電壓門(mén)控鈉通道在慢性疼痛藥物發(fā)現(xiàn)中的研究進(jìn)展

羊健，楊清云，孫水根，馮怡，張繼全

疼痛被定義為與實(shí)際或潛在組織損傷相關(guān)的不愉快的感覺(jué)和情感體驗(yàn)，而慢性疼痛即為持續(xù)三個(gè)月及以上的疼痛，可導(dǎo)致殘疾、痛苦和身體障礙。目前世界范圍內(nèi)，約有20%的人口受慢性疼痛影響，其中肌肉、骨骼類(lèi)疾病是最常見(jiàn)的原因。運(yùn)用藥物緩解或減輕疼痛已成為最簡(jiǎn)單、便捷、有效的方法，具體來(lái)說(shuō)，有治療傷害性疼痛的非甾體消炎藥和對(duì)乙酰氨基酚、治療神經(jīng)性或中樞敏感疼痛的三環(huán)類(lèi)藥物和5-羥色胺-去甲腎上腺素再攝取抑制劑、治療重度癌痛或其他絕癥疼痛的阿片類(lèi)藥物等十?dāng)?shù)種。然而，“阿片類(lèi)危機(jī)”正被越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)同［1］，且許多藥物在治療神經(jīng)病理性疼痛等慢性痛時(shí)效果并不理想，研發(fā)出安全有效、止痛效果迅速的鎮(zhèn)痛藥物成為目前亟待解決的問(wèn)題。

電壓門(mén)控鈉通道（VGSCs）由一個(gè)中心α亞基和一個(gè)或多個(gè)輔助β亞基組成，α-亞基包含四個(gè)重復(fù)的同源單位（Ⅰ～Ⅳ），每個(gè)重復(fù)單位由α-螺旋跨膜片段（S1～S6）發(fā)展而來(lái)。在哺乳動(dòng)物中共有9個(gè)功能性α-亞基，使VGSCs分為九個(gè)亞型（Nav1.1～Nav 1.9）。根據(jù)通道對(duì)河豚毒素（TTX）的敏感性分類(lèi)，Nav1.1-1.4、Nav1.6和Nav1.7是TTX敏感的通道（TTX-S），可被納摩爾濃度的TTX阻斷；Nav1.5，Nav1.8和Nav1.9是TTX耐受的通道（TTX-R），被高濃度TTX所抑制。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果顯示，VGSCs阻滯劑存在明顯鎮(zhèn)痛效果［2］，與疼痛相關(guān)的鈉通道亞型分別有Nav1.1、Nav1.3、Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9。但由于廣譜鈉通道阻滯劑并非僅阻滯上述通道亞型，在阻滯與骨骼肌相關(guān)的Nav1.4、與心肌相關(guān)的Nav1.5時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用。而各亞型的α-亞基都具有接近同源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這使得為特定的Nav通道設(shè)計(jì)選擇性阻滯劑變得困難。本研究全面概括了Nav1.1、Nav1.3、Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9與慢性疼痛的關(guān)系，整理羅列出已被證實(shí)安全有效的選擇性鈉通道阻滯劑，并基于經(jīng)典的藥物開(kāi)發(fā)思路系統(tǒng)性描述其研究方法，為選擇性鈉通道阻滯劑的開(kāi)發(fā)提供參考。

