神经病理性疼痛动物模型的研究概况

邓晚秋，阮颖文，郭凯文，胡琪

(武汉科技大学医学院，武汉 430065)

神经病理性疼痛(neuropathic pain，NPP)是临床上最常见、最顽固、最难治的一种由躯体感觉神经系统损伤或疾病直接导致的慢性疼痛，自发性疼痛及痛觉超敏是主要的临床病理特征。人类与动物模型在神经源性疼痛发生时的痛觉表现及病理变化上具有相似性。疼痛动物模型作为人类疼痛的辅助研究工具，已广泛应用于医学基础与临床研究。对人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)相关NPP动物模型的研究发现，gp120通过诱发关键信号蛋白Wnt5a引起小鼠HIV相关周围神经性病变(HIV-assiciated sensory neuropathy，HIV-SN)急慢性疼痛[1]；在颅脑损伤模型中发现腺苷三磷酸二钠氯化镁可促进抗炎因子的表达，降低脑组织含水量，以起到缓解NPP的作用[2]；此外，NPP动物模型还广泛应用于糖尿病性神经痛、疱疹后神经痛以及脊髓损伤后中枢性疼痛等的研究。NPP动物模型研究的不断发展有助于理解疾病发生发展机制以及药物作用特点，由于NPP病因复杂且发病机制目前尚未完全明确，且患者临床表现的个体差异较大、传统药物疗效不佳，NPP仍是医学领域研究的重点。现对NPP研究中常见动物模型的制备方法、特点及动物模型选择的相关影响因素予以综述，以期为研究NPP发病机制和筛选干预策略的动物模型提供参考。

1 中枢神经疼痛模型

国际疼痛学会将中枢性疼痛定义为由中枢神经系统病变或功能失调所引起的疼痛。相关研究发现，调神抑痛针刺法有助于改善脑卒中后中枢性疼痛患者的症状，并在炎症反应消退及运动功能恢复方面起积极作用[3-4]。

1.1脑部损伤模型 脑部损伤型NPP模型相对较少，Wassermen和Koeberle[5]首次构建了中枢性脑卒中后疼痛丘脑痛动物模型。杨菲[6]通过经大鼠背侧丘脑腹后外侧核立体定位注射Ⅳ型胶原酶构建脑出血性脑卒中后疼痛模型发现，丘脑内出血部位与疼痛发生具有相关性。丘脑卒中后疼痛大鼠模型的构建有助于丘脑综合征的神经病理学和生理学的研究以及中枢性脑卒中后疼痛治疗方法的开发。通过线栓法建立大鼠大脑中动脉阻断模型发现，腺苷三磷酸二钠氯化镁可通过一系列炎症机制减轻脑水肿，进而缓解NPP[2]。构建脑部损伤型动物模型对于理解颅脑损伤的发生机制与探索相应的功能恢复手段具有重要意义。

1.2脊髓损伤(spina cord injury，SCI)模型 SCI易致高位截瘫和神经元变性坏死等严重后果[7]，现已较少应用。目前常见SCI-NPP模型有重物坠落或挫伤NPP模型、脊髓压迫损伤模型、光化学SCI模型等。

1.2.1常见SCI模型 Allen[8]于1911年开创了SCI的标准化实验研究，利用重物坠落法制作重物坠落或挫伤NPP模型，具有可操作性强、成本较低的优点，并可保持硬脊膜完整，模拟人类SCI变化规律及病理生理相关改变，故可应用于SCI后中枢性神经痛机制的相关研究。但常导致肢端严重坏疽和截瘫，因此很多研究者对此方法进行改良，Marcol等[9]利用气枪原理精确调节高压下气流，使脊髓白质产生部分损伤，这种方法创伤小，不需要切除椎骨。刘杨等[7]自制改良落体法打击装置，在咬除部分T12～L4棘突和椎板、暴露硬脊膜的基础上，以玻璃导管引导撞针以及特定冲击速度的前提下造成不同程度的大鼠脊髓挫伤。以上两种方法目标准确、受力均匀、可选择打击参数，所制作的实验模型可广泛应用于SCI-NPP的研究。采用改良Allen氏重物坠落法研究发现，褪黑素可以减轻SCI大鼠的炎症反应和氧化应激反应[10]。

脊髓压迫损伤模型应用较为广泛，其原理是通过压力损伤脊髓组织及其血供诱导SCI，其中以钳夹和球囊压迫最为常见。钳夹压迫损伤模型将暴露的脊髓通过特制钳夹垂直夹持造成SCI。通过调整钳夹力、钳夹时间以及在动脉夹内侧壁放置垫片等方法改良传统的钳夹压迫法，使操作简便并具有稳定的可重复性[11-12]。球囊压迫损伤模型[13]通过向椎管和硬膜外椎板下的球囊充气，造成脊髓压迫损伤，压力大小和压迫时间长短决定了SCI的程度。脊髓压迫损伤模型可用于模拟临床椎管内肿瘤、出血及增生等占位性病变和动脉狭窄类疾病所致NPP的治疗研究。

