神經(jīng)性疼痛的表觀遺傳學(xué)機(jī)制

白天宇　陳恒玲

摘 要 表觀遺傳機(jī)制包括但不限于DNA的甲基化、組蛋白的修飾與非編碼RNA的分子調(diào)控。本文寫作的主要目的是綜述文獻(xiàn)以表明表觀遺傳的調(diào)控機(jī)制在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生與發(fā)展的過程中起著越來越重要的作用。

關(guān)鍵詞 表觀遺傳學(xué) 神經(jīng)性疼痛

中圖分類號：R402 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.04.018

Abstract Epigenetic mechanisms include the DNA methylation， the histones modification and non-coding RNA molecules regulation. The research support an increasingly important role for epigenetic in the emergence of neuropathic pain.

Key words Epigenetics； neuropathic pain

神經(jīng)病理性疼痛，是病理性疼痛的一種，由于神經(jīng)系統(tǒng)損傷或發(fā)生疾病，細(xì)胞及分子水平上發(fā)生適應(yīng)性的變化，進(jìn)而引起異常性疼痛、痛覺過敏等癥狀，會極大程度的影響到患者的正常生活，是需要患者和醫(yī)生一起去解決的醫(yī)學(xué)難題。究其發(fā)病原因，環(huán)境因素是神經(jīng)性疼痛的一個(gè)重要原因，它可以調(diào)控從DNA到蛋白質(zhì)的信息傳遞，同樣的遺傳信息也可以出現(xiàn)不同的表型。表觀遺傳學(xué)的研究目的，就包括但不僅限于了解如何才能夠做到在不改變DNA序列的同時(shí)，又改變基因的表達(dá)方式。

表觀遺傳學(xué)的epigenetic的詞根，源于古希臘語，epi是“之上”的意思，即epigenetic是“遺傳之上”的意思。傳統(tǒng)的遺傳學(xué)是讀取DNA的編碼信息，而表觀遺傳學(xué)是解釋各種因素，尤其是環(huán)境因素，如何影響DNA編碼信息的表達(dá)?？梢酝ㄟ^改變表觀遺傳這種方式，以此來達(dá)到在不改變DNA序列的基礎(chǔ)上激活特定的基因的目的。除此之外，染色質(zhì)蛋白如果與DNA相關(guān)聯(lián)，是很可能發(fā)生被沉默或者激活的現(xiàn)象的。多細(xì)胞有機(jī)體中的不同細(xì)胞之所以能夠只表達(dá)其活動的必需基因，也正是由于這個(gè)原因。表觀遺傳學(xué)可以用來合理的解釋環(huán)境因素是如何通過作用于關(guān)鍵酶來改變基因的功能。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化、組蛋白乙?；约胺蔷幋aRNA調(diào)控在神經(jīng)性疼痛的發(fā)生、發(fā)展中均起到重要作用。

痛覺，是用來預(yù)警所處的環(huán)境中的潛在危險(xiǎn)和可能發(fā)生的組織傷害的。痛覺的形成與表觀遺傳學(xué)的關(guān)系十分密切。Nature genetics報(bào)道，一個(gè)調(diào)節(jié)表觀遺傳的因子——PRDM蛋白，與染色質(zhì)修飾相關(guān)，神經(jīng)形成與神經(jīng)分化的過程都有它參與控制。在無痛癥患者中PRDM12基因發(fā)生純合變異，導(dǎo)致胚胎期間痛覺神經(jīng)元發(fā)育出現(xiàn)障礙，進(jìn)而成人痛覺神經(jīng)缺失。軀體的感覺神經(jīng)系統(tǒng)如果一旦發(fā)生損傷，就可能會引發(fā)神經(jīng)的病理性疼痛，其特點(diǎn)包括但不僅限于痛覺異常以及痛覺過敏，現(xiàn)有的最常用的治療手段是藥物治療，其中利用阿片類藥物發(fā)揮止痛的作用日益增強(qiáng)，但是，其對這種神經(jīng)性疼痛的治療效果并不十分理想。因此，充分了解神經(jīng)病理性疼痛背后的機(jī)制，尤其是與疼痛關(guān)系非常之密切的表觀遺傳學(xué)機(jī)制，可以為神經(jīng)病理性疼痛的藥物治療等方式提供新的靶點(diǎn)，今后也很有可能會控制并減少不必要的疼痛。

1 神經(jīng)性疼痛中表觀遺傳學(xué)的機(jī)制

1.1 DNA甲基化

Nature Communications報(bào)道過，同卵雙胞胎雖然在遺傳上基因組信息是一致的，但是其在疼痛的敏感性上存在著明顯的不同，其原因很有可能是關(guān)鍵疼痛基因的修飾狀態(tài)發(fā)生變化。其中編碼溫度感應(yīng)蛋白TRPA1基因的啟動子甲基化狀態(tài)是和耐受疼痛的能力密切相關(guān)的。除此之外，還有其他8個(gè)基因也同樣顯示出了其可能存在的與耐受疼痛有關(guān)的特點(diǎn)，但是我們現(xiàn)在仍然需要做更加深入的研究，來闡明到底這些基因是如何幫助生物體來感受疼痛的。

