EGFR及其信号通路在神经病理性疼痛中的作用

李阔韬 李顺堂 蓝玲 唐梅 龚健古 谭国鹤

神经病理性疼痛(neuropathic pain，NPP)是临床上较为常见的慢性疾病，常由中枢或周围神经系统的机械性损伤、病毒感染、肿瘤压迫或浸润及遗传疾病等原因引起，进而导致神经元兴奋性增高与功能紊乱[1]。临床上具有痛觉过敏与异常性疼痛、病程较长等特征，严重影响患者的身心健康。NPP的发生机制通常包括中枢与外周敏化、炎性介质与细胞因子释放紊乱、下行抑制系统失能和脊髓胶质细胞活化等[2]。当神经损伤或周围炎性反应发生时，背根神经节(dorsal root ganglion，DRG)、脊髓和大脑相关疼痛感受区的感觉神经元中的多种受体、神经递质及结构蛋白均可在转录和翻译时发生改变，从而诱发并维持NPP[3]。

表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)是一种单链跨膜糖蛋白，属于酪氨酸激酶型受体，在其配体表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)的激活后可发生一系列的生物学效应，调控神经胶质细胞激活、炎性介质释放和中枢敏化等过程，从而参与调控组织损伤后的痛觉易化，大量研究表明EGFR参与了NPP发生发展的调控过程[4-5]。本文概述了近年来对EGFR及其信号通路在疼痛中的相关研究，以期为进一步研究NPP防治提供新思路。

1 EGFR信号通路

EGFR是一条单链跨膜糖蛋白，由胞外结合功能域、跨膜功能域及胞内功能域三部分组成，属于酪氨酸激酶型受体。EGFR在生物体内分布广泛，在EGF及其他相应配体的作用下可以促使细胞DNA合成与有丝分裂[6]。经典的EGFR信号通路主要包括三条通路，分别为磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路、Ras蛋白/Raf蛋白激酶/甲乙酮(methyl ethyl ketone，MEK)/细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)通路和JAK(just another kinase)激酶/信号传导及转录激活蛋白(signal transducer and activator of transcription，STAT)通路[7]。在有关哺乳动物的神经系统的研究中发现，EGFR可通过上述三条信号通路分别参与调节突触的形成与可塑性[4]。

其中，PI3K/AKT/mTOR信号通路可以通过激活核糖体S6Ks激酶参与蛋白质翻译与编码的起始过程，进而可以通过促进神经胶质细胞的增殖与分化过程影响NPP的发生[8]；Ras/Raf/MEK/ERK信号通路则主要负责调节细胞的增殖和凋亡，由于MEK/ERK复合体是环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)转录因子的高效激动剂，且星形胶质细胞的增殖与分化过程在MEK/ERK途径下显著增强，因此它还参与神经敏化等过程[9]；JAK/STAT信号通路不仅调控细胞的增殖、分化与凋亡，还在炎性疼痛中发挥重要作用[5，10]。因此，EGFR信号通路不仅与细胞的增殖分化及调亡密切相关，也可诱导NPP的发生与发展。

2 EGFR信号通路在NPP中的作用

EGFR广泛存在于神经细胞内，与肺癌脑转移、神经纤维瘤病、脑缺血/再灌注损伤、阿尔茨海默病等疾病相关[11]。EGFR信号通路在临床病例中被证实参与疼痛的发生，EGFR及其下游的相关通路可通过激活小胶质细胞和突触重塑等方面增强神经元兴奋性，进而导致中枢敏化引起NPP[12-13]。现已有大量研究表明EGFR通路在NPP中发挥重要的作用，但具体分子机制尚不清楚，且在临床治疗过程中发现现有药物的副作用较大，故仍需进一步探究。理想的动物疼痛模型对还原NPP发生和发展的关键机制至关重要，众多学者通过构建多种NPP动物模型更进一步地探寻到了疼痛治疗的新靶点。

其中，坐骨神经慢性压迫损伤(chronic constriction injury，CCI)模型[4，9，14-15]、脊神经结扎(spinal nerve ligation，SNL)模型[5，8，16-17]、脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)模型[8，18-20]、福尔马林致痛模型[5，20-22]及癌性神经病理性疼痛(malignant neuropathic pain，MNP)模型[5，11-12，23-24]在NPP的研究中应用最为广泛，以下将依次介绍EGFR信号通路在上述NPP相关动物模型中的具体作用及机制(表1)。

