疼痛的机制.doc

2慢性广泛性疼痛的脊髓机制2.1谷氨酸的释放增加:兴奋性氨基酸谷氨酸和天冬氨酸在脊髓的伤害性刺激传导中起重要作用。慢性广泛性疼痛时,脊髓背侧角的兴奋性氨基酸谷氨酸和天冬氨酸的释放增加8。酸性盐肌肉注射导致的慢性广泛性疼痛中,重复酸性盐注射1周后,在脊髓的背侧角,兴奋性氨基酸谷氨酸和天冬氨酸的基础浓度升高,表明在脊髓水平有兴奋性神经递质持续的释放增加,且谷氨酸和天冬氨酸浓度的增加水平与痛觉过敏和中枢痛觉致敏的水平呈正相关2。重复性酸性盐肌肉注射导致的非炎症性慢性广泛性疼痛的模型中,阻断脊髓部位的谷氨酸受体,包括N-甲基-D-天(门)冬氨酸(NMDA)受体和o-氨基羟甲基恶唑丙酸/红藻氨酸盐受体,能改善痛觉过敏;单纯阻断NMDA受体,还可以延缓痛觉过敏的发生,这一现象表明谷氨酸的释放增加在重复性酸性盐注射导致的痛觉过敏中发挥重要作用9。纤维肌痛的患者应用氯胺酮阻断NMDA受体,可缓解高渗盐水肌肉注射引起的注射部位疼痛和牵涉痛10。然而, NMDA受体兴奋剂右美沙芬不能加剧上述疼痛11。因此,除NMDA受体之外,纤维肌痛可能另有机制。2.2环磷腺苷(cAMP)通路的激活:脊髓cAMP通路的激活对伤害性疼痛的上传非常重要。脊髓cAMP通路的激活引起脊髓水平的机械性痛觉过敏,并加强脊髓丘脑束神经元对有害的机械性冲动的反应3。当小鼠体内缺乏腺苷酸环化酶1和腺苷酸环化酶8时,痛觉过敏不会发生12。阻断腺苷酸环化酶或蛋白激酶A(PKA),同样能够避免酸性盐肌肉注射或者辣椒辣素肌肉关节注射导致的机械性痛觉过敏3,13,14。PKA的催化亚基核转移引起cAMP效应元件结合蛋白(CREB)的丝氨酸133位点磷酸化。重复性酸性盐肌肉注射后,双侧脊髓背侧角中的CREB和磷酸化CREB增加,阻断cAMP通路能抑制磷酸化CREB的生成13。产生的磷酸化CREB并非只存在于脊髓,也存在于脊髓丘脑束和其他神经细胞14,而且其生成具有时效依赖性,痛觉过敏发生后24小时内磷酸化CREB增加,1周后磷酸化CREB恢复正常13。而cAMP通路阻滞也具有时效依赖性,于深部痛觉过敏后24小时内发生,1周后恢复3,13。由此,可得出结论:深部组织受损后,cAMP通路发生时效性激活,从而引发痛觉过敏,此反应与磷酸化CREB的基因转录激活有关。其他蛋白激酶参与慢性广泛性疼痛与痛觉过敏也有报道。PKC通路的激活剂巴豆油酯能够导致痛觉过敏,然而,脊髓水平的PKC通路阻滞不能抑制重复性酸性盐注射导致的非炎症性痛觉过敏,这一现象表明:非炎症性疼痛中,蛋白酶C通路的激活不发生在脊髓水平15。2.3神经胶质细胞的作用:中枢神经系统尤其是脊髓中,神经胶质细胞对伤害性疼痛的信息处理有关键作用16。神经胶质细胞上有多种神经递质受体,包括谷氨酸受体。在神经性疾病和炎症引起的疼痛中,中枢神经系统的星形胶质细胞和小胶质细胞都有被激活17,18。然而,重复酸性盐肌肉注射引起的非炎症性疼痛中,痛觉过敏不能被的神经胶质细胞代谢抑制剂白介素-1或白介素-10阻断,而且,免疫组化试验显示:这种非炎症性疼痛中,在脊髓水平没有神经胶质细胞激活19。因此神经胶质细胞在慢性广泛性疼痛中发挥的作用尚未有定论。3慢性广泛性疼痛的脊髓上机制:当机体内部的痛觉下行抑制性通路与痛觉下行易化性通路的作用失去平衡,痛觉的内部调节系统失控,就可能发生痛觉过敏。