有研究發(fā)現(xiàn)，大鼠的坐骨神經(jīng)如果出現(xiàn)慢性擠壓傷（chronic constriction injury，CCI），那么在此之后14 d的時(shí)候，脊髓就會發(fā)現(xiàn)有DNA甲基化的大量存在。DNA甲基化的反應(yīng)進(jìn)程由DNMTs控制，每日鞘內(nèi)注射DNMTs，能夠明顯抑制基因甲基化，從而減弱CCI引起的痛覺過敏。另有研究發(fā)現(xiàn)，相較于對照組，CCI雌鼠的后代表現(xiàn)出焦慮行為的增加、下丘腦視上核中縮宮素水平降低；同時(shí)，CCI雌鼠后代的杏仁核中DNMT1表達(dá)量的增加也會引起DNA甲基化的水平出現(xiàn)上升的趨勢，這表明了，親代的神經(jīng)病理性疼痛極有可能通過大腦的基因修飾，來達(dá)到影響甚至是改變后代的情緒及相關(guān)行為的效果，這同時(shí)也表明，表觀遺傳是很有可能參與神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)控過程的。

1.2 組蛋白乙?；?/p>

據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，依賴性激酶Cdk5（cyclin-dependent kinase 5）參與異常性疼痛的發(fā)生和發(fā)展的調(diào)控。環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白CREB （cyclic AMP response element-binding protein）作為轉(zhuǎn)錄因子，激活乙酰化酶HAT（histone acetyltransferase），增加組蛋白乙?；?，上調(diào)大鼠脊髓背角的Cdk5，從而誘導(dǎo)并維持疼痛；而抑制CREB或Cdk5可減輕疼痛反應(yīng)。由此可見，特定的去乙?；鸵阴；瘷C(jī)制均可在疼痛調(diào)節(jié)的過程中起到十分重要的作用。

1.3 非編碼RNA

脊神經(jīng)結(jié)扎大鼠脊髓背角淺層中miR-103表達(dá)量會發(fā)生下調(diào)，其靶基因電壓門控鈣通道VGCCs（voltage-gated calcium channels）的L型Cav1.2亞基（Cav1.2-LTC）明顯上調(diào)，從而導(dǎo)致痛覺超敏。鞘內(nèi)給予miR-103則能夠緩解這種由神經(jīng)損傷引起的異常性疼痛。另還有研究表明，miR-7a可以結(jié)合電壓門控鈉通道的€%[亞基Scn2b的UTR區(qū)域，在痛覺模型中，miR-7a的下調(diào)表達(dá)最終導(dǎo)致該通道數(shù)量的增加，導(dǎo)致超敏。上述研究表明，多種miRNA參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生和發(fā)展，是治療神經(jīng)性疼痛潛在的靶位點(diǎn)。

2 研究表觀遺傳學(xué)的技術(shù)手段

CpG島的定位可以有多種軟件預(yù)測，包括CpG Island Explorer （http：//bioinfo.hku.hk/cpgieintro.html）。有很多基于亞硫酸氫鹽（bisulfite）處理DNA的檢測啟動子甲基化的方法，其原理是亞硫酸氫鹽修飾將去甲基化的胞嘧啶轉(zhuǎn)化為尿嘧啶，但留下甲基化的胞嘧啶不變。在隨后通過聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）擴(kuò)增CpG區(qū)域時(shí)，尿嘧啶被轉(zhuǎn)化到胸腺嘧啶，而從甲基化的胞嘧啶則在此過程之中保持不變。甲基化和去甲基化的胞嘧啶之間的區(qū)別可能是胞嘧啶和胸腺嘧啶之間的區(qū)別，最初甲基化的程度可以由Pyrosequencing TM技術(shù)計(jì)算。最近亞硫酸氫鹽測序、（定量）甲基化特異性PCR（MSP， methylation-specific PCR）、甲基化敏感單克隆核苷酸引物延伸（Ms-SNuPE，methylation-sensitive single nucleotide primer extension）等技術(shù)也普遍用于基因的甲基化測定。另有一些技術(shù)可以用于研究全基因組染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變。例如利用特異性識別甲基化胞嘧啶的抗體進(jìn)行免疫沉淀實(shí)驗(yàn)，后進(jìn)行質(zhì)譜測定；另一方面也利用DNA結(jié)合蛋白抗體或組蛋白的特異性修飾抗體，進(jìn)行染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP，chromatin immunoprecipitation）測定，后進(jìn)行DNA測序。更新的技術(shù)可以結(jié)合芯片，進(jìn)行高通量的實(shí)驗(yàn)設(shè)定。

迄今為止，有關(guān)于神經(jīng)性疼痛模型的表觀遺傳學(xué)研究數(shù)量并不是很多。從以往的研究報(bào)道來看，DNA甲基化、組蛋白乙?；头蔷幋aRNA的調(diào)控模式在神經(jīng)性疼痛的發(fā)生、發(fā)展及其維持的各個(gè)環(huán)節(jié)都有發(fā)生非常明顯的改變并發(fā)揮著極其重要的作用。在未來的研究中，我們將進(jìn)一步的探索表觀遺傳學(xué)參與神經(jīng)性疼痛的調(diào)控的分子機(jī)制，研究相關(guān)的修飾程序是如何帶來了持久而長期的痛覺異常和痛覺過敏的，并為以后進(jìn)一步的深入研究神經(jīng)慢性病理性疼痛是如何發(fā)生、發(fā)展與維持打下基礎(chǔ)，并為其后續(xù)的控制、治療提供新的作用靶點(diǎn)。

*通訊作者：陳恒玲

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