細(xì)胞自噬在神經(jīng)病理性疼痛中的分子機(jī)制

王文淼，姜玖良，馬 寧，孫 穎，董 楷，徐 悅，譚文彬，劉宏生

濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院1臨床醫(yī)學(xué)院，2精神衛(wèi)生學(xué)院，3醫(yī)藥工程學(xué)院 山東 濟(jì)寧 272067；4濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心臟重癥醫(yī)學(xué)科 山東 濟(jì)寧 272029

神經(jīng)病理性疼痛是一種復(fù)雜的慢性疼痛狀態(tài)，其主要表現(xiàn)為痛覺過(guò)敏、痛覺異常和自發(fā)性疼痛，其持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，遷延不愈，常造成機(jī)體功能紊亂，并引起抑郁、焦慮等不良情緒，嚴(yán)重影響人類生活質(zhì)量、威脅人類健康[1]。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞自噬在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。本文對(duì)細(xì)胞自噬與神經(jīng)病理性疼痛的研究進(jìn)展作一綜述。

1 神經(jīng)病理性疼痛

2011年國(guó)際疼痛學(xué)會(huì)重新確定神經(jīng)病理性疼痛的定義為：“由軀體感覺神經(jīng)系統(tǒng)的損傷或疾病而直接造成的疼痛”。研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生與創(chuàng)傷、腫瘤、感染、神經(jīng)毒性藥物、自身免疫性疾病等有關(guān)。周圍神經(jīng)病理性疼痛則與機(jī)械性創(chuàng)傷、代謝性疾病、神經(jīng)毒性物質(zhì)、感染或腫瘤浸潤(rùn)引起的周圍神經(jīng)系統(tǒng)病變有關(guān)[2]。在細(xì)胞水平上，有可能與神經(jīng)細(xì)胞的自噬有關(guān)[3]。神經(jīng)病理性疼痛因其復(fù)雜的病理生理變化，故發(fā)病原因不盡相同，發(fā)病機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，個(gè)體的臨床表現(xiàn)差異明顯，常規(guī)治療效果并不樂觀。因此，探索其發(fā)病機(jī)制并且精準(zhǔn)提供相應(yīng)臨床治療方案，仍然是具有挑戰(zhàn)性的。

2 自噬

自噬是機(jī)體應(yīng)激條件下的防御調(diào)控機(jī)制，具有維持細(xì)胞質(zhì)、蛋白質(zhì)和細(xì)胞器穩(wěn)態(tài)的功能[4]。自噬與氧化應(yīng)激和炎癥免疫反應(yīng)關(guān)系緊密，大量研究發(fā)現(xiàn)，自噬一方面參與抗原呈遞以及炎癥免疫反應(yīng)，另一方面自噬清除受損的蛋白質(zhì)、細(xì)胞器等物質(zhì)以抑制炎癥反應(yīng)。病理?xiàng)l件下，自噬使得細(xì)胞器和蛋白的降解水平提高。由于成熟的神經(jīng)元已經(jīng)喪失了增殖能力，變性或功能異常的蛋白、脂質(zhì)、細(xì)胞器等不能再分配到子細(xì)胞而只能積累在神經(jīng)元內(nèi)，導(dǎo)致軸突運(yùn)輸異常，使得自噬功能異常對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成的損害更為明顯。雖然自噬被認(rèn)為是細(xì)胞死亡的機(jī)制，但不論基礎(chǔ)自噬還是應(yīng)激誘導(dǎo)的自噬在維持正常組織穩(wěn)態(tài)中都是不可或缺的。

