神經(jīng)病理性疼痛的表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展*

王 琳 劉 雪 劉冰清 劉亞楠 丁素英

（鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院體檢科，鄭州450001）

慢性疼痛常由外周組織持續(xù)性炎癥狀態(tài)和外周神經(jīng)系統(tǒng)或中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)損害導(dǎo)致。慢性疼痛嚴(yán)重影響病人生活質(zhì)量，已被越來越多的疼痛研究者視為一類疾病而非其他疾病的伴隨狀態(tài)。由外周組織持續(xù)性炎癥狀態(tài)引起的慢痛被稱為慢性炎癥痛，由外周或中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)損害引起的稱為神經(jīng)病理性疼痛(neuropathic pain, NP)[1,2]。NP 病因眾多，糖尿病、感染（帶狀皰疹病毒或HIV）、神經(jīng)創(chuàng)傷、離子通道病、自身免疫性疾病均可引起NP[3]。NP難治性高、機(jī)制不明，是疼痛研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。NP 在普通人群的發(fā)病率為3.3%～8.2%[4]，還可導(dǎo)致失眠、焦慮、抑郁等精神心理疾病，帶來許多社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題。

表觀遺傳學(xué)(epigenetics)的概念于1942 年由Waddington 率先提出。表觀遺傳學(xué)主要研究生物體基因型和表型的關(guān)系，即研究生物體在不改變DNA序列前提下如何調(diào)控基因表達(dá)從而參與眾多生理及病理過程。人類基因組測(cè)序[5]表明，人體內(nèi)只有2%～3%的基因表達(dá)蛋白質(zhì)，其余序列在生命過程中發(fā)揮何種作用尚不清楚。表觀遺傳學(xué)是不涉及DNA 序列改變的、可逆的、可遺傳的基因修飾，其通過DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色體重塑、基因印跡和非編碼RNA 等方式調(diào)節(jié)基因表達(dá)，影響個(gè)體表型[6]。

NP 發(fā)病機(jī)制尚不清楚，臨床尚缺乏有效治療手段，是世界性醫(yī)學(xué)難題，嚴(yán)重困擾著數(shù)以萬計(jì)的病人和臨床醫(yī)師，影響人類的生活質(zhì)量[7]。近年來，外周炎癥及神經(jīng)損傷引起的痛覺傳導(dǎo)通路相關(guān)神經(jīng)組織的DNA 甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA 變化，提示表觀遺傳學(xué)機(jī)制可能作為基因調(diào)控新機(jī)制在NP 的發(fā)生及維持中發(fā)揮重要作用。本文結(jié)合國內(nèi)外NP 近期研究，綜述其在表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域相關(guān)進(jìn)展，為進(jìn)一步闡明疼痛發(fā)生機(jī)制提供新思路，為NP 治療提供新策略。