1 電壓門(mén)控鈉通道亞型與慢性疼痛

1.1 Nav1.1與 慢 性疼 痛Nav1.1由SCN1A基 因 編輯，并主要在CNS表達(dá)，也存在于周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)，該通道相關(guān)的疾病或者綜合征有中間神經(jīng)元功能性喪失導(dǎo)致的癲癇、偏頭痛、自閉癥等。Nav1.1尚未被認(rèn)為是慢性疼痛機(jī)制的重要參與者，但其在機(jī)械性疼痛中發(fā)揮的作用正逐漸被發(fā)掘。2016年，Osteen等［3］利用Heteroscodra maculata蜘蛛毒素對(duì)該通道的選擇性激活，發(fā)現(xiàn)表達(dá)Nav1.1的有髓鞘Aδ纖維是特定形態(tài)的痛覺(jué)感受器，激活后引發(fā)非神經(jīng)源性的強(qiáng)烈疼痛，并對(duì)機(jī)械刺激產(chǎn)生嚴(yán)重的超敏反應(yīng)。同時(shí)，Nav1.1在腸易激綜合征小鼠模型中觀察到的機(jī)械痛超敏反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。因此，可以認(rèn)為，Nav1.1在急性疼痛和機(jī)械性疼痛中起重要作用，但不參與炎癥性疼痛。近期研究發(fā)現(xiàn)，給予眶下神經(jīng)慢性收縮損傷大鼠CA-121431（Nav1.1通道阻滯劑）后，三叉神經(jīng)中Nav1.1通道選擇性表達(dá)上調(diào)，逆轉(zhuǎn)了神經(jīng)損傷誘導(dǎo)的機(jī)械性超敏反應(yīng)，為治療三叉神經(jīng)等周?chē)窠?jīng)損傷相關(guān)疼痛提供了全新治療靶點(diǎn)［4］。有研究也表明，周?chē)窠?jīng)損傷后背根神經(jīng)節(jié)（DRG）中Nav1.1表達(dá)上調(diào)，提示其參與了神經(jīng)性疼痛的發(fā)生［5］。

1.2 Nav1.3與慢 性疼 痛Nav1.3由SCN3A基因 進(jìn)行編輯，同Nav1.1通道一樣主要表達(dá)于CNS。與Nav1.3可能相關(guān)的疾病或者綜合征有癲癇、神經(jīng)病理性疼痛。Nav1.3在成年人大腦中存在廣泛的表達(dá)，并被認(rèn)為在從樹(shù)突到軀體的突觸信號(hào)傳播、軸突動(dòng)作電位開(kāi)始前的體細(xì)胞電信號(hào)整合中發(fā)揮作用［6］。大鼠產(chǎn)生神經(jīng)損傷或炎癥反應(yīng)后，外周感覺(jué)神經(jīng)元的Nav1.3水平會(huì)增加，表明該通道可能在疼痛中發(fā)揮作用。在糖尿病神經(jīng)病理性模型大鼠上進(jìn)行軸突切開(kāi)手術(shù)后，觀察到DRG神經(jīng)元中高水平的Nav1.3 mRNA誘導(dǎo)，同時(shí)Nav1.6、Nav1.8、Nav1.9 mRNA也存在異常表達(dá)［7］。在坐骨神經(jīng)慢性縮窄性損傷模型（CCI）大鼠上，脊髓背角痛覺(jué)神經(jīng)元的Nav1.3表達(dá)上調(diào)，脊髓鞘內(nèi)靶向給予Nav1.3的反義寡核苷酸可降低mRNA和蛋白表達(dá)，減弱了外周神經(jīng)損傷后的疼痛行為［8］。有研究證實(shí)眶下神經(jīng)慢性收縮損傷大鼠的三叉神經(jīng)節(jié)中Nav1.3表達(dá)上調(diào)，同時(shí) 伴 隨Nav1.7、Nav1.8和Nav1.9表 達(dá) 下 調(diào)［9］。Nav1.3相應(yīng)基因缺失的突變小鼠在慢性收縮損傷后也表現(xiàn)出冷熱痛和機(jī)械痛的減弱［10］。有研究推測(cè)，Nav1.3表達(dá)的上調(diào)可能與神經(jīng)損傷誘導(dǎo)的TTX-S電流增加有關(guān)，這種電流通常在干預(yù)后的DRG神經(jīng)元中出現(xiàn)［11］。