3 自噬與神經(jīng)病理性疼痛

神經(jīng)病理性疼痛涉及多種細(xì)胞、分子和通路，而自噬廣泛參與機(jī)體的生理病理過(guò)程，對(duì)維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)具有重要作用[5-6]。研究表明，自噬可發(fā)生在神經(jīng)損傷及神經(jīng)退行性疾病中。近年來(lái)，自噬與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生發(fā)展成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。探索其內(nèi)在關(guān)系或許可為神經(jīng)病理性疼痛提供新理論，為其治療提供新的方法及靶點(diǎn)。Berliocchi等[7]發(fā)現(xiàn)脊神經(jīng)結(jié)扎（SNL）神經(jīng)病理性疼痛小鼠脊髓背角蛋白微管相關(guān)輕鏈蛋白3（LC3）的表達(dá)水平顯著增高，提示自噬障礙可能與神經(jīng)病理性疼痛有關(guān)。Guo等[2]同樣使用SNL造模檢測(cè)出自噬標(biāo)志物L(fēng)C3-II增加，并且免疫熒光檢測(cè)在脊髓神經(jīng)結(jié)扎的背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元發(fā)現(xiàn)LC3-Ⅱ色斑。目前有研究認(rèn)為自噬主要通過(guò)調(diào)節(jié)脊髓神經(jīng)元活性氧水平以及促炎細(xì)胞因子IL-1β、腫瘤壞死因子α（TNF-α）水平來(lái)介導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛。而自噬的調(diào)節(jié)紊亂又與許多病理情況如神經(jīng)退化疾病、糖尿病神經(jīng)病理性疼痛、癌癥、炎性病變等病癥有關(guān)[8]。外周神經(jīng)損傷所造成的神經(jīng)病理性疼痛可以通過(guò)增加背根神經(jīng)節(jié)的自噬活動(dòng)得以緩解。由此可見，自噬或可成為減輕神經(jīng)病理性疼痛的新思路。

3.1 炎癥因子參與的自噬

研究表明，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞主要通過(guò)釋放神經(jīng)活性物質(zhì)、促炎因子等物質(zhì)在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用，而星型膠質(zhì)細(xì)胞則發(fā)揮協(xié)同作用。炎癥因子可能參與了自噬與神經(jīng)病理性疼痛這一病理生理學(xué)過(guò)程[9-12]。當(dāng)受到外界環(huán)境變化如感染、缺血、脂多糖刺激時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞被迅速激活，并釋放出多種細(xì)胞因子，如IL-1β、IL-6、TNF-α、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶等[13]。而這些細(xì)胞因子均與疼痛的誘發(fā)有關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了通過(guò)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞自噬水平、可以降低誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、IL-6、IL-1β的分泌。關(guān)于自噬與IL-1β分泌的機(jī)制研究相對(duì)較為深入，IL-1β或可通過(guò)促進(jìn)痛覺神經(jīng)易化及神經(jīng)活性物質(zhì)釋放導(dǎo)致痛覺過(guò)敏。自噬能通過(guò)分解IL-1β前體pro-IL-1β直接抑制IL-1β分泌，也可通過(guò)分解caspase-1或炎性小體間接抑制IL-1β分泌。

3.2 mTOR參與的自噬

mTOR為雷帕霉素靶蛋白，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，參與神經(jīng)突觸重塑、軸突導(dǎo)向的過(guò)程。mTOR可抑制吞噬泡的形成及成熟，避免細(xì)胞生存資源不足和細(xì)胞死亡。mTOR在初級(jí)感覺神經(jīng)元、脊髓背根神經(jīng)節(jié)以及脊髓神經(jīng)元均有免疫反應(yīng)性，而且被認(rèn)為在神經(jīng)病理性疼痛相關(guān)的神經(jīng)突觸重塑起到了重要作用[14]。中樞應(yīng)用雷帕霉素可通過(guò)作用在mTOR陽(yáng)性的傷害性感受器以及脊髓背角I層投射神經(jīng)元而減輕神經(jīng)病理性疼痛。同時(shí)，mTOR是自噬通路中關(guān)鍵的負(fù)性調(diào)節(jié)激酶之一，鞘內(nèi)注射雷帕霉素使mTOR得到抑制后自噬活動(dòng)可增強(qiáng)[15]。此外在建立的疼痛模型中發(fā)現(xiàn)mTOR和ERK1/2兩條通路也存在相互關(guān)聯(lián)作用。Zhou等[16]研究發(fā)現(xiàn)普羅布考抑制脊髓損傷后神經(jīng)細(xì)胞凋亡與mTOR信號(hào)通路有關(guān)。