Watson等[14]最早将光化学法用于大鼠脑梗死模型，建立了光化学SCI模型。该造模方法是将光敏染料(玫瑰红)注入目标椎体节段的静脉，以离子激光照射激发光敏染料，从而使脊髓脉管闭塞和局部软组织损伤，导致脊髓缺血，可用于模拟缺血性SCI所致的NPP研究。光化学法具有可重复性高、对动物损伤小、操作简便和可控性良好等优点，故应用日渐广泛。SCI模型造模成功后，通过大鼠的BBB(Basso-Beattie-Bresnahan)评分和联合行为评分评价SCI后模型的运动功能相关障碍，以辅助相关研究。

1.2.2其他常用于NPP研究的SCI模型 脊髓牵拉损伤模型是通过外力牵拉脊髓，造成脊髓位置变化，可较好地从临床角度下模仿SCI的受伤条件和致伤机制，但存在个体差异性较大、无法量化牵拉比率等缺陷，限制了其应用。脊髓缺血再灌流损伤模型[15]可用于临床脊髓缺血再灌注的病理生理学变化机制和相关药物治疗方面的辅助研究。郭晓辉等[16]通过建立大鼠脊髓缺血再灌注损伤模型研究发现，川芎嗪对大鼠神经细胞自噬有调节作用，并对神经细胞有保护作用。丁煌等[17]通过制作大鼠脊髓缺血再灌注损伤模型探讨冰片、黄芪甲苷和三七总皂苷配伍对脑缺血再灌注后血脑屏障通透性的影响，结果显示，3种药物对脑缺血再灌注后血脑屏障通透性的增加均有一定程度的抑制作用，均可减轻脑水肿，减少脑组织损伤，且三者联用时效应增强。SCI模型还包括兴奋毒性SCI模型，通过在实验动物脊髓内、鞘内或腹腔内注射兴奋性毒性物质(如使君子氨酸[18])构建模型，研究结果表明该动物模型自发痛和诱发痛所导致的相关行为在形态学上有一定关联。

目前文献报道的中枢疼痛模型大多以SCI为基础，外伤性或缺血性SCI常发生自发性或诱发性的疼痛。理想的SCI模型应具有可操作性、临床相似性、可重复性、可调控性和经济实用性的特点。

2 周围神经损伤模型

周围神经损伤模型主要通过损伤和压迫脊神经和坐骨神经等构建，可较大程度地产生持续性疼痛，因此得到广泛应用。周围神经损伤导致其神经支配区域出现运动障碍、感觉障碍、反射障碍和自主神经功能障碍，同时还可诱发痛觉过敏、异常性疼痛和痛觉过敏等NPP。在临床上，外伤、疾病因素以及自身免疫因素可导致周围神经损伤，其是临床治疗和康复治疗急需解决的问题。目前较常见的周围神经损伤模型主要有结扎损伤模型、神经瘤模型、冷冻松解损伤模型及背根节慢性压迫模型等。

2.1结扎损伤模型 Bennett和Xie[19]报道了一种由外周单一神经损伤导致的动物疼痛模型，通过将成年大鼠坐骨神经主干周围宽松结扎，造成周围性单神经病变，该实验大鼠术后产生痛觉过敏、痛觉超敏和自发性疼痛(或感觉障碍)，形成坐骨神经慢性压迫损伤(chronic constriction injury of sciatic nerve，CCI)模型。CCI模型接近人类NPP疾病，根据结扎力度可较好地模仿临床上不同程度的肿瘤压迫、神经压迫、重金属中毒等原因所致的NPP。Kimura等[20]通过建立CCI模型研究发现，丰富的环境可改善大鼠疼痛行为。刘宇等[21]的研究显示，塞来昔布可能通过下调磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路减轻CCI大鼠模型的疼痛。CCI模型采用宽松结扎术，难以保持结扎力度的同质性，故重复性不佳，易造成实验误差，因此该造模方法有待进一步改良。

结扎部分坐骨神经 (partial sciatic nerve ligation，PSNL) 模型由Seltzer[22]首次报道，该模型对部分坐骨神经进行钝性分离并深度结扎，术后数小时至数月内，大鼠出现同侧后肢的保护及舔足行为，提示出现自发性疼痛，von Frey测试显示大鼠产生痛觉异常及机械性痛觉过敏现象，同时出现热痛觉过敏，甚至“镜像”疼痛等现象。PSNL模型可有效避免个体差异，但操作复杂、手术创伤较大，不利于大批量操作。PSNL模型和CCI模型均能产生持续有效的慢性疼痛，CCI模型对疼痛更敏感，而PSNL模型的疼痛持续时间更长。