與此同時(shí)，具有鈉通道調(diào)節(jié)作用的生物制品及活性化合物也可側(cè)面證明Nav1.3對(duì)慢性疼痛的影響。作為以SCN3A基因?yàn)橹饕悬c(diǎn)的內(nèi)源性非編碼RNA，miR-30b、miR-214、miR-183等過(guò)表達(dá)后顯著減輕了手術(shù)誘導(dǎo)的神經(jīng)性疼痛，說(shuō)明通過(guò)調(diào)節(jié)Nav1.3表達(dá)的方式可參與了神經(jīng)性疼痛治療過(guò)程［12-14］。在天然藥物方面，草烏甲素可通過(guò)對(duì)神經(jīng)損傷模型大鼠背根神經(jīng)節(jié)中Nav1.3、Nav1.7通道的阻滯減緩其神經(jīng)性疼痛［15］。

然而，Nav1.3通道在炎癥性疼痛中的作用尚未確定，同時(shí)其在神經(jīng)性疼痛中的意義也存在爭(zhēng)議。NASSAR等［16］發(fā)現(xiàn)Nav1.3通道和痛覺(jué)感受器特異性敲除后小鼠表現(xiàn)出正常的炎癥性疼痛行為及神經(jīng)性疼痛行為。截至目前，多數(shù)研究成果僅說(shuō)明，在神經(jīng)性疼痛的產(chǎn)生和持續(xù)過(guò)程中Nav1.3表達(dá)上調(diào)，但其在神經(jīng)性疼痛行為中的參與程度研究較少。有研究亦表明，僅抑制Nav1.3亞型的表達(dá)不足以影響由神經(jīng)損傷導(dǎo)致的痛覺(jué)超敏反應(yīng)［17］。

1.3 Nav1.7與 慢 性疼 痛Nav1.7由SCN9A基 因 進(jìn)行編輯，主要在外周感覺(jué)神經(jīng)元、交感神經(jīng)等PNS中表達(dá)，也可見(jiàn)于下丘腦神經(jīng)元、嗅覺(jué)神經(jīng)元等CNS中以及胰腺等非神經(jīng)組織。該通道相關(guān)的疾病或者綜合征有陣發(fā)性極度疼痛、紅斑痛、先天性疼痛冷漠、嗅覺(jué)缺失等。作為疼痛產(chǎn)生及維持的重要參與者，許多文章闡述了嚙齒動(dòng)物和人類(lèi)的Nav1.7通道與疼痛障礙之間的強(qiáng)烈相關(guān)性。SCN9A基因缺失的突變導(dǎo)致正常小鼠和人類(lèi)的先天性鎮(zhèn)痛，使Nav1.7通道正成為被廣泛關(guān)注的鎮(zhèn)痛藥物重要靶點(diǎn)。

有研究表明，后爪注射角叉菜膠、福爾馬林、完全弗氏佐劑、神經(jīng)生長(zhǎng)因子等藥物后誘導(dǎo)的急性機(jī)械痛或炎癥痛與Nav1.7鈉通道的表達(dá)息息相關(guān)［18］。在神經(jīng)性疼痛中，Nav1.3表現(xiàn)為上調(diào)，而Nav1.7和Nav1.8則表達(dá)下調(diào)［19］。在外周感覺(jué)神經(jīng)元細(xì)胞中，編碼Nav1.7的SCN9A完全性功能喪失、完全性或條件性基因敲除已被證明會(huì)降低對(duì)整體動(dòng)物各種疼痛刺激的敏感性，同時(shí)減少脊髓寬動(dòng)態(tài)神經(jīng)元對(duì)有害刺激的放電［20］。當(dāng)所有感覺(jué)、交感神經(jīng)元中的Nav1.7缺失時(shí)，熱痛會(huì)消失，在神經(jīng)性疼痛造模后機(jī)械痛超敏反應(yīng)也會(huì)顯著降低［21］。

有趣的是，僅單獨(dú)使用Nav1.7外周靶向阻滯劑往往并不能復(fù)制上述基因突變小鼠的鎮(zhèn)痛作用，有學(xué)者認(rèn)為Nav1.7缺失后引起的鎮(zhèn)痛關(guān)鍵位點(diǎn)并不在外周，可能與中樞末端的Nav1.7和相關(guān)阿片信號(hào)通路有關(guān)［22］。Goodwin、Mcmahon［23］也對(duì)部分鈉通道亞型在三個(gè)痛覺(jué)傳遞階段的貢獻(xiàn)程度進(jìn)行分析，認(rèn)為具有顯著鎮(zhèn)痛作用的鈉通道阻滯劑需要一定的血腦屏障透過(guò)能力。