一、NP 與DNA 甲基化

DNA 甲基化是目前研究最深入也最重要的表觀遺傳學(xué)機(jī)制，是通過在DNA 堿基上添加甲基，從而抑制轉(zhuǎn)錄因子與編碼基因啟動(dòng)子結(jié)合，起到抑制基因轉(zhuǎn)錄的作用。DNA 甲基化在調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)、X 染色體失活、基因印記和腫瘤發(fā)生等生命過程中發(fā)揮重要作用。真核生物DNA 甲基化最常發(fā)生的堿基修飾為5-甲基胞嘧啶，其次是腺嘌呤和鳥嘌呤甲基化。哺乳動(dòng)物體內(nèi)有3 種DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶 (DNMT)，分別是DNMT1、DNMT3a 和DNMT3b。DNMT1 參與甲基化狀態(tài)的維持，使復(fù)制過程中甲基化位點(diǎn)保持遺傳穩(wěn)定性；DNMT3a 和DNMT3b 催化甲基化從頭合成。Zhao 等[8]研究表明，外周神經(jīng)損傷后，大鼠背根神經(jīng)節(jié)中DNA 甲基化轉(zhuǎn)移酶DNMT3a 高表達(dá)，從而促進(jìn)DNA 甲基化。而此甲基化過程發(fā)生在電壓依賴性鉀通道(Kv)亞單位Kcna2 啟動(dòng)子區(qū)，從而降低了Kcna2 轉(zhuǎn)錄，減少Kv 電流，增加背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元興奮性并導(dǎo)致脊髓水平的中樞敏化，誘發(fā)模型動(dòng)物出現(xiàn)NP 相關(guān)癥狀。這些發(fā)現(xiàn)表明在背根神經(jīng)節(jié)中，神經(jīng)元甲基化轉(zhuǎn)移酶DNMT3a 可能通過抑制Kcna2 的表達(dá)，調(diào)控NP 的發(fā)生。在該課題組的另一項(xiàng)研究中，Sun等[9]應(yīng)用脊神經(jīng)結(jié)扎(spinal nerve ligation, SNL)大鼠及小鼠發(fā)現(xiàn)DNMT3a 可以促進(jìn)背根神經(jīng)節(jié)中阿片類受體編碼基因的甲基化，從而使內(nèi)源性阿片受體在模型動(dòng)物中表達(dá)減少。這一發(fā)現(xiàn)為解釋阿片類鎮(zhèn)痛藥對(duì)治療NP 效果欠佳提供可能機(jī)制；同時(shí)，這一研究啟發(fā)我們可以通過抑制DNMT3a 活性從而提高機(jī)體對(duì)阿片類鎮(zhèn)痛藥的敏感性，為臨床治療NP 提供了新思路。王英等[10]研究表明，NP 大鼠脊髓內(nèi)DNMT1、DNMT3a、DNMT3b 上調(diào)，通過鞘內(nèi)注射DNMT 抑制劑5-氮雜胞苷抑制了大鼠脊髓內(nèi)DNMT 表達(dá)并有效緩解了NP。這一研究結(jié)果進(jìn)一步印證了DNA 甲基化轉(zhuǎn)移酶在NP 的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。Yuan 等[11]發(fā)現(xiàn)八聚體轉(zhuǎn)錄因子1 (octamer transcription factor 1, OCT1)在坐骨神經(jīng)結(jié)扎損傷(chronic constriction injury, CCI)模型大鼠中表達(dá)增多，OCT1 通過增加背根神經(jīng)節(jié)中神經(jīng)元的DNMT3a 的轉(zhuǎn)錄進(jìn)一步下調(diào)阿片受體MOR 及K+通道Kv1.2 導(dǎo)致NP 的發(fā)生。侯立力[12]等研究表明，CCI 大鼠脊髓整體甲基化水平顯著升高，而阿片受體MOR 表達(dá)顯著降低，鞘內(nèi)注射5-氮雜胞苷可降低CCI 大鼠脊髓整體甲基化水平、升高M(jìn)OR表達(dá)水平，并提升嗎啡對(duì)NP 的鎮(zhèn)痛作用。這提示DNA 甲基化抑制劑可能成為治療NP 的輔助用藥。

二、NP 與組蛋白修飾

組蛋白常見的修飾形式有乙酰化、甲基化、磷酸化和ADP 核糖基化，目前研究最多的是組蛋白乙?；揎棥Ｗ鳛楸碛^遺傳學(xué)的重要組成部分，近年來研究證實(shí)組蛋白修飾在NP 中發(fā)揮重要作用。

