蛋白乙酰化修饰在神经病理性疼痛中的研究进展*

李 顺 查紫璐 计忠伟 邓向龙 王万春,4△

（1 江西中医药大学，南昌 330004；2 杭州医学院，杭州 310059；3 浙江省人民医院 杭州医学院附属人民医院疼痛科，杭州 310014；4 江西中医药大学附属医院中医外科，南昌 330006）

根据国际疼痛学会(the International Association for the Study of Pain, IASP)的定义，神经病理性疼痛(neuropathic Pain, NP)是指由躯体感觉神经系统的损伤或疾病引起的疼痛[1,2]。NP 可继发于肿瘤、糖尿病、感染、自身免疫性疾病、化疗或创伤引起的神经系统的损害等[3]。据统计，人群中约有10%的人曾患有NP[1]。这不仅给病人带来痛苦，还影响其生活质量，大大加重了国家的医疗及社会经济负担。然而，目前对于NP 的治疗方式依然有限。阿片类药物、抗惊厥药、三环类抗抑郁药和非甾体抗炎药对于NP 的治疗效果都十分有限，还容易引发多种药物不良反应[1]。尽管在免疫炎症、氧化应激、离子通道、线粒体功能、中枢敏化和胶质细胞激活等方面进行了大量的研究，NP 发生的分子机制尚不清楚，这极大地限制了NP 治疗方法的开发[2]。

蛋白乙酰化修饰是研究最为广泛的翻译后修饰之一，也是表观遗传和生命活动调控的重要机制之一[4]。蛋白乙酰化修饰包括组蛋白乙酰化修饰和非组蛋白乙酰化修饰，广泛参与基因转录、DNA 损伤修复、细胞分裂、信号转导、蛋白质折叠、自噬和代谢等细胞生命过程，在癌症、病毒感染、肥胖、糖尿病、心血管和神经系统相关疾病等病理过程的发生发展中发挥重要作用[5]。最近的研究表明，蛋白乙酰化修饰也参与NP 的发病机制。来自动物研究的证据显示，组蛋白脱乙酰酶(histone deacetylase,HDAC)抑制剂、Sirt（III 类组蛋白脱乙酰酶）激动剂和组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase,HAT)抑制剂通过调控蛋白乙酰化修饰在NP 的治疗中显现出了一定效果[6]。蛋白乙酰化修饰可能是治疗NP 的重要靶点，存在一定临床转化意义。本文基于既往的研究，就蛋白乙酰化修饰在NP 中的研究进展作一综述，为未来NP 的治疗提供新的研究思路和治疗靶点。本文系统地总结了蛋白乙酰化修饰在NP 发病机制中的作用并提出其治疗潜能，体现了重要的研究价值。NP 中乙酰化修饰的具体靶蛋白、位点和机制的确定可能是需要进一步解决的问题。

一、蛋白乙酰化修饰概述

蛋白乙酰化修饰主要发生在蛋白质的赖氨酸残基上，是一种广泛的、可逆的蛋白翻译后修饰，由两类酶来调节：催化乙酰基团转移到赖氨酸残基上的赖氨酸乙酰转移酶(lysine acetyltransferase, KAT)和催化乙酰基团从赖氨酸残基去除的赖氨酸脱乙酰酶 (lysine deacetylase, KDAC)[7]。催化组蛋白乙酰化的乙酰转移酶称为HAT。KDAC 包括Zn2+依赖的HDAC 和NAD+依赖的Sirtuins 家族(Sirt1-7)。蛋白乙酰化修饰由代谢中间产物乙酰CoA 作为乙酰基供体，这增加了它和细胞代谢的联系。根据被乙酰化修饰的蛋白类型，蛋白乙酰化修饰被分为组蛋白乙酰化修饰和非组蛋白乙酰化修饰。据Zhao等[8]报道，4 种典型核心组蛋白H2A、H2B、H3 和H4 中有40多个不同的赖氨酸残基可被乙酰化修饰。在非组蛋白中，参与代谢、RNA 加工、翻译、蛋白质折叠、染色质形成、蛋白质降解和细胞骨架形成的蛋白均可受到乙酰化修饰的调控[7]。