表1 EGFR信号通路及其受体抑制剂在NPP相关动物模型中的作用

2.1 EGFR信号通路在CCI模型中的作用CCI模型在NPP的研究中应用最广，通过结扎坐骨神经总干可使有髓鞘神经纤维选择性损伤，但仍保留大量传递疼痛的C类纤维，使动物在术后出现自发性疼痛与感觉异常等表现[15]。此外，CCI造模后的轴突损伤处会发生异位放电，且结扎线处出现炎性因子大量释放，进而提高异位敏感度。

神经损伤诱发的DRG与脊髓内神经细胞改变对NPP的发生发展至关重要。结扎大鼠的坐骨神经干后，其术侧腰髓4-6节段(lumbar segments of spinal cord L4-6，L4-6)内PI3K与AKT表达显著增加，背角处Ⅱ层神经元中的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential，EPSP)增强，α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸(alphaamino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionicacid，AMPA)受体增加且其GluA1亚基与突触蛋白发生磷酸化，通过中枢敏化诱发NPP[4]。使用渥曼青霉素(wortmannin)阻断PI3K信号后，脊髓内小胶质细胞与星形胶质细胞明显减少，且神经元的PSP被抑制，可以缓解疼痛。在CCI大鼠模型的脊髓背角处，mTOR作为microRNA-101的下游靶点，在神经损伤后表达上调；通过使用microRNA-101类似物可竞争性抑制mTOR发挥的作用，进而降低白细胞介素-6(interleukin- 6，IL-6)、白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等细胞炎性因子水平，降低机械性痛觉过敏和热痛觉感受异常[14]。综上可见，PI3K/Akt/mTOR信号通路在脊髓内参与坐骨神经损伤导致的NPP的发生。

此外，CCI术后大鼠脊髓背角的P35与磷酸化细胞外调节蛋白激酶(phosphorylated extracellular regulated protein kinases，pERK1/2)在胶质细胞中均出现时间依赖性表达上调，通过鞘内给予MEK/ERK激酶抑制剂U-0126可抑制星形胶质细胞的活化和促炎细胞因子(IL-1β和IL-6)释放，故可推测MEK/ERK通路在炎性疼痛中发挥重要的作用[9]。

值得注意的是，ERK不仅可以通过促炎作用诱发疼痛，还能通过刺激小胶质细胞释放强啡肽A抑制疼痛。对CCI小鼠模型鞘内注射ERK激动剂乌头草提取物异塔拉定后，其脊髓内的小胶质细胞中p38、pERK1/2与强啡肽A水平明显增加，同时出现对NPP的剂量依赖性抑制作用；但当使用ERK1/2抑制剂U0126-EtOH后，可再次诱发机械性疼痛[15]。

2.2 EGFR信号通路在SNL模型中的作用脊神经结扎模型作用持续时间长，在不伤及DRG与周边神经的前提下，离断或结扎动物的L5和/或L6段脊神经，造成坐骨神经部分损伤，可较好地模拟临床上常见的灼烧性NPP表现[16]。炎性因子的激活在中枢敏化中发挥着重要作用，而中枢敏化则可以较好地解释该模型诱导的痛觉超敏和异常疼痛现象。

在SNL大鼠模型的DRG中发现EGFR呈轻度表达上调[1]。研究表明通过激活AKT与mTOR均可促进小胶质细胞的生长并抑制细胞自噬，进而引发疼痛[8]。此外，在L5节段脊神经结扎的大鼠脊髓与DRG中发现磷酸化蛋白激酶B(phosphorylated protein kinase B，pAKT)和AKT在术后12 h表达升高，通过鞘内给予PI3K抑制剂渥曼青霉素、LY-294002或AKT抑制剂CAS-681281-88-9、(-)-鱼藤素(deguelin)均可抑制原有神经损伤所致的热痛过敏与机械痛过敏[5]。