組蛋白的乙酰化修飾主要發(fā)生在組蛋白的賴氨酸殘基上，調(diào)控組蛋白乙?；拿赣山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase, HAT)和組蛋白去乙?；?histone deacetylase, HDAC)構(gòu)成。與DNA 甲基化后轉(zhuǎn)錄活性降低相反，組蛋白的乙酰化使編碼基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)DNA 的轉(zhuǎn)錄和mRNA 的翻譯。Tao 等[13]在CCI 大鼠中發(fā)現(xiàn)，造模成功3 天后大鼠腦干中縫大核內(nèi)δ 阿片受體在突觸后膜表達(dá)升高，在14 天后δ 阿片受體表達(dá)下降，而應(yīng)用HDAC 抑制劑會(huì)增加突觸后膜δ 受體表達(dá)從而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛效應(yīng)。Kiguchi 等[14]報(bào)道了組蛋白乙?；挖吇蜃釉诩又豊P 中的重要作用。發(fā)現(xiàn)在小鼠坐骨神經(jīng)部分卡壓(partial sciatic nerve ligation, pSNL) NP 模型中，神經(jīng)損傷可導(dǎo)致巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的增多，從而使小鼠體內(nèi)的趨化因子上調(diào)；作者進(jìn)一步研究表明，機(jī)體通過增加神經(jīng)外膜周圍巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞趨化因子啟動(dòng)子區(qū)域組蛋白H3 的乙?；蕉险{(diào)趨化因子表達(dá)，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)炎癥反應(yīng)。而應(yīng)用組蛋白乙?；敢种苿┖?，NP 小鼠疼痛癥狀減輕，間接說明組蛋白乙?；瘯?huì)導(dǎo)致疼痛發(fā)生。Kami 等[15]最新的研究表明，脊髓背角小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞組蛋白去乙酰化酶1 (HDAC1)高表達(dá)降低了其核內(nèi)組蛋白乙?；?，然而脊髓背角的神經(jīng)元中卻無HDAC1 高表達(dá)，這提示NP 可能是由脊髓背角內(nèi)的HDAC1 高表達(dá)的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)。Mariaru 等[16]在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)損傷會(huì)導(dǎo)致組蛋白去乙?；? (HDAC2)在星形膠質(zhì)細(xì)胞中顯著表達(dá)，而HDAC2 在生理狀態(tài)下主要在神經(jīng)元中表達(dá)，但神經(jīng)損傷后，神經(jīng)元中的HDAC2 卻未發(fā)生顯著改變。Notartomaso 等[17]發(fā)現(xiàn)，在慢性炎性痛和NP 小鼠模型中，L-乙酰肉毒堿(lacetylcarnitine, LAC)可增加背根神經(jīng)節(jié)中組蛋白H3（結(jié)合Grm2 基因啟動(dòng)子位點(diǎn)）的乙?；剑⑦M(jìn)一步上調(diào)mGlu2 受體表達(dá)，從而緩解疼痛，這可能與LAC 促進(jìn)H3 乙?；M(jìn)而增強(qiáng)Grm2 基因啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性有關(guān)。Feng 等[18]發(fā)現(xiàn)，CCI 大鼠脊髓背角的組蛋白甲基化顯著升高，同時(shí)Wnt3a 啟動(dòng)子區(qū)域的胞嘧啶甲基化顯著降低，此研究表明，Wnt 信號(hào)通路的表觀遺傳修飾促進(jìn)大鼠NP 的發(fā)生。近年來，環(huán)氧化酶(COX)在NP 中的作用也越來越受到關(guān)注，Zhu 等[19]在模型動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，組蛋白乙酰化會(huì)增加COX-2 的表達(dá)，而組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶p300 的抑制劑則能降低組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶p300 和COX-2 的水平，從而升高模型動(dòng)物的痛閾，這提示機(jī)體可通過組蛋白乙?；岣邫C(jī)體COX-2 水平從而誘發(fā)NP。以上研究表明，組蛋白的乙?；腿ヒ阴；^程在NP 的發(fā)生中發(fā)揮重要作用。

