星形膠質(zhì)細胞介導神經(jīng)炎癥調(diào)節(jié)神經(jīng)病理性疼痛的分子機制及中醫(yī)藥干預的研究進展

曹人酈，袁 蓓，顧艷麗，王 超，林 娜

（1中國中醫(yī)科學院中藥研究所，北京100700；2內(nèi)蒙古醫(yī)科大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110；3安徽中醫(yī)藥大學藥學院，安徽 合肥230012）

0 引言

神經(jīng)病理性疼痛（neuropathic pain，NP）是軀體感覺神經(jīng)受損或疾病造成的疼痛，自發(fā)性疼痛、痛覺過敏、痛覺超敏、感覺異常等為其主要臨床表現(xiàn)。NP發(fā)病機制復雜，是人類最難治療的疾病之一。近年來，研究［1］表明膠質(zhì)細胞在NP發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用，其中脊髓水平的膠質(zhì)細胞研究得最為深入；而神經(jīng)系統(tǒng)中數(shù)量最多、分布最廣的星形膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)炎癥對NP的發(fā)展和維持發(fā)揮了關鍵作用，如星形膠質(zhì)細胞參與了神經(jīng)遞質(zhì)的循環(huán)利用，血腦屏障形成，調(diào)節(jié)細胞外離子濃度，調(diào)控突觸傳遞等，成為近年NP研究的熱點之一。中醫(yī)藥毒副作用小、簡便驗廉，且具有多靶點干預疾病的特點，近年在NP研究中備受國內(nèi)外學者關注［2］。本文重點簡述了脊髓星形膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)炎癥在NP發(fā)生、發(fā)展中的分子機制，并歸納了中醫(yī)藥干預神經(jīng)炎癥治療NP的研究進展，期望為NP的臨床干預及新藥研發(fā)提供參考。

1 星形膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)炎癥參與NP

神經(jīng)炎癥是神經(jīng)損傷介導的炎癥，施旺細胞、衛(wèi)星膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞等參與此病理過程，其中星形膠質(zhì)細胞在NP中的作用尤為突出。神經(jīng)炎癥病理過程主要有血管通透性增加、白細胞浸潤、膠質(zhì)細胞活化和炎癥介質(zhì)生成。其中，膠質(zhì)細胞活化和炎癥介質(zhì)生成是神經(jīng)炎癥的重要事件，二者介導的突觸重塑及中樞敏化是NP的重要機制［3］。不同于系統(tǒng)性炎癥，神經(jīng)炎癥具有局限性、隱匿性的特點，如周圍神經(jīng)損傷可以誘導特定脊髓節(jié)段的局限性炎癥，從而導致NP的持續(xù)性和治療的棘手性［1］。

1．1 NP活化因子及其受體介導星形膠質(zhì)細胞活化

神經(jīng)損傷可誘導傳入神經(jīng)中樞端釋放神經(jīng)遞質(zhì)，如腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）、趨化因子、蛋白酶等，與小膠質(zhì)細胞相應受體結(jié)合介導小膠質(zhì)細胞有絲裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase pathways，MAPK）家族成員 p38（mitogen?activated protein kinase p38， p38）、細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）的激活，進而促進腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor?α， TNF?α）、白介素?1β（interleukin?1β， IL?1β）、白介素 18（interleukin?18， IL?18）、白介素 6（interleu?kin?6， IL?6）等及生長因子的釋放而介導神經(jīng)元的高反應性。其中 TNF?α、ATP、B細胞趨化因子 1（ lymphocyte chemoattractant／C?X?C motif chemokine 13， BLC1／CXCL13）、 脂 多 糖 （lipopolysaccharide，LPS）等是星形膠質(zhì)細胞的重要啟動因子［1］。ATP通過與嘌呤代謝型受體P2Y（P2Y purinoceptor，P2Y）結(jié)合促進膠質(zhì)細胞活化，并可通過縫隙連接蛋白43（connexin 43，Cx43）以半通道方式彌散至細胞間隙［4］。TNF是周圍敏化和中樞敏化的重要因子，與星形膠質(zhì)細胞腫瘤壞死因子受體1（tumor necrosis receptor 1， TNFR1）結(jié)合可誘導其活化［5］。 CXCL13與趨化因子受體 5（C?X?C chemokine receptor type 5，CXCR5）結(jié)合可活化星形膠質(zhì)細胞并介導NP痛敏的維持［6］。LPS也是星形膠質(zhì)細胞活化的重要激動因子［7］。 研究［3－4］表明，上述因子及受體的拮抗劑或抑制劑能明顯改善NP動物的痛敏狀況。