组蛋白乙酰化修饰可通过改变染色质结构或者募集“读取”蛋白来影响基因的转录，是表观遗传的重要机制之一。例如，组蛋白H4K16 的乙酰化可破坏核小体间的相互作用，从而影响相关基因的表达[7]。在灰葡萄球菌中，H4K16 的乙酰化水平可调节致病性相关基因的转录，从而影响灰葡萄球菌的毒力和对氧化应激的敏感性[9]。组蛋白H3K27 的乙酰化也受到广泛研究。在骨肉瘤中，H3K27 乙酰化激活的VI 型胶原蛋白α1 (collagen type VI alpha 1, COL6A1) 的上调通过抑制信号转导子和转录激活子1 (signal transducer and activator of transcription 1,STAT1)通路来促进肿瘤细胞迁移和侵袭[10]。在昆虫发育过程中，蜕皮激素反应基因的转录激活需要增强子处的H3K27 乙酰化[11]。此外，被乙酰化修饰的组蛋白可募集“读取”蛋白。组蛋白密码假说认为，组蛋白乙酰化修饰可充当局部信息载体，被称为“读取”蛋白的染色质结合蛋白所识别，后者能够区分被修饰和未被修饰的核小体而调控下游基因的转录[12,13]。

非组蛋白乙酰化修饰也广泛参与细胞生命活动的调节。p53 蛋白的乙酰化修饰是首次被鉴定的非组蛋白乙酰化修饰。研究显示，乙酰化修饰可通过维持p53 蛋白的稳定性和诱导p53 蛋白向线粒体转位来促进p53 介导的细胞凋亡[14]。p53 蛋白在多个赖氨酸残基具有乙酰化修饰位点，包括120 位、164 位、305 位、320 位、370 位和381 位等。值得注意的是，不同位点的乙酰化修饰可引起不同的p53 功能改变[15]。此外，非组蛋白乙酰化修饰广泛存在于细胞功能相关的蛋白质，并在生命活动的调节中发挥重要作用。例如，63%的线粒体蛋白含有赖氨酸乙酰化修饰位点，线粒体蛋白的乙酰化修饰和线粒体功能密切相关[16]。

二、蛋白乙酰化修饰在NP 发病机制中的作用

1.组蛋白乙酰化修饰和NP

神经损伤或炎症条件会诱导组蛋白的脱乙酰化，最终可能导致疼痛加剧。Lin 等[17]报道了在大鼠脊神经结扎诱导的NP 模型中HDAC4 的表达增加。此外，14-3-3β 也表达增加，这是一种普遍存在的磷结合蛋白，伴随着它与HDAC4 的偶联，导致HDAC4 保留在细胞质中，促进了组蛋白脱乙酰化和NP。组蛋白脱乙酰化可能通过促进疼痛介质的表达和释放加剧NP。在慢性收缩损伤诱导的大鼠NP 模型中，通过丁酸钠抑制组蛋白脱乙酰化显著降低了坐骨神经中的肿瘤坏死因子α (tumour necrosis factor-alpha, TNF-α)水平，并减轻了疼痛[18]。此外，组蛋白脱乙酰化的抑制还可抑制白介素 (interleukin,IL)-1β、IL-6 和干扰素γ (interferon-gamma, IFN-γ) 等炎性细胞因子的产生，这也可解释组蛋白脱乙酰化修饰的致痛机制[19]。代谢型谷氨酸受体2 (metabotropic glutamate receptor 2, mGlu2) 位于中枢神经系统的神经胶质细胞和神经元中，它的激活可介导背角初级传入神经元的神经递质释放，并减轻NP 模型中的炎症和疼痛[20]。既往的研究表明，组蛋白脱乙酰化可能通过抑制mGlu2 受体的表达诱导NP[21]。Zammataro 等[22]报道，姜黄素可抑制H3 和H4 组蛋白的乙酰化，从而下调脊髓中的mGlu2 受体，并减弱mGlu2 激动剂的镇痛作用。此外，组蛋白脱乙酰化引起的谷氨酸转运蛋白-1 (glutamate transporter-1,GLT-1)的下调也会导致NP 的发生[23]。一项研究显示，在硼替佐米诱发的NP 中，脊髓背角腺苷酸活化蛋白激酶a2 (AMP-activated protein kinase, AMPKa2)启动子中组蛋白H3 的乙酰化减少，从而降低了AMPKa2 在背角的表达，进一步引起Beclin-1的表达减少，加重疼痛。使用二甲双胍治疗后，AMPKa2 的表达得以恢复，从而减轻硼替佐米诱发的NP[24]。谷氨酸脱羧酶65 (glutamic acid decarboxylase 65, GAD 65) 是一种在突触末端合成γ-氨基丁酸 (gamma-aminobutyric acid, GABA)所必需的酶。GAD 65 表达减少将引起神经元中GABA 活性受损，这和脊髓神经结扎大鼠持续的疼痛致敏有关[25]。组蛋白脱乙酰化可抑制GAD 65 的表达，降低GABA活性，从而引起NP[26]。此外，组蛋白脱乙酰化引起NP 还和其诱导的mu-阿片受体基因的转录抑制有关。Uchida 等[27]研究显示，组蛋白脱乙酰化可介导神经损伤诱导的mu-阿片受体表达减少，从而抑制吗啡的镇痛作用并加剧NP。

