、NF-κB1（p105）和NF-κB2（p100）等5个成员，它们几乎在所有类型的细胞中都有表达［56］。NF-κB蛋白处于静止状态时，以同二聚体或异二聚体的形式与细胞质的NF-κB分子抑制剂（IκB）结合，表现为无活性状态［57］。而当NF-κB脱离IκB并易位进入细胞核后被激活时，NF-κB的活性亚基p65可调节各种炎性分子的表达［58］。研究表明，通过慢病毒载体介导传递IκB靶向阻滞脊髓神经胶质细胞NF-κB活性，CCI大鼠炎症因子的表达明显减少，且显著缓解神经病理性痛［59］。给予CCI大鼠鞘内注射NF-κB抑制剂PDTC后，可明显抑制CCI所致小胶质细胞和星形胶质细胞的活化，并减弱神经病理性痛［60］。对腰椎间盘突出症（Lumbar Disc Herniation，LDH）连续鞘内注射NF-κB抑制剂PDTC后，NF-κB的表达明显下调，神经炎症减弱，可有效减轻LDH诱导的神经病理性痛［61］。由于NF-κB在炎症反应过程中的关键作用已被学界认可，目前在不少药物抗炎镇痛效果及其可能机制的研究中，以NF-κB及相关促炎因子的表达作为重要检测指标［62］。值得注意的是，一些中草药可通过抑制NF-κB的激活，减少TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子的释放，进而缓解神经炎症与神经病理性痛［63］，这为神经病理性痛的药物治疗提供了新方案。因此，基于NF-κB具有启动炎症的关键作用，靶向抑制NF-κB很可能是阻止神经炎症的产生和缓解神经病理性痛的有效手段。

2.4 TLRs/IRAK1/TRAF6/NF-κB信号通路由TLR2、TLR4共同依赖的MyD88激活NF-κB信号通路的过程主要是：TLR2、TLR4接受炎性刺激信号后活化MyD88，MyD88的羧基末端TIR结构域与TLRs的TIR结构域结合，而MyD88的死亡结构域与接头分子IL-1受体相关激酶4（IRAK-4）的死亡结构域相互作用，IRAK-4从而募集并磷酸化IRAK-1，使得p-IRAK1与MyD88分离，结合并激活TRAF6，TRAF6通过最终活化TAK1/TAB复合物并募集IKK到达TAK1，而TAK1可使IKK的催化亚基IKKβ磷酸化，进而使IκB磷酸化致使降解，触发NF-κB二聚体（p50-p65）从NF-κB与IκB缔合或连接的复合物中释放出来，从胞质易位至胞核与启动子的κB位点结合，从而调节基因转录，产生促炎细胞因子和趋化因子并启动炎症应答［64］。

TLR2、TLR4/IRAK1/TRAF6/NF-κB信号通路的终末分子NF-κB，对于神经炎症反应的启动及神经炎症相关疾病的发生至关重要。在神经损伤后，脊髓胶质细胞表面的TLR2和TLR4被激活后，在胞内经过IRAK1/TRAF6途径信号转导，最终通过转录因子NF-κB的激活导致促炎细胞因子IL-1β、TNF-α和IL-6的表达显著上调，而释放的这些促炎细胞因子又可通过激活NF-κB，进一步调节炎症介质（包括细胞因子）的转录［65］。通过上述炎症级联反应过程，诱发神经炎症的形成。由促炎细胞因子和趋化因子介导的神经炎症，在神经病理性痛的形成和维持中起着重要作用。研究表明，神经炎症的发生发展可使负责产生和维持痛觉的神经元敏化，导致疼痛的发生和持续［6］。在脊髓损伤（SCI）的神经病理性痛模型大鼠上，发现脊髓损伤后，神经胶质细胞和神经元产生的促炎细胞因子、趋化因子以及被募集的免疫细胞共同作用产生神经炎症，而神经炎症促使脊髓胶质细胞进一步活化，这表明神经炎症对于神经病理性痛的产生机制十分关键。在此消彼长的“抗衡”中，当神经炎症所引发的疼痛持续超过损伤的消退时，可导致神经病理性痛发生的可能。PARK等发现，通过递送编码抗炎细胞因子白介素-4（Interleukin-4，IL-4）和IL-10的慢病毒，可减轻脊髓损伤小鼠的神经炎症并缓解神经病理性痛［66］。另有临床试验表明，对神经病理性痛患者给予抗炎干预后，结果显示相关促炎细胞因子减少，神经病理性痛有一定程度的缓解［67］。这提示，抑制神经炎症或许是治疗神经病理性痛的有效方法。但NADEAU等发现，若完全阻断炎症细胞因子，会阻止炎症反应所具有的神经修复的适应性功能［68］。因此，对于靶向神经炎症反应相关分子的镇痛药物的研发，应旨在抑制过度的炎症，达到炎症反应与免疫应答的平衡，而不是完全阻止炎症反应。

3 小结与展望

由于神经病理性痛至今仍无有效治疗手段，其发病机制尚无理论对其进行“完美”地阐释，目前仍需在分子、细胞和行为学等层面进行深度研究加以明确。本文主要阐述了TLRs/IRAK1/TRAF6/NF-κB介导的神经炎症参与神经病理性痛的研究进展。针对相应靶点所研发的药物，其可行性还需要令人信服的临床证据加以验证。

目前，神经病理性痛相关药物的研发多趋向于靶向参与神经病理性痛的细胞或信号通路（分子）展开，但基于细胞功能的复杂性和已知的信号通路复杂交汇的关联性以及很可能还有尚未被发现的信号通路参与疼痛进程的未知性，因此，当前临床应用的药物有一定的局限性。小胶质细胞与星形胶质细胞在神经病理性痛不同阶段的关键作用已被重视，但由于神经系统网络信号调节的复杂性以及技术方法的局限性，它们之间的“对话”机制还需要进一步实验加以阐明。基于此，在神经病理性痛发生发展进程中，小胶质细胞与星型胶质细胞之间是否还有尚未发现的信号通路或关键信号分子？靶向该通路或分子的药物是否会延缓神经病理性痛的病程而缓解其症状？相信通过更加深入的研究，神经病理性痛发病机制的“最终谜底”终将被解开。