1．2 NP星形膠質(zhì)細胞活化后信號通路及相關因子

星形膠質(zhì)細胞啟動因子與相應受體結(jié)合，不僅能啟動細胞內(nèi)相關信號通路分泌趨化因子等與二級神經(jīng)元相應受體相互作用維持NP痛敏及中樞敏化，還能上調(diào)星形膠質(zhì)細胞內(nèi)特異性調(diào)控原件維持星形膠質(zhì)細胞活化。

MAPK通路的激活是星形膠質(zhì)細胞活化的重要特征。 其中，氨基末端激酶（c?Jun N?terminal kinase，JNK）和ERK1／2激活與星形膠質(zhì)細胞活化密切相關［1，3－4］。 如 TNF?α 與 TNFR1 結(jié)合可通過腫瘤壞死因子受體相關因子 6（TNF receptor?associated factor 6，TRAF6）促進JNK的活化，進而誘導星形膠質(zhì)細胞的激活。 實驗研究［3－4，7］表明，JNK 拮抗劑能明顯緩解NP痛敏。在NP中，ERK活化有時序性，早期主要在小膠質(zhì)細胞中活化，而持續(xù)期活化主要在星形膠質(zhì)細胞，研究表明，ERK拮抗劑能明顯緩解NP維持期痛敏。此外，哺乳動物的轉(zhuǎn)錄因子NF?κB（nuclear factor κB）［8］及轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducers and activators of transcription， STAT）［9］介導的信號通路在星形膠質(zhì)細胞活化及NP痛敏的維持中亦發(fā)揮重要作用。

星形膠質(zhì)細胞活化釋放趨化因子與二級神經(jīng)元相關受體結(jié)合進而維持中樞敏化是NP的重要特征之一，如星形膠質(zhì)細胞分泌的趨化因子2（C?C motif chemokine 2， CCL2），生長調(diào)節(jié)蛋白α（growth?regulated alpha protein，CXCL1）不僅能促進其共受體CXCR2的表達，還能與二級神經(jīng)元CXCR2結(jié)合維持中樞敏化；研究［10－11］表明，CCL2 能迅速誘導脊髓切片的興奮性傳導，促進脊髓背角神經(jīng)元N?甲基?D?天冬氨酸受體（N?methyl?D?aspartic acid receptor， NMDA）依賴性電流及ERK活化，而星形膠質(zhì)細胞CCL2過表達可明顯誘導NP痛敏。CXCL1中和抗體或CXCR2拮抗劑能明顯緩解NP動物的機械痛敏及熱痛敏。趨化因子 CCL7（C?C motif chemokine 7）可與小膠質(zhì)細胞CCR2結(jié)合維持小膠質(zhì)細胞的活化，而其中和抗體不僅能抑制膠質(zhì)細胞的活化，而且能明顯改善NP動物的痛敏行為學［12］。神經(jīng)損傷后，WNT3A蛋白（protein Wnt?3a）主要在神經(jīng)元及星形膠質(zhì)細胞中表達，并通過卷曲蛋白（Frizzled?β?catenin）信號通路誘導神經(jīng)元及突觸重塑［13］。

此外，星形膠質(zhì)細胞也能分泌炎癥因子如TNF?α、IL?1β 維持中樞敏化，研究［1，3－4］表明 TNF?α、IL?1β 中和抗體能明顯緩解NP痛敏。同時，星形膠質(zhì)細胞還能通過自分泌及旁分泌的方式誘導自身的持續(xù)活化，如NP中成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）在星形膠質(zhì)細胞表達升高并分泌而維持自身的激活［14］。 基質(zhì)金屬蛋白酶 2（matrix metallo?proteinase?2，MMP2）在星形膠質(zhì)細胞及衛(wèi)星膠質(zhì)細胞中特異性表達，并在NP維持期發(fā)揮重要作用，其可通過IL?1β信號通路介導星形膠質(zhì)細胞活化及ERK 磷酸化［15］。