3.3 Toll樣受體（TLR）參與的自噬

在巨噬細(xì)胞中，TLR可以誘導(dǎo)自噬小體形成。TLR是天然免疫細(xì)胞膜上最重要的模式識(shí)別受體，參與機(jī)體的炎癥、免疫等過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，TLR的一種亞型TLR4可以小激活膠質(zhì)細(xì)胞，通過(guò)一系列下游通路反應(yīng)，引發(fā)各類炎癥因子表達(dá)，引起神經(jīng)免疫，導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛[17]。在使用藥物或基因敲除等方法抑制TLR2/3/4基因后，小膠質(zhì)細(xì)胞的活性明顯降低的同時(shí)也降低了由外周神經(jīng)損傷誘發(fā)的痛敏。鞘內(nèi)注射TLR3激動(dòng)劑，可以顯著增加小膠質(zhì)細(xì)胞的自噬，而TLR3基因敲除可顯著抑制SNL誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞自噬。TLR3激動(dòng)劑處理可以促進(jìn)炎癥介質(zhì)的表達(dá)，而特異性抑制劑誘導(dǎo)會(huì)造成炎性細(xì)胞因子的分泌抑制[18]。

3.4 P62參與的自噬

P62蛋白是自噬通路與NRF2通路的連接點(diǎn)，氧化應(yīng)激也可能是自噬與神經(jīng)病理性疼痛之間重要的一環(huán)[7,19-20]。P62是一個(gè)自噬適配器蛋白，P62增多，說(shuō)明自噬降解過(guò)程受到阻礙[21]。磷酸化的P62可以增加與Keap1的親和性。Keap1是E3泛素化蛋白酶適配器，其通過(guò)蛋白酶體途徑降解NRF2。磷酸化P62與Keap1的結(jié)合抑制了NRF2降解，進(jìn)而促進(jìn)了NRF2下游基因的表達(dá)。另有研究發(fā)現(xiàn)，敲除Atg-7或Atg-5基因抑制自噬小體成熟或者砷處理抑制自噬小體與溶酶體的融合，兩種自噬抑制均以P62依賴的方式激活NRF2信號(hào)[22]。NRF2通路在抗神經(jīng)炎癥、抗氧化應(yīng)激過(guò)程中發(fā)揮重要作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞NRF2活化可以通過(guò)釋放大量的抗氧化分子保護(hù)神經(jīng)元，如HO-1等[23]。如果細(xì)胞氧化應(yīng)激被神經(jīng)病理性異變激活，大量的活性氧簇被釋放，以致于線粒體電子傳遞鏈和DNA損傷而被分解，可以促進(jìn)了自噬功能的過(guò)度增強(qiáng)。因此外周神經(jīng)損傷后的自噬受到抑制，可以通過(guò)P62-NRF2通路減輕神經(jīng)病理性疼痛。

3.5 Wnt參與的自噬

脊髓背角經(jīng)典的Wnt通路即Wnt/β-catenin信號(hào)通路參與大量生長(zhǎng)代謝有關(guān)的生理及病理過(guò)程。該通路激活后導(dǎo)致β-Catenin在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)聚積，然后在進(jìn)入細(xì)胞核后激活靶基因。自噬可負(fù)性調(diào)節(jié)Wnt/β-Catenin信號(hào)通路。Wnt蛋白家族在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機(jī)制中扮演了重要角色[24]。在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中，Wnt蛋白可調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、遷移等過(guò)程。Wnt/β-catenin信號(hào)通路導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛可能與影響促炎因子有關(guān)。Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活可導(dǎo)致與神經(jīng)病理性疼痛密切相關(guān)的IL-18、TNF-α及其受體表達(dá)上調(diào)。Zhang YK等的研究證實(shí)，神經(jīng)損傷后Wnt/β-catenin通路活化通過(guò)促進(jìn)IL-18、TNF-α分泌，調(diào)節(jié)NR2B谷氨酸鹽受體以及鈣離子依賴性信號(hào)導(dǎo)致痛敏發(fā)生[25]。研究發(fā)現(xiàn)，β-catenin可自噬性降解調(diào)節(jié)Wnt與自噬之間的平衡[26]。使用大鼠的慢性坐骨神經(jīng)損傷模型進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，重復(fù)給予Wnt抑制劑niclosamide和IWR-1-endo能減弱觸誘發(fā)痛以及痛覺過(guò)敏。