然而，也有一些研究显示组蛋白乙酰化可能会促进NP。Kiguchi 等[28]的研究显示，在小鼠坐骨神经部分结扎模型中，趋化因子水平升高是组蛋白H3K9 在神经外膜周围的中性粒细胞和巨噬细胞细胞核中的巨噬细胞炎症蛋白-2 (macrophage inflammatory protein-2, MIP-2) 和C-X-C 基序趋化因子受体2 (C-X-C motif chemokine receptor 2, CXCR2) 特异性启动子区乙酰化增加的结果，这导致了严重的神经炎症和NP。组蛋白乙酰转移酶抑制剂的给药减轻了疼痛，这表明神经损伤可能促进组蛋白乙酰化，从而引起NP。另一项研究显示，鞘内注射降钙素基因相关肽 (calcitonin gene-related peptide, CGRP)通过增加大鼠脊髓背角星形胶质细胞组蛋白H3K9的乙酰化加剧NP[29]。Zhu 等[30]报告显示，组蛋白乙酰转移酶p300 抑制剂通过抑制组蛋白乙酰化降低环氧合酶-2 (cyclooxygenase-2, COX-2)的水平，从而减轻大鼠慢性NP。这提示组蛋白乙酰化可能通过上调COX-2 加剧NP。Zhao 等[31]的研究显示，组蛋白H3 的乙酰化通过促进抗酒石酸酸性磷酸酶5 (tartrate-resistant acid phosphatase 5, ACP5)在脊髓前皮质中的转录促进NP。此外，最近的一项研究显示，p300 通过增强启动子上的组蛋白H3 和H4 乙酰化来上调脑源性神经营养因子 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF)，从而诱导NP[32]。

2.非组蛋白乙酰化修饰和NP

除了组蛋白外，非组蛋白乙酰化也可通过调控细胞生命活动中的蛋白信号通路影响NP。Zhang等[33]研究表明，核因子-κB (nuclear factor-kappaB,NF-κB)的乙酰化在慢性收缩损伤诱导的大鼠NP 中发挥着重要作用。Sirt2 的过表达抑制了NF-κB 的乙酰化激活，从而降低TNF-α、IL-1β 和IL-6 在大鼠背根神经节中的表达，减缓了NP。另一项研究显示，信号转导子和转录激活子3 (signal transducer and activator of transcription 3, STAT3)的乙酰化可促进其磷酸化激活，这加重了慢性收缩损伤诱导的大鼠NP[34]。线粒体锰超氧化物歧化酶 (manganese superoxide dismutase, MnSOD)通过降低细胞活性氧 (reactive oxygen species, ROS)水平来减轻氧化应激，从而缓解慢性疼痛。MnSOD 的乙酰化将引起其活性降低，细胞ROS 水平升高，加重氧化应激诱导的NP[35]。叉头转录因子O3a (forkhead box class O3a, FoxO3a)可通过上调抗氧化基因MnSOD 和过氧化氢酶的表达发挥抗氧化作用。Zhou 等[36]报道称，FoxO3a 的乙酰化可促进其磷酸化和泛素化降解，引起其活性下降，导致下游MnSOD 和过氧化氢酶的表达下降，促进氧化应激，从而加剧2 型糖尿病引起的NP。线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore, mPTP)的开放引起的线粒体功能障碍在NP 的发生发展中起着重要作用[37]。一项研究显示，CypD 的K166 位乙酰化可促进mPTP 的开放，从而加剧保留性神经损伤诱导的小鼠NP。将CypD 的K166 位赖氨酸突变为精氨酸显著改善了保留性神经损伤诱导的小鼠线粒体功能障碍和NP[37]。

