外泌体在慢性疼痛规范化管理中的应用进展

薛亚倩,赵明亮,宫 平 综述 符 锋 审校

疼痛是一种与实际或潜在组织损伤相关或类似的不愉快的感觉和情绪体验[1]。全世界每年大约有20%成年人遭受疼痛,10%成年人被诊断为慢性疼痛[2]。疼痛诊疗是一个复杂漫长的过程,需医护协作、多学科结合才能达到令人满意的镇痛效果。护理人员是疼痛情况评估、诊治措施落实的主要执行者,在慢性疼痛规范化管理中发挥越来越重要的作用[3]。目前,临床上缺乏客观评估工具或评估方法不正确,导致患者主诉与护理人员评估不一致;缺乏疼痛情况的客观记录, 对疼痛的评估不能连续、动态地完成[4]。因此,由主观自评转变为客观量化的疼痛评估,对症治疗转变为对因治疗的需求变得愈发明显。疼痛感受的关键过程是细胞间通讯,近年来,细胞外微囊泡在细胞间通讯的作用一直是研究重点,其中最受关注的是外泌体。外泌体可以由多种细胞释放,参与细胞间的信息交流[5]。外泌体已被证明与多种慢性疼痛疾病密切相关,如骨关节炎、类风湿关节炎、炎症性肠病和复杂局部疼痛综合征(complex regional pain syndrome, CRPS)等[6-8]。研究还表明,外泌体能够以更少的不良反应缓解疼痛症状,且具有一定免疫保护和抗炎作用,因此,外泌体在慢性疼痛规范化管理中前景广阔[9,10]。基于此,笔者对外泌体与慢性疼痛性疾病间可能的关联作一综述。

1 慢性疼痛评估现状

正确地评估疼痛度以制定有针对性的诊疗方案,是慢性疼痛规范化管理的基础性工作。由于疼痛是一种主观感受,目前评估主要依赖于患者主观、自我报告的疼痛量表测量,包括0～10级线性视觉模拟评分法、Wong-Banker面部表情量表法、主诉疼痛程度分级法、五指法、Mcmilan疼痛评估表法等[11]。慢性疼痛发生机制的多样性,以及可能受心理、情感、社会文化背景和环境影响的疼痛谱,使慢性疼痛的评估变得更加复杂[10]。护理人员处于临床一线,是对患者实现连续、动态评估的关键。欧美国家医院通常设有疼痛专科护士,负责系统化评估患者疼痛情况,疼痛控制也已逐渐由以医师为主体转向以护士为主体[12]。目前国内大多医院除疼痛科外,疼痛评估并未作为护理的常规工作,呈现被动性,且因缺乏准确测量疼痛的工具导致患者主诉和护士评估不一致,54%护士过低评估患者的疼痛,13%护士过高评估疼痛[13]。因此,由主观自评转变为客观量化的疼痛评估需求愈发明显[14]。

生物标志物在包括慢性疾病在内的许多疾病健康监测和决策中发挥着重要作用,且目前越来越多的慢性疼痛生物标志物正在被研究,包括神经和大脑的电生理学,血液、尿液、唾液、脑脊液和其他组织组化分析,以及结构和功能成像、行为分析和活动记录仪等[15]。Mussigmann等[16]回顾静息状态脑电图频谱分析神经系统疾病相关的疼痛患者发现,神经性疼痛患者的优势峰频率在θ-α带降低,在整个β带升高。文献[17]基于云技术尝试将移动脑电图应用于临床疼痛评估。Tu等[18]采用核磁共振技术研究显示与慢性疼痛病理生理相关的大脑区域,为将来结合机器学习和神经成像技术客观识别诊断、预测疼痛相关疾病的研究奠定基础。研究表明,外泌体可用于多种慢性疼痛疾病的早期监测[19]。

2 外泌体概述

外泌体是起源于内体的纳米级细胞外囊泡,大小30～150 nm,可以轻松地分布到机体内环境中,并将蛋白质、脂质和核酸等生物信号分子从供体细胞转移到受体细胞[20]。因此,外泌体被认为是在生理和病理条件下调节生化反应和细胞活动的关键介质[5]。外泌体广泛存在于机体各种体液中,主要功能是运载多种生物大分子,包括蛋白质、脂质、核酸等,参与细胞间通讯[21,22]。外泌体运载的具体分子类型取决于来源的细胞和内环境状态,能够发挥特异的生物学功能,以响应各种生理或病理条件下的刺激[23]。外泌体可以与受体细胞的受体依赖性结合,通过内吞作用或非特异性直接膜融合,直接或间接将信号分子传递至受体细胞,影响受体细胞的表型和分子改变[24]。

目前已建立了几种分离外泌体的实验室方法,包括超速离心、超滤和免疫吸附法等。超速离心技术使用最为广泛,已被成功用于疼痛相关外泌体研究中[25],但该方法步骤多,非常耗时,且需要昂贵专业的设备(超速离心机)。超滤技术也被广泛使用,其所需的设备成本较低且步骤较少[26],然而这种技术提取的外泌体容易存在蛋白质等大分子污染,纯度较低。免疫吸附法是通过特异性地识别外泌体表面表达的蛋白质(CD63、CD9或CD81)来提取外泌体,该方法常用于实验室研究,获得的外泌体产量与超速离心相当,且可以用于小样本量[27]。