3.6 miRNA參與的自噬

表觀遺傳變化已被引入慢性疼痛中，這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)指導(dǎo)新療法的基本進(jìn)展[27]。自噬也可以成為評(píng)估表觀遺傳機(jī)制實(shí)驗(yàn)性治療干預(yù)效果的工具。例如，最近的研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，microRNAs和自噬激活之間存在著關(guān)系。增加miRNA-195的表達(dá)可使外周神經(jīng)損傷所致的自噬受到抑制，進(jìn)而加劇神經(jīng)病理性疼痛[28]。通過(guò)miRNA阻斷自噬可調(diào)節(jié)神經(jīng)炎性反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛。外周神經(jīng)損傷后，自噬相關(guān)蛋白表達(dá)異常，顯示自噬通路受損，而miR-195增加，其表達(dá)的上調(diào)增強(qiáng)了外周神經(jīng)損傷后的機(jī)械痛和痛覺過(guò)敏，對(duì)照試驗(yàn)中使用miRNA-195抑制劑后得到的結(jié)果完全相反；miRNA-195抑制劑能增加因外周神經(jīng)損傷導(dǎo)致的小膠質(zhì)細(xì)胞自噬，表明miRNA-195的表達(dá)可能會(huì)影響小膠質(zhì)細(xì)胞的自噬來(lái)引發(fā)神經(jīng)炎癥并產(chǎn)生神經(jīng)病理性疼痛。其中，ATG14被認(rèn)為是miRNA-195的功能靶點(diǎn)。此外，激活施萬(wàn)細(xì)胞自噬可以減少神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生及其慢性化[29]。

3.7 JNK參與的自噬

JNK是位于c-Jun氨基末端活化區(qū)域的一種p54微管相關(guān)蛋白激酶，與細(xì)胞自噬關(guān)系密切[30]。JNK信號(hào)通路可被多種胞外信號(hào)激活，如G偶聯(lián)受體、基因毒性劑、紫外線照射和氧化應(yīng)激等?；罨腏NK可進(jìn)一步激活c-Jun，提高活化蛋白1（AP-1）轉(zhuǎn)錄活性，調(diào)控相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。JNK信號(hào)的活化可使自噬標(biāo)志物L(fēng)C3表達(dá)增加。JNK介導(dǎo)的自噬過(guò)程與Bcl-2的磷酸化有關(guān)[31]。Bcl-2家族蛋白是在細(xì)胞凋亡過(guò)程中起關(guān)鍵性作用的一類蛋白質(zhì)可以抑制Caspase-3和Caspase-7來(lái)阻斷線粒體后的凋亡信號(hào)通路。Bcl-2磷酸化后與自噬的重要調(diào)節(jié)器Beclin-1的相互作用減弱[32]。Oh等[33]發(fā)現(xiàn)鹽酸奈福泮可以通過(guò)抑制JNK介導(dǎo)自噬緩解疼痛。

3.8 HIF參與的自噬

缺氧誘導(dǎo)因子-1α廣泛存在于哺乳動(dòng)物及人體內(nèi)，在機(jī)體缺氧條件下維持氧穩(wěn)態(tài)。研究認(rèn)為缺血缺氧在神經(jīng)病理性疼痛起著重要作用[34-35]。缺氧誘導(dǎo)因子-1α可以激活靶基因的轉(zhuǎn)錄使細(xì)胞適應(yīng)低氧[36]。最近的報(bào)告也表明，在缺氧條件下缺氧誘導(dǎo)因子-1α可能通過(guò)缺氧反應(yīng)蛋白BNIP3與Bcl-2和Bcl-XL競(jìng)爭(zhēng)誘導(dǎo)自噬。BNIP3是一種受HIF-1直接調(diào)控的細(xì)胞死亡相關(guān)蛋白。Wang等[37]的研究結(jié)果表明，神經(jīng)病理性疼痛與缺氧誘導(dǎo)因子-1α依賴途徑和細(xì)胞自噬有關(guān)。探討HIF在自噬對(duì)神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)節(jié)可能為臨床治療提供潛在的治療方案。