蛋白乙酰化修饰在NP 发生中的分子机制总结见图1。蛋白乙酰化修饰通过组蛋白乙酰化、组蛋白去乙酰化和非组蛋白乙酰化调控疼痛信号的传递，从而影响NP 的进展。蛋白乙酰化修饰联系代谢、表观遗传和疼痛信号分子的表达，在NP 的发病机制中显示出重要的作用。蛋白乙酰化修饰在NP 中的作用还需要进一步深入研究以推动NP 治疗的进展。

图1 蛋白乙酰化修饰在NP 发生中的分子机制

三、蛋白乙酰化修饰作为NP 治疗的潜在靶点

1.HDAC 抑制剂治疗NP

如前所述，组蛋白脱乙酰化和NP 的发生发展密切相关，提示抑制组蛋白脱乙酰化可能是NP治疗的重要策略。动物研究表明，HDAC 抑制剂在NP 的治疗中是有效的。辛二酰苯胺异羟肟酸(suberoylanilide hydroxamic acid, SAHA) 是一种泛HDAC 抑制剂，具有抑制多种HDAC 的作用。感觉减退是NP 的一种临床特征。Matsushita 等[38]报告显示，SAHA 的使用逆转了坐骨神经部分结扎引起的小鼠NP 的感觉减退，这和它抑制HDAC，增加Nav1.8 调节序列的组蛋白乙酰化有关。在脊神经结扎诱导的大鼠NP 模型中，SAHA 通过抑制H3 组蛋白的脱乙酰化，抑制脊髓背角GLT-1 的下调来减轻NP[23]。Wang 等[39]的研究显示，SAHA 通过抑制HDAC5 以增加神经前体细胞表达发育下调蛋白4(neuronally expressed developmentally downregulated 4, NEDD4) 的表达，从而改善脊髓损伤小鼠的NP。在创伤性神经损伤和抗逆转录病毒药物诱导的大鼠NP 模型中，MS-275 通过抑制HDAC1，促进组蛋白乙酰化而发挥镇痛作用[40]。在三叉神经炎性压迫诱导的小鼠NP 中，MS-275 通过抑制HDAC，从而抑制激活转录因子3 (activating transcription factor 3, ATF3)、富含脯氨酸的小蛋白1A (small proline-rich protein 1A, SPRR1A)和Gal 基因的表达，减轻疼痛[41]。Kukkar 等[18]研究发现，丁酸盐通过抑制HDAC，抑制组蛋白脱乙酰化，从而抑制TNF-α 基因的转录，减轻慢性收缩损伤诱导的大鼠NP。d-β-羟基丁酸酯(d-β-hydroxybutyrate, DBHB)通过抑制组蛋白脱乙酰化增加转录因子FOXO3a、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶2 (superoxide dismutase 2, SOD2) 的表达，从而减轻脊髓损伤诱导的小鼠NP[42]。此外，黄芩苷可通过抑制脊髓背角HDAC1 的表达和逆转组蛋白H3 脱乙酰化来缓解脊神经结扎诱导的大鼠NP[43]。