Nav1.7通道在神經(jīng)病理性疼痛中所發(fā)揮的作用尚未完全明晰。前期研究成果提示，具有相似疼痛表型的不同神經(jīng)性病癥可能會(huì)通過(guò)不同的細(xì)胞和分子機(jī)制產(chǎn)生。Minett等［10］發(fā)現(xiàn)壓迫性損傷導(dǎo)致的神經(jīng)性疼痛會(huì)因感覺(jué)神經(jīng)元中Nav1.7缺失而消除，但神經(jīng)切斷后導(dǎo)致的疼痛則需要使感覺(jué)、交感神經(jīng)元中的Nav1.7同時(shí)缺失才能緩解疼痛。更有趣的是，無(wú)論Nav1.7或Nav1.8陽(yáng)性痛覺(jué)感受器是否缺失，均不影響化療藥物奧沙利鉑誘發(fā)的疼痛和癌癥誘發(fā)的骨痛。因此，在單一疼痛表型的迷惑下，具有目的性地研發(fā)對(duì)癥治療藥物或進(jìn)行合理的藥物聯(lián)合治療都需要對(duì)不同疾病機(jī)制的進(jìn)一步探究。

1.4 Nav1.8與慢性疼痛Nav1.8由SCN10A基因進(jìn)行編輯，僅存在于PNS的小直徑感覺(jué)神經(jīng)元中，相關(guān)的疾病或者綜合征主要為有害性冷熱痛、小纖維神經(jīng)病等。與急性、術(shù)后或化療引起的神經(jīng)性疼痛狀態(tài)相比，Nav1.8似乎在神經(jīng)損傷和炎性疼痛中有更多參與［24］。

大量研究表明，一系列與炎癥性疼痛相關(guān)的蛋白分子（蛋白激酶A和C、annexinⅡ輕鏈、某些接觸蛋白）可誘導(dǎo)Nav1.8的表達(dá)，通過(guò)敲低Nav1.8 mRNA也可有效減少與外周炎癥相關(guān)的疼痛行為［24］。在完全弗氏佐劑誘導(dǎo)的炎癥模型中，Nav1.8 mRNA的表達(dá)顯著增加［25］。在骨關(guān)節(jié)炎中，成骨細(xì)胞所分泌的前列腺素E2通過(guò)改變Nav1.8使DRG神經(jīng)元增敏，在神經(jīng)元中給予基因或藥物抑制Nav1.8后可以顯著減弱該炎癥的疼痛程度［26］。

在背根神經(jīng)節(jié)（坐骨神經(jīng)或脊神經(jīng)收縮）或三叉神經(jīng)節(jié)（三叉神經(jīng)分支收縮）變化等嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型中，Nav1.8通道同Nav1.3、Nav1.7一樣被顯著影響。編碼該通道的SCN10A基因功能喪失或敲除也可降低各種疼痛刺激的敏感性，而SCN10A顯性超形態(tài)突變的小鼠對(duì)有害刺激則具有更高敏感性［20］。另外，Nav1.8已被發(fā)現(xiàn)參與早期糖尿病神經(jīng)病變的發(fā)展，會(huì)導(dǎo)致對(duì)有害的機(jī)械或熱刺激的異位痛和痛覺(jué)過(guò)敏。注射鏈脲佐菌素（誘導(dǎo)形成糖尿病模型）3 d后大鼠DRG中的Nav1.8表達(dá)增加，同時(shí)伴隨有神經(jīng)元的高興奮性，并在兩周后達(dá)到極值［27］。

值得一提的是，該通道在內(nèi)臟疼痛中也具有重要影響。在化學(xué)溶劑誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥中，表達(dá)Nav1.8的神經(jīng)元細(xì)胞被抑制后可有效減弱模型小鼠的疼痛行為［28］，這與Nav1.8缺失小鼠腸內(nèi)給予神經(jīng)致敏化合物（辣椒素、芥子油）后表現(xiàn)的微弱疼痛行為及無(wú)相關(guān)痛覺(jué)過(guò)敏相一致［29］。