有证据显示:继发性痛觉过敏与痛觉下行抑制性通路改变有关,具体改变的部位集中在中枢的中缝大核和巨细胞核团20,21。非炎性慢性广泛性疼痛试验中,在双侧中缝大核和巨细胞核团应用麻醉药罗哌卡因24小时后,能够预防酸性盐注射引起的机械性痛觉过敏;即使痛觉过敏已经发生,中缝大核和巨细胞核团的罗哌卡因微注射也能够将其完全阻断。此结果表明:双侧中缝大核和巨细胞核团对非炎症性慢性广泛性疼痛,尤其机械性痛觉过敏有至关重要的作用22。临床实践也证明:纤维肌痛患者的痛觉下行抑制性通路受到不同程度的抑制7。而痛觉抑制性通路与痛觉易化性通路如何保持平衡有待进一步研究。4慢性广泛性疼痛的外周机制4.1神经营养因子3的保护作用:神经营养因子家族包括:神经生长因子,脑源性神经营养因子,神经营养因子3,神经营养因子4/5。临床证明:纤维肌痛的患者常伴有神经生长因子的增加23。神经生长因子等营养因子发挥作用时,必须经由酪氨酸激酶受体再与其他受体低度结合,而酪氨酸激酶的C亚单位与神经营养因子3高度亲和。酸性盐肌肉注射引起的非炎症性慢性广泛性疼痛模型中,高表达神经营养因子3的小鼠在重复酸性盐注射后,不产生痛觉过敏,即使普通小鼠的痛觉过敏诱导过程中,肌肉注射神经营养因子3,也可以阻止痛觉过敏的发生,但如果痛觉过敏已经发生,注射神经营养因子3无效。因此神经营养因子3的保护作用发挥于痛觉过敏的诱导过程中,但对已经发生的痛觉过敏没有保护作用。而且,神经营养因子3发挥作用只限于肌肉注射,关节内或者组织注射无效。这一结果说明,神经营养因子3起效必须依赖肌肉内的酪氨酸激酶C24。4.2 ASIC3通路:哺乳动物神经系统中有4种酸敏感离子通道ASICl,ASIC2,ASIC3和ASIC4。在慢性广泛性疼痛模型中, ASIC3与痛觉过敏和深部组织炎症关系密切。ASIC3基因敲除小鼠试验中,重复性酸性盐注射或肌肉、关节炎症均不能引起继发性痛觉过敏25,26,27,而肌肉、关节的炎症只能引起原发性痛觉过敏27。在炎症引起的慢性广泛性疼痛中,外周肌肉组织的ASIC3再表达会导致ASIC3基因敲除小鼠重新产生痛觉过敏26。ASIC3基因敲除小鼠不能发生中枢致敏25。另有证据表明,关节炎症时,关节中的ASIC3表达上调27。然而,ASICl基因敲除小鼠在试验中未发现如上结果25。综上所述,深部组织损伤后,ASIC3对继发性痛觉过敏和中枢致敏至关重要。5总结:慢性广泛性疼痛是长期发作而且难以治愈的,给患者和社会都带来了沉重的负担。慢性广泛性疼痛的发生与多种中枢及外周因素的改变有关。中枢水平的改变主要表现在脊髓上的伤害性感受调控系统失调,包括痛觉下行抑制性通路失敏与痛觉下行易化性通路兴奋,易化性通路与抑制性通路的的失衡在脊髓水平上表现为相应的改变,例如环磷苷通路与谷氨酸的变化,导致中枢致敏与痛觉过敏。外周水平上,ASIC3的激活是慢性广泛性疼痛发生的必要条件,神经营养因子3能预防痛觉过敏的发生。随着对慢性广泛性疼痛机制更深入的了解,将会有更多安全有效的治疗方式来控制这种难治之症,进一步提高患者的生活质量。痛觉过敏及其类型皮肤或周围组织损伤可引起各种感觉敏感性增强的疼痛称痛觉过敏。初级痛觉过敏产生于受损部位,二级痛觉过敏产生于邻近未受损部位的组织、皮肤或远距离及深部组织。