同時(shí)，脊髓節(jié)段的趨化因子水平也可能與組蛋白乙?；揎棇?dǎo)致的NP 有關(guān)。潘冰冰等[20]在CCI 大鼠中發(fā)現(xiàn)，CXCR2 表達(dá)異常上調(diào)可導(dǎo)致NP產(chǎn)生和維持，而組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑可降低CXCR2 表達(dá)并緩解NP；劉芳芳等[21]發(fā)現(xiàn)趨化因子CCL-1 受體CCR-8 參與切口痛痛覺敏化過程，注射組蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制劑后，脊髓組蛋白H3K9 及CCR-8 表達(dá)顯著增多，小鼠疼痛過敏增強(qiáng)。上述兩研究表明，組蛋白乙?；揎椡ㄟ^影響脊髓水平趨化因子及其受體的水平而參與疼痛的發(fā)生及維持。組蛋白甲基化修飾是組蛋白翻譯后修飾的重要方式，徐華麗等[22]發(fā)現(xiàn)，在SNL 小鼠NP 中，組蛋白精氨酸甲基化酶(protein arginine methyltransferase, PRMTs)的轉(zhuǎn)錄基因中，Carm1 轉(zhuǎn)錄表達(dá)明顯上調(diào)，而Prmt5、Prmt8 和Prmt9 轉(zhuǎn)錄抑制，Prmt8 抑制最明顯。這提示Carm1 和Prmt8 通過影響組蛋白精氨酸甲基化參與NP，但具體機(jī)制尚待深入揭示。

三、NP 與非編碼RNA

人類基因組測(cè)序研究表明，人體內(nèi)編碼蛋白的基因序列僅有2 萬個(gè)左右，這一比例不足人類全基因組序列的2%。顯然，僅靠mRNA 的前體剪切和蛋白質(zhì)的翻譯后修飾無法完全實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的差異化和功能多樣性。同時(shí)，98%的非編碼序列在人體如何發(fā)揮作用引起了科學(xué)家的極大興趣。起初，這些非編碼序列被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄噪聲而被輕視，但越來越多的研究表明，非編碼序列的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，即非編碼RNA (noncoding RNA, ncRNA)，盡管在細(xì)胞中不編碼蛋白質(zhì)，卻在諸如基因印記、發(fā)育分化、基因沉默等許多細(xì)胞和分子過程中發(fā)揮著重要作用。ncRNA 根據(jù)堿基數(shù)目是否大于200 核苷酸分為微小RNA (microRNA, miRNA) 和長(zhǎng)鏈非編碼RNA (long noncoding RNA, lncRNA)。近年來研究證明，ncRNA 在NP 的發(fā)生及維持階段發(fā)揮重要作用[23]?，F(xiàn)分別從miRNA 和lncRNA 角度分述相關(guān)進(jìn)展。

1. NP 與miRNA

miRNA 是一類長(zhǎng)度范圍在16～29 個(gè)核苷酸之間，平均長(zhǎng)度約22 個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA 小分子。miRNA 調(diào)控的基因沉默是生物體內(nèi)普遍存在的重要的基因調(diào)控機(jī)制，最近研究發(fā)現(xiàn)miRNA 參與慢性疼痛的基因調(diào)控過程并在NP 中扮演重要角色。Yang 等[24]在糖尿病NP 小鼠內(nèi)發(fā)現(xiàn)miRNA miR-190a-5p 表達(dá)顯著下調(diào)，應(yīng)用熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)證實(shí)SLC17A6 是miR-190a-5p 的直接作用靶點(diǎn)，而SLC17A6 作為溶脂運(yùn)載家族成員在谷氨酸突觸小泡中發(fā)揮重要作用，并參與突觸興奮性傳遞從而在NP 發(fā)揮作用。上調(diào)miR-190a-5p 可有效抑制SLC17A6表達(dá)并減弱模型動(dòng)物的疼痛行為學(xué)表現(xiàn)。Heyn 等[25]則從神經(jīng)炎癥領(lǐng)域探討了miRNA 與NP關(guān)系，發(fā)現(xiàn)miR-124a 和miR-155 是組蛋白去乙酰酶SIRT1 的直接阻遏劑，miRNA 對(duì)SIRT1 的阻遏會(huì)導(dǎo)致Foxp3 的表達(dá)并進(jìn)一步增加調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的分化，而T 細(xì)胞反應(yīng)目前被認(rèn)為是NP 發(fā)生的重要因素。而Huang 等[26]從突觸重塑方面揭示miRNA 在NP 發(fā)揮的作用，發(fā)現(xiàn)miR-500 在NP 動(dòng)物內(nèi)高表達(dá)并通過作用于脊髓背角的Gad1 基因下調(diào)GAD67 表達(dá)，GAD67 是胞質(zhì)內(nèi)GABA 合成及GABA 小泡運(yùn)輸至突觸間隙的關(guān)鍵酶，而GABA 作為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)在生理性鎮(zhèn)痛方面發(fā)揮重要作用；通過應(yīng)用miR-500 抑制劑或敲除miR-500 表達(dá)，脊髓背角神經(jīng)元中GABA 能突觸受體表達(dá)增加，有助于緩解NP 模型動(dòng)物的疼痛。