1．3 NP星形膠質(zhì)細胞活化轉(zhuǎn)運體功能失調(diào)星形膠質(zhì)細胞的活化還可伴有細胞功能的失調(diào)，具體表現(xiàn)為細胞相關轉(zhuǎn)運體和縫隙連接蛋白的功能異常。如，谷氨酸轉(zhuǎn)運體 1（glutamate transporter 1， GLT?1／EAAT2）及谷氨酸?天冬氨酸轉(zhuǎn)運體（glutamate?aspar?tate transporters，GLAST）的下調(diào)可導致谷氨酸在突觸間隙的聚集而維持神經(jīng)元的高反應性［4，16］。Cx43能調(diào)控谷氨酸和ATP的釋放；神經(jīng)損傷可誘導Cx43持續(xù)、特異地在星形膠質(zhì)細胞中上調(diào)，并從縫隙連接蛋白的信息傳導功能轉(zhuǎn)化為半通道調(diào)控，從而導致星形膠質(zhì)細胞的高滲透性，并釋放 IL?1β、CCL2及CXCL1，而 Cx43基因敲除后小鼠痛敏明顯減輕［17－18］。神經(jīng)損傷還能誘導星形膠質(zhì)細胞質(zhì)糖蛋白?血小板反應蛋白?4（thrombospondin?4， TSP4）的釋放，并介導突觸形成、重塑及行為學上的高痛敏狀態(tài)［19］。

總之，NP的主要機制是中樞敏化，維持期是NP病情慢性化及治療棘手的重要時期，而星形膠質(zhì)細胞是介導小膠質(zhì)細胞?星形膠質(zhì)細胞?神經(jīng)元相互作用的重要參與者，故在近年備受重視。中醫(yī)藥從星形膠質(zhì)細胞活化的角度干預NP近年也做了大量工作。

2 中醫(yī)藥干預星形膠質(zhì)細胞治療NP

2．1 中藥及中藥有效成分對星形膠質(zhì)細胞的調(diào)控作用生物堿類化合物廣泛存在于自然界的植物中，其有抗菌殺蟲、抗病毒以及抗炎等多種生物學活性。研究［20］表明，某些生物堿類化合物有明顯鎮(zhèn)痛效應，如粉防己粉中的粉防己堿可抑制星形膠質(zhì)細胞IkB激酶 β（inhibitor kappa B kinase β， IKKβ）磷酸化，減少前列腺素 E2（prostaglandin E2， PGE2）和環(huán)氧酶?2（cyclo?oxygen?ase， COX?2）分泌，并能有效緩解 LPS誘導的小鼠痛覺過敏。白屈菜有效成分白屈菜紅堿能抑制蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）激活及脊髓星形膠質(zhì)細胞活化，緩解NP大鼠痛敏［21］。鉤吻中的鉤吻素子能緩解慢性壓迫性損傷模型（chronic constriction injury，CCI）和脊神經(jīng)結(jié)扎模型（spinal nerve ligation， SNL）的機械痛敏，研究［22］顯示其鎮(zhèn)痛機制可能與四氫孕酮的負轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關。

黃酮類化合物也有鎮(zhèn)痛活性。血竭中的總黃酮可減輕由促炎因子引起的NP痛敏，其機制可能和減少促炎因子釋放進而抑制星形膠質(zhì)細胞活化相關［23－24］。黃芩中的黃芩苷通過上調(diào)缺氧狀態(tài)下星形膠質(zhì)細胞血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）和 1?甲基環(huán)丙烯（1?methylcyclo?propene， 1?MCP）保護神經(jīng)［25］，這種活性為臨床應用也提供了可行的依據(jù)。

許多萜類化合物中也可調(diào)控脊髓星形膠質(zhì)細胞發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用，如芍藥中的單萜類化合物芍藥內(nèi)酯苷通過減少pJNK在星形膠質(zhì)細胞中的表達發(fā)揮NP鎮(zhèn)痛作用［26］。丹參中二萜類化合物丹參酮Ⅱa的鎮(zhèn)痛作用可能和減少IL?1、TNF?分泌及抑制脊髓背角星形膠質(zhì)細胞 pJNK 相關［27－28］。 人參中的人參皂苷［29］、絞股藍中的絞股藍皂苷［30］、環(huán)烯醚萜類的梔子苷［31］、雷公藤中的雷公藤內(nèi)酯［32－33］等均通過抑制星形膠質(zhì)細胞活化發(fā)揮NP鎮(zhèn)痛作用。