对大鼠L5节段脊神经进行结扎，其同侧脊髓背角内神经元的pERK1/2表达迅速增加，术后第2天给予MEK1抑制剂PD-98059，NPP症状明显缓解，表明ERK在神经元中的早期激活是由神经损伤所致的中枢敏化引起的[5]。此外，在大鼠术后第7天给予MEK抑制剂U-0126，也可抑制NPP的机械性疼痛过敏表现。但值得注意的是，脊髓损伤后的pERK即刻性表达上调仅出现于脊髓背角处的浅表神经元内；而在术后1～3 h 则发现pERK在小胶质细胞中广泛表达；直至第14天时，星形胶质细胞中的pERK表达量明显超过神经元与小胶质细胞，进而通过神经胶质细胞的增殖与分化诱导NPP[16]。

周围神经损伤后小胶质细胞内JAK的激活也会促使成纤维细胞和星形胶质细胞的增殖与分化，并通过调节其功能影响神经组织重塑。应用JAK激酶抑制剂AG-490抑制SNL大鼠模型中星型胶质细胞内的JAK/STAT3信号通路，可见其机械性疼痛和热痛觉过敏表现明显缓解[17]。最近的研究表明，STAT3在小胶质细胞和巨噬细胞的极化过程中也起着重要作用，通过这些细胞潜在的“替代激活”作用，对神经损伤造成的NPP也起到保护性作用[5]。

2.3 EGFR信号通路在SCI模型中的作用脊髓损伤常由于外伤、肿瘤和血栓等引起，而SCI模型中常见的脊髓挫伤、压迫及横断模型则可较好地模拟上述临床表现。其中，Allen在早期建立的脊髓背侧损伤模型最为常用，通过垂直打击显露在外的硬脊膜致使急性脊髓挫伤，此法简单易行，且其损伤与NPP的发生发展密切相关[18]。

SCI大鼠模型的脊髓背角内磷酸化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(phosphorylated mammalian target of rapamycin，pmTOR)水平明显升高，使用雷帕霉素等PI3K抑制剂可降低pmTOR、磷酸化核糖体蛋白S6激酶(phosphorylatedribosomal protein S6 kinase，pS6K1)和磷酸化磷脂酰肌醇3-激酶(phosphorylated phosphatidylinositol 3-kinase，pPI3K)的表达，并提高机械性疼痛阈值[18]。此外，褪黑素可增加自噬激活蛋白的表达，通过降低PI3K/AKT/mTOR通路对细胞自噬的抑制作用来延缓SCI诱导的大鼠脊髓内原代神经细胞的凋亡过程[8]。从冻干金银花中提取的多酚物质可分别从mRNA与蛋白质水平抑制PI3K/AKT/mTOR通路，将其应用在该模型中可阻止一氧化氮和前列腺素E2诱导的持续性炎性疼痛[19]。另外，应用PI3K抑制剂黄酮类化合物阻断脊髓背角Ⅰ-Ⅳ层神经元中Aδ与C类神经纤维的PI3K/AKT途径，同样可抑制小胶质细胞中IL-1和TNF-α的释放[20]。综上可见，PI3K/AKT/mTOR信号通路对SCI诱导的疼痛有较好的调节作用，可通过抑制该通路的活化及上、下游因子的释放，在中枢神经系统中缓解神经病理性损伤引发的痛觉过敏反应。

2.4 EGFR信号通路在福尔马林致痛模型中的作用使用福尔马林溶液注射于动物单侧足背皮下的致痛模型中可见动物出现双相痛敏(舔足、屈腿或跛行)表现，其中Ⅰ时相疼痛行为主要由C类纤维传导兴奋引起，而Ⅱ时相疼痛表现则由外周炎性反应和中枢敏化引起，故可较好地模拟人类组织急性损伤所致的NPP[25]。

足部炎性反应可以导致大鼠脊髓背角内Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ层神经元中pAKT与pmTOR的表达上调，而在鞘内分别给予PI3K、AKT及mTOR抑制剂LY-294002、渥曼青霉素和雷帕霉素后，Ⅱ时相疼痛表现均会被明显抑制，表明PI3K/AKT/mTOR通路可通过中枢敏化作用使脊髓内神经元兴奋性增高，并在炎性因子作用下诱发NPP[21]。