1.5 Nav1.9與 慢 性 疼 痛Nav1.9由SCN11A或SCN12A基因進(jìn)行編輯，主要在小于30 μm的小直徑DRG神經(jīng)元、三叉神經(jīng)（TG）神經(jīng)元和固有的肌腸神經(jīng)元（主要是痛覺(jué)感受器）中表達(dá)，也存在于游離神經(jīng)末梢、脊髓外層的中央末梢和IB4+神經(jīng)元中。編碼Nav1.9相關(guān)基因突變后引發(fā)的疾病主要為炎癥性疼痛、周?chē)窠?jīng)病變、偶發(fā)性慢性疼痛、痛感喪失等。與野生型小鼠相比，攜帶SCN11A相關(guān)突變的小鼠表現(xiàn)出更強(qiáng)的機(jī)械異位痛和熱超敏反應(yīng)［30］。許多文獻(xiàn)表明，Nav1.9缺失突變小鼠對(duì)多種可誘導(dǎo)炎癥性疼痛的化合物及炎癥介質(zhì)的敏感性均減弱。在神經(jīng)性疼痛模型中，動(dòng)物表現(xiàn)的多種疼痛行為受到Nav1.9表達(dá)上調(diào)的影響［31］。計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果也認(rèn)為，即使是低密度的Nav1.9通道也可以調(diào)節(jié)背角中的神經(jīng)遞質(zhì)釋放從而調(diào)節(jié)疼痛［32］。

Nav1.9在外周痛覺(jué)感受器中優(yōu)先表達(dá)，暗示該通道選擇性阻滯劑可能在避免CNS副作用（如鎮(zhèn)靜、混亂和成癮潛能）的情況下緩解炎癥性或外周神經(jīng)性疼痛。

2 VGSCs阻滯劑臨床前驗(yàn)證方法

電生理實(shí)驗(yàn)仍是檢驗(yàn)電壓門(mén)控鈉離子通道阻滯劑的“金標(biāo)準(zhǔn)”。在初步驗(yàn)證時(shí)，秉承“簡(jiǎn)單有效”的原則，通常會(huì)對(duì)急性分離的模型動(dòng)物背根神經(jīng)節(jié)（DRG）神經(jīng)元或穩(wěn)定表達(dá)疼痛相關(guān)受體的細(xì)胞（如HEK293T、hNav1.7-CHO細(xì)胞等）進(jìn)行了全細(xì)胞膜片鉗記錄，通過(guò)篩選給藥后每種通道類(lèi)型的電流變化來(lái)判斷［33］。具體來(lái)說(shuō)，峰值電流是全細(xì)胞膜片鉗實(shí)驗(yàn)的重要數(shù)據(jù)，通過(guò)與對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)藥物是否抑制鈉通道電流形成、是否呈濃度依賴(lài)性；其次，鈉通道激活和失活時(shí)的動(dòng)力學(xué)屬性及恢復(fù)屬性（偏移值V1∕2、斜率因子k）同樣會(huì)被納入?yún)⒖?，常通過(guò)激活曲線(xiàn)和穩(wěn)態(tài)失活曲線(xiàn)的偏移值判斷藥物對(duì)通道激活、失活狀態(tài)的影響。

除此以外，通過(guò)蛋白質(zhì)印跡法（Western blotting）、定量聚合酶鏈反應(yīng)（qPCR）可分別確定相關(guān)鈉通道亞型的蛋白、mRNA表達(dá)變化。