其他化合物，如多酚類的白藜蘆醇［34］、當歸中的蒿本內(nèi)酯［35］、異戊二烯類的番茄紅素［36］、二酮類的姜黃素［37－38］、肉桂中的香豆素類化合物［39］等可通過不同的機制抑制星形膠質(zhì)細胞活化。

許多中藥有效成分不明，如由揮發(fā)油、樹脂和樹膠組成的新疆阿魏有抗炎、抗過敏、抗痙攣和鎮(zhèn)痛作用［40］；迷迭香的酒精提取物的抗炎和抗凋亡作用可能有助于神經(jīng)損傷后的痛敏治療［41］，其調(diào)控星形膠質(zhì)細胞的機制有待于進一步研究。

2．2 中藥復方對星形膠質(zhì)細胞的調(diào)控作用研究［42－51］表明，許多中藥復方藥能通過抑制星形膠質(zhì)細胞活化緩解NP痛敏。五積散具有 NP鎮(zhèn)痛效應［42］，其中，附子的鎮(zhèn)痛機制可能與抑制星形膠質(zhì)細胞 ERK1／2 磷 酸 化 并 減 少 IL?1β、IL?18 分 泌 相關［43－44］。 Yokukansan 在日本廣泛用于 NP 治療，方中白術能通過調(diào)節(jié)脊髓中星形膠質(zhì)細胞和／或小膠質(zhì)細胞IL?6的表達發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用［45］。外用溫經(jīng)通絡散通過調(diào)節(jié)傷害性信號傳遞抑制脊髓背角星形膠質(zhì)細胞活化，并能明顯緩解奧沙利鉑誘導的NP痛敏［46］。身痛逐瘀湯和獨活寄生湯能緩解骨癌痛，其抑制星形膠質(zhì)細胞活化的機制有待進一步研究［47－48］。 復方gyejigachulbu?tang（GBT）在奧沙利鉑誘導的NP大鼠模型中有良好的鎮(zhèn)痛效應，能抑制脊髓星形膠質(zhì)細胞的活化而不影響小膠質(zhì)細胞的功能［49－50］。當歸注射液鎮(zhèn)痛機制亦與抑制脊髓星形膠質(zhì)細胞活化相關［51］。

2．3 其他針灸對腰背痛、膝關節(jié)痛等有良好療效，其機制可能與降低脊髓腰膨大膠質(zhì)細胞分泌細胞因子改善神經(jīng)炎癥介導的痛敏有關［52］。脊髓星狀膠質(zhì)細胞也可通過分泌IL?17誘導NMDA受體亞基NR1的磷酸化引起疼痛，而電針可通過抑制IL?17的表達緩解 NP 痛敏［53－54］。

2．4 我們的研究在經(jīng)典名方烏頭湯治療慢性疼痛的相關研究中，我們首先采用完全弗氏佐劑（com?plete freund's adjuvant，CFA）足趾部皮下注射的方法建模發(fā)現(xiàn)烏頭湯對慢性炎癥性疼痛的冷、熱、機械痛敏均有抑制作用，其相關機制主要與抑制周圍神經(jīng)末梢瞬時感受器電位錨蛋白?1（transient receptor poten?tial ankyrin 1，TRPA1）及瞬時感受器電位香草酸受體?1（transient receptor potential cation channel subfam?ily V member 1，TRPV1）通道的活性和蛋白表達相關［55］。在對烏頭湯中的主要成分制川烏的相關研究中，我們發(fā)現(xiàn)制川烏對慢性炎癥性疼痛的抑制效應與促進內(nèi)源性阿片肽分泌進而激動kappa受體及抑制周圍神經(jīng)TRPV1通道活性相關［56］。在此基礎上，我們建立經(jīng)典的SNL模型，發(fā)現(xiàn)烏頭湯對NP亦有良好的干預效應，且無明顯的毒副作用，不影響動物的運動協(xié)調(diào)功能，不改變正常動物的痛敏基礎閾值，且早期給藥能明顯改善動物的基礎閾值（病情改善作用）。相關機制研究表明，其不僅能有效抑制小膠質(zhì)細胞的活化，亦能明顯抑制星形膠質(zhì)細胞MAPK信號通路發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應［57］，還能抑制SNL小鼠大腦海馬組織炎癥因子的表達［58］；進一步，我們采用網(wǎng)絡藥理學及基因芯片分析的方法，發(fā)現(xiàn)烏頭湯具有廣泛鎮(zhèn)痛靶點［59］。近期，課題組開展了蒙藥復方那如?3干預NP的藥效學研究，我們發(fā)現(xiàn)，那如?3對慢性炎癥性疼痛及SNL小鼠有良好的鎮(zhèn)痛效應，其藥效時間長，即時給藥有明顯瞬時鎮(zhèn)痛效應，慢性給藥停藥后還有基礎閾值的改善效應，初步機制研究表明其鎮(zhèn)痛效應與調(diào)節(jié)下行疼痛調(diào)控系統(tǒng)及抑制神經(jīng)炎癥相關。且從那如?3尿液代謝的角度發(fā)現(xiàn)SNL模型為寒證NP動物模型。