当外周组织受到炎性因子刺激后，相应节段脊髓背角神经元内的ERK也会发生磷酸化，进而促进中枢及外周敏化过程；但当鞘内注射U-0126或PD-98059这两种MEK抑制剂后，NPP诱发的超敏反应得以缓解[5]。疼痛的发生过程除受到脊髓与DRG调控外，还受到脑内的星形胶质细胞影响。谷氨酸转运体-1(glutamate transporter-1，GLT-1)作为AKT和ERK的下游活性调控因子，应用其激动剂LDN-212320可降低GLT-1和ERK磷酸化水平，进而抑制海马和扣带回前皮质星形胶质细胞的增殖与活化，明显降低炎性反应诱发的伤害性疼痛表现[22]。福尔马林致痛模型中，Ⅰ、Ⅱ时相疼痛分别代表化学物质直接刺激感觉神经元引起其对伤害性刺激的信息传递过程和外周炎性反应导致炎性因子释放及中枢下行抑制功能的减退过程，而当前鲜有EGFR通路在疼痛感知信息转导层面的研究，故亟需在该领域做进一步探索。

2.5 EGFR信号通路在MNP中的作用MNP是临床上最为常见的慢性疼痛之一，其病因与形成机制复杂多变，常合并多种因素，如肿瘤压迫、神经浸润、放/化疗损伤等，是临床治疗的难点。其中，肿瘤细胞植入诱导的MNP模型能够很好地模拟肿瘤压迫或浸润神经等现象[24]。

EGFR信号通路与肿瘤的发生密切有关，肿瘤的生长及炎性浸润可诱发NPP，故应用表皮生长因子受体抑制剂(epithelial growth factor receptor inhibitor，EGFR-I)在抗癌的同时也可缓解疼痛[24]。在小鼠骨癌疼痛模型中，单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)与细胞表面趋化因子受体2(CC Chemokine Receptor 2，CCR2)结合能够激活PI3K和AKT，并在PI3K/AKT信号通路中诱导神经损伤或炎性反应引起的NPP[5]。另外在该模型中，脊髓背角内mTOR与pmTOR磷酸化水平增加，但在DRG内则无此现象，表明背角内神经元可能是PI3K/AKT/mTOR通路调控NPP的主要场所。在卵巢癌中可通过激活PI3K/AKT途径调控子宫内膜上皮细胞内的氧化还原酶活性、糖皮质激素水平、基础代谢率及免疫功能，诱发不可逆的组织炎性损伤和MNP[12]。将围产期大鼠暴露于双酚A(bisphenol A，BPA)环境下，可见其子代的辅助性T细胞17(thelper 17 cell，Th17)/调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)比例上调，但应用mTOR抑制剂雷帕霉素后Th17、Tregs比例恢复正常，也表明mTOR在促炎反应中具有重要作用[11]。

此外，EGFR信号通路还可对肿瘤化疗药物产生的疼痛副作用产生影响。奥沙利铂(oxaliplatin)是临床上常见的化疗药物，但在应用后会出现NPP相关症状，通过对大鼠腹腔注射奥沙利铂诱发急性NPP模型，在注射后第2天，其脊髓内磷酸化信号传导及转录激活蛋白3(phosphorylated signal transducer and activator of transcription 3，pSTAT3)表达水平明显升高，而在给予JAK/STAT3信号通路抑制剂AG-490后大鼠的机械性疼痛表现得到改善，且其脊髓胶质细胞内IL-6等促炎细胞因子水平降低[23]。此外，通过胫骨内接种肿瘤细胞制造的肿瘤压迫与浸润模型中发现，大鼠术后3周内脊髓中时间依赖性的NRG1、ErbB2与p-ErbB2表达增加，而应用STAT1抑制剂PD-168393治疗则可显著减轻疼痛样表现，表明JAK/STAT信号通路可能参与了MNP的发生过程[24]。

综上所述，NPP是困扰着广大患者和医师的一个重要难题，严重影响着人们的生活质量。周围神经中的EGFR及其下游信号通路在NPP调控中具有重要的作用，通过阻断该通路可以有效地干预疼痛，可作为NPP的治疗重要靶点及药物筛查方向。但目前该信号通路相关药物应用于临床的疗效欠佳，且EGFR信号通路对于NPP的研究主要集中在DRG或脊髓的层面，而对于大脑相关疼痛感受区的功能或结构改变方面仍鲜有研究，EGFR及其下游信号通路在脑内调控NPP的具体作用及机制还不甚明了，尚待进一步研究。