在通過(guò)電生理等體外方法發(fā)現(xiàn)藥物對(duì)通道的阻滯活性后，用于整體動(dòng)物上的研究需要選取合適的疼痛模型及行為學(xué)判斷指標(biāo)。考慮到相關(guān)鈉通道阻滯劑在治療外周神經(jīng)病變及炎癥性疼痛上具有很大優(yōu)勢(shì)，完全弗氏佐劑等誘導(dǎo)的炎癥痛模型、背根神經(jīng)節(jié)（坐骨神經(jīng)或脊神經(jīng)收縮）或三叉神經(jīng)節(jié)（三叉神經(jīng)分支收縮）變化等神經(jīng)性痛模型常被使用。而與慢性疼痛疾病不相似的其他模型（如神經(jīng)切斷模型等）則更多在研究鈉通道亞型自身機(jī)制時(shí)出現(xiàn)。

另外，VGSCs阻滯劑開(kāi)發(fā)時(shí)對(duì)藥物安全性的研究也應(yīng)被優(yōu)先重視。該廣譜類(lèi)藥物常因嚴(yán)重的心血管、肌肉系統(tǒng)副作用而被飽受詬病，缺乏通道選擇性是VGSCs阻滯劑進(jìn)入臨床的主要障礙。

3 治療慢性疼痛的選擇性VGSCs阻滯劑的藥物開(kāi)發(fā)

隨著VGSCs配體受體相互作用的結(jié)構(gòu)決定因素、鈉通道配體的原子作用機(jī)制和狀態(tài)依賴(lài)性質(zhì)被闡釋清楚，越來(lái)越多的選擇性通道阻滯劑被開(kāi)發(fā)并進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。目前，正處于臨床試驗(yàn)階段的Nav1.7阻滯劑主要有Vixotriginea（CNV1014802或BIIB074）、PF-05089771、BIIB095、GDC-0276、RG6029（GDC-0310）、ASP1807（CC8464）、DSP-2230，但僅有Vixotriginea、PF-05089771進(jìn)入Ⅱ期臨床，其中Vixotriginea臨床試驗(yàn)的適應(yīng)證為三叉神經(jīng)痛等，可明顯降低病人疼痛發(fā)作次數(shù)。PF-05089771的臨床試驗(yàn)適應(yīng)證為糖尿病周?chē)窠?jīng)病變和牙科術(shù)后疼痛，目前證據(jù)表明其耐受性良好，與治療相關(guān)的不良事件被歸類(lèi)為輕度，最常報(bào)告的是口周感覺(jué)異常、面部潮紅和頭暈等［34］。正進(jìn)入臨床試驗(yàn)受試的Nav18阻滯劑有PF-04531083、PF-06305591、VX-150，且均已進(jìn)入Ⅱ期臨床。其中VX-150治療小纖維神經(jīng)病效果良好，且不良反應(yīng)發(fā)生率低。遺憾的是，由于Nav1.1、1.3在慢性疼痛中的參與程度低、Nav1.9高表達(dá)細(xì)胞制備困難，并未有相應(yīng)阻滯劑進(jìn)入大眾視野。同時(shí)基于各通道亞型對(duì)疼痛的影響機(jī)制，目前選擇性VGSCs阻滯劑的藥物開(kāi)發(fā)主要集中于炎癥性疼痛和外周神經(jīng)病理性疼痛方向，對(duì)于由惡性腫瘤引起的復(fù)雜癌痛、偏頭痛等的應(yīng)用前景仍有待探討。

4 總結(jié)

隨著“阿片類(lèi)危機(jī)”和神經(jīng)性疼痛的難治被愈發(fā)重視，慢性疼痛的治療已成為世界范圍內(nèi)研究人員的難題?，F(xiàn)有研究表明，Nav1.7、1.8、1.9等電壓門(mén)控鈉通道亞型在炎癥性疼痛、神經(jīng)病理性疼痛中發(fā)揮著不可或缺的作用，這也為新藥研發(fā)提供了理論依據(jù)。但相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜笔?、部分研究結(jié)論不透徹甚至相互矛盾、部分候選藥物選擇性過(guò)低等仍是選擇性VGSCs阻滯劑的不足之處。相信更多的有關(guān)鈉通道與疼痛有關(guān)的信息將會(huì)在今后被發(fā)現(xiàn)，研發(fā)出具有副作用小，鎮(zhèn)痛作用良好且長(zhǎng)效的選擇性鈉通道阻滯劑將成為可能。