4 有關(guān)自噬的神經(jīng)病理性疼痛治療

近年來(lái)，自噬在緩解和治療人類疾病方面不斷得到認(rèn)可。針對(duì)細(xì)胞自噬，臨床上也有藥物使用可以達(dá)到緩解和治療疾病的目的。比如臨床認(rèn)可的免疫抑制藥物和抗腫瘤藥物，雷帕霉素，西羅莫司等，它可以通過(guò)抑制mTOR起到包括激活自噬在內(nèi)的一系列的多效性作用。雷帕霉素常用于建立激活自噬的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚38]。調(diào)節(jié)自噬的關(guān)鍵復(fù)合物mTOR有可能成為治療慢性疼痛的藥理靶點(diǎn)。

此外，Liu等[39]發(fā)現(xiàn)高壓氧能有效地抑制大鼠脊髓神經(jīng)結(jié)扎損傷和mTOR通路激活（SNL）模型中神經(jīng)損傷所致自噬。研究發(fā)現(xiàn)，在不同的神經(jīng)病理性疼痛的動(dòng)物模型（SNL和慢性坐骨神經(jīng)損傷模型），高壓氧治療，可以減少TNF-α的產(chǎn)生，減少脊髓神經(jīng)元凋亡，并且減輕疼痛。有文獻(xiàn)報(bào)道自噬可以通過(guò)高壓氧激活，達(dá)到良好的治療效果[40]。Yan等[41]報(bào)道通過(guò)高壓氧處理可以提高自噬的活動(dòng)，使大腦減少缺血性損傷。Wang等[42]提出高壓氧可通過(guò)激活自噬減少缺血再灌注損傷。不僅如此，高壓氧對(duì)于帶狀皰疹也有治療作用，也可預(yù)防皰疹后神經(jīng)痛的發(fā)生。

5 展望

神經(jīng)病理性疼痛的病理機(jī)制尚未完全闡明，因此目前難以制定有針對(duì)性的治療策略[43]。神經(jīng)病理性疼痛在表觀遺傳學(xué)上的研究有廣闊的前景。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變能夠合理解釋從組織損傷或急性疼痛轉(zhuǎn)變成神經(jīng)性炎癥、中樞敏化以及神經(jīng)病理性疼痛的病理過(guò)程和機(jī)制。在神經(jīng)病理性疼痛發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程中DNA甲基化、組蛋白乙?；蚼iRNA的表達(dá)水平均發(fā)生明顯改變。但是自噬與神經(jīng)病理性疼痛的表觀遺傳學(xué)上的聯(lián)系需要進(jìn)一步研究與探索。

治療神經(jīng)性疼痛的藥物研發(fā)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)瓶頸期。雖然不斷有新藥的研發(fā)和上市，但大多數(shù)新藥都缺乏明確的三期臨床試驗(yàn)和臨床A1級(jí)證據(jù)。此外，大多數(shù)藥物只能緩解癥狀，并不能從根本上解決疼痛，且有不同程度的副作用，易損害肝、腎等臟器，甚至?xí)霈F(xiàn)依賴、成癮或戒斷等癥狀[44]。自噬或許可以為藥物開發(fā)提供新思路。

自噬可以從不同的角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究其病理機(jī)制，但是與自噬有關(guān)的各條通路又錯(cuò)綜復(fù)雜，多有交叉，增大了研究的難度。然而，對(duì)神經(jīng)病理性疼痛關(guān)于自噬的藥物研發(fā)或治療試驗(yàn)還需要進(jìn)一步研究。細(xì)胞機(jī)制基礎(chǔ)上的自噬研究可能為神經(jīng)病理性疼痛的探索提供了一個(gè)新的思路，它可以作為新的研究方向來(lái)揭示機(jī)制以尋求有效的治療方案。