坐骨神经分支选择性损伤模型[23]是通过分别双重结扎坐骨神经的分支胫神经和腓总神经、切断双重结扎的中央处建立，术中腓肠神经保持完整，术后24 h大鼠腓肠神经支配侧出现疼痛过敏和超敏等现象，术后2周上述异常反应达高峰，可持续6个月以上，此模型动物表现出的疼痛症状与临床NPP患者有相同点，该模型具有操作简单、重复性好、个体差异小等优点。Boccella等[24]将此模型应用于研究NPP发生机制及探讨相应的治疗方法。陈曦等[25]通过建立坐骨神经分支选择性损伤大鼠模型发现，A型肉毒毒素可调控Nav1.3钠通道蛋白表达，影响功能性河豚毒素敏感型钠电流，从而发挥改善NPP的作用。

L5/L6脊神经结扎模型由Ho Kim和Mo Chung[26]首次报道，通过暴露并结扎L5和L6神经根造模，造模成功后可出现痛觉异常和痛觉过敏等现象，并可持续4个月以上。脊神经结扎模型损伤定量和脊髓节段定位明确，有助于研究受损和未受损的神经纤维在疼痛发生中的作用；此外，该模型具有可重复性高的特点，有利于研究脊髓疼痛产生的部位。有学者通过脊神经结扎法建立NPP模型发现，A1型星形胶质细胞可能参与NPP的发生发展[27]，且电针通过调节脊髓背角中相关突触蛋白的表达参与兴奋性突触重构，从而起到镇痛作用[28]。与CCI模型相比,脊神经结扎模型手术操作相对复杂、动物损伤较大、术后感染率高[29]。由于结扎损伤模型种类繁多，选择模型时应考虑与人类NPP疾病的相似性、实验室条件、实验可操作性及模型重复性等因素，以减少实验误差。

2.2其他周围神经损伤模型 其他用于NPP研究的周围神经损伤模型还包括背根节慢性压迫模型、神经瘤模型和冷冻松解损伤模型等。神经瘤模型[30]造模时需将大鼠的坐骨神经干暴露并结扎，在结扎远端完全切开神经干，因切断的轴突会形成神经瘤而得名，在临床上与截肢后的相关幻肢痛有一定相似性，实验动物通常在术后9～40 d出现舔、挠或咬足趾和自噬等自发痛行为[31]。冷冻松解损伤模型[32]是将冷冻松解术方法用于制作NPP模型，造模时坐骨神经干被-60 ℃冰冻探头接触而损伤，此模型较适用于临床上外周神经暂时性损伤引起的相关神经痛的研究。背根节慢性压迫模型[33-34]是临床研究常见的慢性腰腿痛的理想模型，建模时将一根细钢柱植入大鼠一侧腰椎间孔，以模拟腰椎间孔狭窄，术后第2天实验大鼠出现疼痛症状，但不出现伤侧肢体自噬现象。背根节慢性压迫模型保留了初级神经纤维的传入与传出功能，但该模型制作难度大，且需要分离椎旁软组织并暴露椎间孔，故易致感染[35]。因此，造模时应考虑实验动物模型的适用范围，并结合人类NPP相关疾病的特点建立有效的理想实验动物模型。

3 疾病所致的NPP模型

3.1糖尿病性神经痛(diabetic neuropathic pain，DNP)模型与疱疹后神经痛(postherpetic neuralgia，PHN)模型 DNP模型通过向生长状况相似SD大鼠腹腔注射适量的链脲佐菌素制备[36-37]，该模型制作简便、成功率高且较稳定，同时DNP相关的自发性疼痛、异常性疼痛和痛觉过敏等外周神经病变确切。有研究通过构建DNP模型探索大鼠认知功能障碍与大鼠海马内源性硫化氢变化间关系，结果显示，DNP大鼠认知功能损伤严重程度与时间呈正相关，并与海马神经细胞的凋亡及内源性硫化氢减少密切相关[38]。李国松等[39]采用Ⅰ型单纯疱疹病毒制作PHN模型发现，在胫骨局部处用微量加样器皮下接种注射可成功诱导小鼠PHN模型，且该模型更接近疾病发展规律。刘润泽等[40]通过接种Ⅰ型单纯疱疹病毒诱导三叉神经节潜伏感染和再激活动物模型发现，三叉神经节型单纯疱疹病毒潜伏感染再激活可诱发三叉神经痛阈降低，提示其可能是三叉神经痛的病因。DNP及PHN严重影响糖尿病和疱疹患者的生活质量，相关动物模型的建立有利于探讨NPP的发生机制，并可为新药的开发提供理论依据，为NPP的治疗提供参考方案。