2.HAT 抑制剂治疗NP

组蛋白乙酰化也在NP 的发病机制中起作用，因此HAT 抑制剂也可能是NP 治疗的策略之一。Sun 等[29]的研究显示，HAT 抑制剂漆树酸的使用逆转了慢性收缩损伤引起的大鼠脊髓背角星形胶质细胞组蛋白H3K9 的过度乙酰化，抑制了CX3CR1和IL-1β 水平的升高，减轻了NP。另一项研究发现，漆树酸给药抑制了部分坐骨神经结扎后外周神经中MIP-2 和CXCR2 启动子区上的组蛋白H3 的过度乙酰化，抑制了MIP-2 和CXCR2 的上调，大大减轻了部分坐骨神经结扎诱导的NP[28]。p300 具有HAT活性，参与组蛋白乙酰化的催化。Zhu 等[44]报告显示，姜黄素通过抑制p300，从而抑制H3 和H4组蛋白乙酰化介导的BDNF 和COX-2 基因表达，在慢性收缩损伤诱导的大鼠NP 中发挥治疗作用。

3.Sirt 激动剂治疗NP

Sirtuins 家族是III 类组蛋白脱乙酰酶，可通过调控组蛋白脱乙酰化和非组蛋白脱乙酰化在NP 的治疗中发挥作用。因此，Sirt 激动剂也是潜在的NP治疗策略。Shao 等[45]的研究显示，白藜芦醇给药通过激活Sirt1 的脱乙酰酶活性，显著缓解了慢性收缩损伤诱导的小鼠NP。此外，Yin 等[46]研究发现，鞘内白藜芦醇给药通过增加Sirt1 的表达，降低了脊髓中的组蛋白H3 乙酰化，显著减轻了慢性收缩损伤诱导的NP 大鼠机械性异常性疼痛和热痛觉过敏。淫羊藿苷是一种具有抗癌作用的黄酮类化合物。淫羊藿苷可逆转紫杉醇诱导的Sirt1 下调和组蛋白H4 乙酰化，从而抑制炎症和NP[47]。褪黑素也具有激动Sirt1 的作用，褪黑素通过激动Sirt1，催化高迁移率组蛋白1 (high mobility group box-1, HMGB1)的去乙酰化而减轻了骨癌诱导的小鼠NP[48]。佛手柑多酚组分(bergamot polyphenolic fraction, BPF)给药通过激活Sirt3，抑制MnSOD 的高乙酰化，可降低ROS 水平，从而缓解慢性收缩损伤诱导的NP[35]。此外，Sirt3 通过去乙酰化FoxO3a 减轻了糖尿病诱导的大鼠NP[36]。

总之，HDAC 抑制剂、HAT 抑制剂和Sirt 激动剂在NP 治疗的临床前研究中，尤其是在大鼠和小鼠的NP 动物模型中，已经取得了不错的进展。然而，从基础到临床的转化还需要进一步的研究推动。蛋白乙酰化修饰调控在NP 治疗中的作用研究见表1。

表1 蛋白乙酰化修饰调控在NP 治疗中的作用研究

四、总结与展望

本文综述了蛋白乙酰化修饰在NP 中的最新研究进展。近年来，越来越多的证据显示蛋白乙酰化修饰在NP 的发病机制中发挥着重要作用。组蛋白乙酰化和脱乙酰化通过调控基因的转录影响NP 的发生和发展，非组蛋白乙酰化通过调节细胞信号通路影响NP。动物研究显示，调控蛋白乙酰化修饰的HDAC 抑制剂、HAT 抑制剂和Sirt 激动剂在NP的治疗中有效，提示蛋白乙酰化修饰可能是具有潜力的NP 治疗靶点。此外，作为表观遗传的重要机制，蛋白乙酰化修饰将代谢和细胞活动调控联系起来，其研究将促进NP 发病机制的深入研究，为NP治疗策略的寻找提供新的方向。然而，蛋白乙酰化修饰调控治疗NP 的机制较为复杂，还需要进一步的基础研究加以阐明。由于难以精确地进行位点调控，去乙酰化修饰可能引起不良反应。例如，一些蛋白的去乙酰化可能促进炎症[49]。这给靶向乙酰化修饰治疗NP 的研究和应用带来了挑战。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。