2. NP 與lncRNA

NP 的具體機(jī)制雖不清楚，但證據(jù)表明lncRNA參與其發(fā)生。Liu 等[27]應(yīng)用高通量測(cè)序分析NP 與lncRNA 的關(guān)系，結(jié)果顯示有22 213 個(gè)lncRNA 在坐骨神經(jīng)部分損傷(spared nerve injury, SNI) NP 小鼠的脊髓中差異表達(dá)。Jiang 等[28]在SNL 小鼠脊髓中發(fā)現(xiàn)了 511 個(gè)與正常小鼠表達(dá)有顯著差異的 lncRNA。與假手術(shù)小鼠相比，SNL 小鼠脊髓中發(fā)現(xiàn)了 366 個(gè)上調(diào)和 145 個(gè)下調(diào)的 lncRNA。這些研究說明 lncRNA 參于了 NP 的調(diào)節(jié)，但其在脊髓中調(diào)控 NP 的具體機(jī)制仍未明確。上述研究表明，lncRNA 在NP 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。Zhao 等[8]揭示了lncRNA Kcna2 AS 在NP 中的作用，研究表明，lncRNA Kcna2 AS 可以沉默NP 大鼠背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的mRNA Kcna2，Kcna2 沉默使背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)神經(jīng)元表面電壓門控鉀通道表達(dá)減少，從而使背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元更易去極化，通過外周敏化機(jī)制參與NP。Li 等[29]在CCI 大鼠中發(fā)現(xiàn)，lncRNA MRAK009713 過表達(dá)增強(qiáng)動(dòng)物疼痛行為學(xué)表現(xiàn)，而應(yīng)用小干擾RNA (siRNA)敲減lncRNA MRAK009713 可有效改善模型大鼠的機(jī)械痛敏和熱痛敏。進(jìn)一步研究表明，MRAK009713 通過促進(jìn)嘌呤受體配體門控離子通道P2X3改變神經(jīng)元電生理特性，導(dǎo)致頑固性NP 的發(fā)生。類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)論也在2 型糖尿病大鼠NP 模型中得到印證，Peng等[30]發(fā)現(xiàn)lncRNA NONRATT021972 可以通過促進(jìn)P2X3升高模型動(dòng)物的痛閾，而應(yīng)用NONRATT-021972siRNA 敲減NONRATT021972，可以減少P2X3的表達(dá)，從而緩解疼痛癥狀。上述研究表明，lncRNA 可通過多種機(jī)制調(diào)控NP 的發(fā)生。

四、未來展望

綜上所述，大量證據(jù)表明表觀遺傳學(xué)機(jī)制通過抑制或活化疼痛相關(guān)基因、炎癥介質(zhì)、信號(hào)通路等多種方式在NP 的發(fā)生和維持中發(fā)揮著重要作用，但表觀遺傳學(xué)機(jī)制在NP 中如何發(fā)揮作用及相關(guān)藥物對(duì)NP 的治療機(jī)制研究尚不明確。如何獲得NP的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志物，作為開展臨床診斷及預(yù)測(cè)的重要樣本來源，更深入探索表觀遺傳學(xué)機(jī)制在NP中的發(fā)生機(jī)制和從表觀遺傳學(xué)角度研發(fā)新型鎮(zhèn)痛藥物，是科研工作者未來亟待解決的問題。