3.2HIV引发的NPP相关动物模型 Shi等[41]经鞘内注射HIV表面gp120糖蛋白分子构建小鼠疼痛模型，进而对HIV感染引发的NPP进行研究，证实gp120糖蛋白分子是引起小鼠HIV-SN急慢性疼痛的关键致痛因子，而Wnt5a是HIV/gp120诱发NPP的关键信号蛋白。另有研究证实，重复使用阿片类镇痛药会导致HIV-SN慢性疼痛状态加剧[42]，故认为Wnt5a是HIV-SN所致急慢性疼痛的关键通路和治疗靶点。而用于治疗HIV感染的高效抗反转录病毒疗法常用药物中的核苷逆转录酶抑制剂可能通过诱导Wnt5a调节的神经炎症导致患者的慢性疼痛[1]。HIV-SN是HIV感染常见的一种慢性并发症，其神经病理学机制至今仍不明确，严重制约了HIV-SN所致NPP“对因”治疗药物的研发。以上动物模型对于寻找HIV相关NPP产生的关键通路和治疗靶点具有重要作用。

3.3化疗药物所致周围神经病变模型 部分化疗药物具有神经毒性作用，在肿瘤治疗过程中易诱发周围NPP。目前已有研究使用抗肿瘤化疗药长春新碱、顺铂[43]等进行实验动物尾静脉或腹腔注射制备周围神经病变模型。付宝军等[44]利用长春新碱诱导化疗痛模型发现，丹参酮ⅡA对维持期痛觉过敏有抑制作用，其机制可能与抑制脊髓星形胶质细胞活化，进而减少炎症细胞因子肿瘤坏死因子-α以及白细胞介素-6的表达相关。紫杉醇常用于构建周围神经病变模型。对紫杉醇诱导的周围神经病变模型的研究发现，低频电针能显著下调大鼠背根神经节中由紫杉醇导致的瞬时感受器电位香草酸受体1型的过表达，且该作用极可能参与紫杉醇诱发的大鼠周围神经痛的机制[45]。在紫杉醇和奥沙利铂制作NPP模型的代谢组学实验中显示，磷酸戊糖途径、谷氨酸和谷氨酰胺途径在上述两种药物所致NPP中起决定性作用[46]。化疗药物所致神经痛持续时间长，甚至治疗结束后仍然存在，因此通过研究使用化疗药物制备的动物模型，有助于提出针对临床化疗药物所致神经痛的治疗策略。

4 NPP动物模型选择的影响因素

临床上，多种NPP的发生机制不同，建立不同的NPP动物模型有助于获得有针对性的NPP有效治疗策略，并有助于对其造模机制、原理及方法进行深入研究与分析。疼痛包括两个层面，即痛的感觉分辨和痛的情绪反应。感觉分辨指感受刺激的性质、强度、位置等；情绪反应是指痛的情绪、情感特性以及负性情绪，包括伤害性刺激所引发的厌恶、焦虑、恐惧等[47]。Seo等[48]研究发现，NPP实验动物常伴有海马神经元生发减少，而神经元生发减少常与抑郁焦虑等负性情绪改变相关。虽然痛的感觉分辨和痛的情绪反应不同，但多数学者认为痛的情绪的产生与慢性NPP有关，因此痛感觉和痛情绪的临床表现很难鉴别，给动物模型的建立带来了诸多困难[49-50]。有研究发现，抑郁样行为或焦虑样行为一般出现在疼痛4～8周后，说明情绪障碍的出现与神经病变的时间有关[51]，且抑郁样情绪的出现晚于焦虑样情绪[52]。另有研究发现，左侧肢体NPP模型更易产生焦虑样情绪，但目前其相关病理机制尚不清楚，其原因可能是双侧大脑控制情绪的功能具有不对称性[53]。Norman等[54]的研究发现，右侧肢体NPP模型较易产生抑郁样行为。此外，老年大鼠的焦虑样情绪较幼年及青中年大鼠更明显，故选择老年大鼠更有益于实验观察[55]。因此，在选择动物模型时，应考虑以上各种因素的综合影响，以减少实验误差，确保实验结果的准确性。

5 小 结

目前用于NPP研究的动物模型多种多样。但动物与人体存在本质区别，且构建NPP动物模型时往往存在研究因素单一及病程简单等局限性，而人类NPP往往是多种影响因素共同作用的结果，因此全面反映NPP确切内在机制的NPP动物模型的制备还有待进一步探索。此外，在制备NPP动物模型时还应综合考虑实验动物的种类、情绪、年龄等因素的影响。未来，NPP动物模型的研究还有极大的发展空间，以制备出重复性更高、更加接近人类NPP发生机制及临床状态的优化NPP动物模型。