以上研究提示，中醫(yī)藥尤其是中醫(yī)藥復方具有多靶點的鎮(zhèn)痛效應，且在慢性給藥或早期干預中改善疾病的進展。如烏頭湯既能抑制神經(jīng)沖動傳導，又能抑制脊髓及大腦水平的神經(jīng)炎癥，還能調(diào)控下行抑制系統(tǒng)，此“三位一體”干預疾病的特點可能是其臨床有效治療慢性疼痛的原因，也提示復方或多靶點聯(lián)合干預可能是NP治療的有效選擇之一。

3 結(jié)語

NP的有效治療是長久以來困擾醫(yī)學界的難題，尤其是在慢性維持期，而星形膠質(zhì)細胞活化介導的神經(jīng)炎癥、中樞敏化在NP維持期發(fā)揮關鍵作用。目前靶向神經(jīng)傳導的藥物治療效果有限，且常伴隨中樞副作用，故靶向星形膠質(zhì)細胞為治療NP提供了新策略。然而，受倫理學及NP發(fā)病機制復雜性的限制，目前NP星形膠質(zhì)細胞較深入的機制研究主要集中在脊髓水平的動物模型上，NP腦機制的研究剛剛起步。不可否認，周圍神經(jīng)損傷?脊髓神經(jīng)炎癥?NP腦機制在疾病的不同發(fā)展階段存在動態(tài)的、相互聯(lián)系的復雜調(diào)控網(wǎng)絡及相互作用，這均有待于進一步深入研究。而人類星形膠質(zhì)細胞在NP發(fā)病中可能更具復雜性，這也導致了基礎研究到臨床轉(zhuǎn)化的困難。如膠質(zhì)細胞存在諸多功能，在不影響正常膠質(zhì)細胞功能的前提下，還無有效技術靶向病變膠質(zhì)細胞治療NP，而非靶向膠質(zhì)細胞治療NP有諸多副作用，目前針對星形膠質(zhì)細胞相關靶點或信號通路的新藥開發(fā)仍未取得突破性進展。

NP包括三叉神經(jīng)痛、癌痛、糖尿病末梢神經(jīng)病變等近30種常見類型，其危害甚廣［60］。中醫(yī)藥通過“同感共性”、“調(diào)節(jié)共性”原理，數(shù)千年來在幫助、調(diào)節(jié)、彌補、改善人類受到內(nèi)外環(huán)境侵襲出現(xiàn)的傷、殘、敗、漏等發(fā)揮了關鍵作用［61－62］，并在臨床辨證應用顯示了其安全性和有效性，因其具有更為廣泛干預疾病靶點的特點，從而為中醫(yī)藥治療NP提供了契機。多靶向神經(jīng)傳導及神經(jīng)性炎癥治療NP有廣泛前景［2，59］，結(jié)合前期研究，我們認為，明確 NP 發(fā)病關鍵病理階段不同病理組織復雜的調(diào)控網(wǎng)絡或調(diào)控節(jié)點并明確其動態(tài)的相互關系能更好闡述NP發(fā)病機制；NP臨床辨證用藥更有助于個體化治療；“未病先防”或早期干預的原則在NP治療中當引起重視；同時，以臨床為基礎，中藥藥性和藥效為前提，經(jīng)典方藥為范例，聚焦星形膠質(zhì)細胞及與其密切相關的細胞在NP發(fā)病中的重要靶點，采用現(xiàn)代生物學手段及網(wǎng)絡預測、分析、驗證的方法進一步挖掘復方／小分子（或小分子組合物）的藥效和機制，可能對NP的治療更具普適性而符合NP新藥研發(fā)的新方向，這也是我們研究的動力。