3 外泌体的作用

3.1 慢性疼痛诊断的生物标志物 外泌体可用于多种慢性疼痛疾病的早期监测[19]。有研究发现,在CRPS患者的外泌体就运载着大量miR-338-5p[28]。外泌体中的miR-338-5p可以通过调节细胞凋亡和神经炎症来调节脊髓损伤后的慢性疼痛[29,30]。Ramanathan等[31]发现,在CRPS患者淋巴细胞和自然杀伤细胞分泌的外泌体中的miR-939高于健康对照组,将miR-939转染至THP-1细胞可促进多种促炎因子的表达。Dietz等[32]发现,在有明显肢体水肿的CRPS患者中,其血清外泌体中的miR-223-5p明显更高,尽管该miRNA的高水平与疼痛强度并无关联。在周围神经炎的动物模型中,源自施旺细胞的外泌体运载有p75和神经细胞黏附分子-1,被确定为脱髓鞘的标志物[33]。在子宫内膜异位症和慢性盆腔疼痛的女性患者血清外泌体中,含有特定的长链非编码RNA和蛋白质,它们可以调节神经发生、血管生成、免疫系统反应和组蛋白修饰[29]。在炎性肠病患者循环中发现表达膜联蛋白-A1的外泌体数量明显增多[34,35]。这些证据表明,外泌体是生理病理条件下的关键调节因子,具有重要意义,可以反映不同组织类型的病理变化和疼痛强度。

3.2 慢性疼痛的治疗 当前常用的镇痛剂包括对乙酰氨基酚、非甾体类抗炎药、局麻药品和阿片类药物,由于副作用和疗效的限制,它们在慢性疼痛疾病的治疗中效果并不理想。外泌体广泛存在于机体的各种体液中,能够将信号分子从供体细胞传输到受体细胞,且可以局部或全身给药,具有低致癌性和低免疫原性,是一种有潜力的载体和治疗工具,可用于控制疼痛。

炎症是针对感染或损伤的免疫反应,有利于维护机体稳态。然而,不受控制的炎症反应可能是多种慢性疼痛疾病的病理机制。大量研究已表明,外泌体在多种炎症性疾病中发挥抗炎作用,例如,源自脂肪间充质干细胞的外泌体在膝骨关节炎中具有软骨保护和抗炎活性[6,36]。进一步研究发现,外泌体能够抑制损伤区域IL-1β、IL-6、TNF-α和PGE2等促炎细胞因子的产生,并刺激IL-10释放,从而产生抗炎作用[37]。Pusic等[38]发现,外泌体疗法能够有效地抑制炎症反应,有利于神经胶质M2极化。最近一项研究表明,用外泌体运载antagomiR-4450可降低IL-6和IL-1β的表达,能够改善椎间盘退变小鼠的步态[39]。另一项研究发现,一种源自干细胞富含miRNA-29的外泌体可以减轻大鼠骨关节炎模型的炎症反应[40]。异种注射富含miR-26a-5p的人间充质干细胞分泌的外泌体,可以通过下调大鼠滑膜成纤维细胞中环氧合酶-2来减少相关病理变化[41]。根据这些研究,可以推测外泌体可以装载多种生物分子,以发挥抗疼痛活性。

此外,外泌体也可能通过参与免疫调节和抗原呈递发挥抗疼痛作用[42]。有研究发现,外泌体能够运载大量免疫调节介质,例如,转化生长因子、干扰素-γ、吲哚胺 2,3-双加氧酶、PGE2、血红素加氧酶-1和IL-10[43]。Jiang等[8]发现,将正常肠上皮细胞产生的外泌体转移到IBD小鼠中,可以诱导免疫调节性T细胞和免疫抑制性树突状细胞激活,缓解疾病的严重程度。施旺细胞分泌的外泌体已经被证明可以通过控制病理条件下的神经元致敏和巨噬细胞募集来减少背根神经节的病理性损伤[40]。另外,鞘内注射源自缺氧神经元的外泌体可以通过抑制IL-1β、IL-6、TNF-α和NF-kB减少脊髓损伤大鼠模型中的慢性疼痛,诱导小胶质细胞从M1极化到M2极化[41]。

综上所述,慢性疼痛严重影响患者的生活质量,是全球性的健康问题。现有的大量研究表明,外泌体能够运载蛋白质、脂质和核酸等生物大分子,并且可以通过全身或局部给予外泌体来避免与目前镇痛药(如阿片类药物)相关的一些典型不良事件(如呼吸抑制和成瘾)。尽管外泌体在慢性疼痛中有着广阔的应用前景,但仍然面临许多挑战。目前缺乏适合大规模临床应用的外泌体分离和纯化的标准化方案,外泌体参与慢性疼痛过程的具体机制也不清楚,此外,基于外泌体的相关治疗方法的“脱靶”问题以及长期的不良反应很大程度上也仍未知。因此,需要进一步研究以填补这些空白,充分了解外泌体价值。