通过进一步研究痛觉过敏的产生机制表明,初级痛觉过敏主要是由于外周受损部位神经末梢伤害性感受器不断受到刺激产生的,而二级痛觉过敏为神经中枢尤其是脊髓神经元兴奋性发生的改变所致。两种痛觉过敏均是由于化学物质刺激的结果,这些化学物质由受损组织合成,在受损部位积聚并释放。它们能刺激A(传导快痛的有髓纤维)和C纤维(传导慢痛的无髓纤维)上的伤害性刺激感受器而产生痛觉过敏。持续不断的伤害性信息传入可增加中枢神经元的兴奋性,导致二级痛觉过敏。根据测试方法及组织对不同刺激的感受,痛觉过敏分为热痛觉过敏和机械性痛觉过敏。前者指皮肤损伤后产生持续性疼痛和痛觉过敏,原发性痛觉过敏发生在组织损伤部位,表现为热刺激的反应增强;后者指继发性痛觉过敏发生在损伤周围的正常组织,表现为对机械刺激的反应增强,如轻触刺激诱发疼痛。在实验室里对热刺激痛觉过敏观测,热板法是研究动物对伤害性刺激反应的常用方法,但不太适用于神经损伤后的动物。目前较常用的是Hargreaves发明的热辐射刺激的方法。采用一定功率的辐射热,从下向上照射动物脚底,测试回缩潜伏期(热刺激30缩潜伏期),或采用后脚浸泡方法测试一定温度下后脚回缩潜伏期。也有采用不同温度的热探头刺激以观测后脚回缩阈值。对机械性痛觉过敏的观测,一般可应用软毛刷或铅笔头轻触动物的皮毛以测试动物对轻触觉刺激的反应。目前较常用的方法是应用系列的Von Frey针丝压迫皮肤以产生不同程度的压力(几毫克到几百克)。可用这种针丝按照从小到大的顺序刺激动物脚底记录缩腿的阈值(机械刺激回缩阈值)或以一定压力的VonFrey针丝以一定频率的反复刺激测试后腿回缩频率。动物对这些刺激常表现为缩脚、逃跑、嘶叫或攻击性行为。2EAAs及其受体在痛觉过敏形成中的作用2.1EAAs及其分布谷氨酸和天冬氨酸是哺乳动物中枢神经系统中最重要的两种内源性EAAs,其中谷氨酸水平最高,尤其在大脑皮质。脊髓中谷氨酸水平虽明显低于脑内,但有特异性分布。Jeftinija等1免疫组织化学研究表明,接受伤害性信息传入的脊髓后角板层内有大量的EAAs存在,位于脊髓后根神节中的初级传入纤维胞体内均有EAAs的分布,背根内的EAAs浓度为腹根的1219倍。2.2EAAs受体EAAs受体可分为离子型受体和代谢型受体。前者包括N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-Methyl-D-Aspartate, NMDA)、氨基羟甲基异唑丙酸受体(-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepro-pionate,AMPA)和红藻氨酸型受体,这3种受体都属于配体或化学门控离子通道。NMDA受体激活的一个重要作用是钙离子内流进入突触后膜,进而引发细胞内的一系列代谢变化。AMPA受体被激活后,可使钠离子内流和钾离子外流,对钙离子通透性影响不大,这一变化与许多兴奋性突触中的快速去极化作用有关。代谢型受体激活后,可通过G蛋白的介导激活磷脂酶C;磷脂酶C可水解磷脂酰肌醇,于是产生二脂酰甘油和三磷酸肌醇;三磷酸肌醇动员内质网中的钙离子释放,使细胞质内钙离子增多,从而参与细胞内的信息转导。2.3热痛觉过敏及其受体热痛觉过敏主要是NMDA受体兴奋产生的。Meller等2研究表明,在EAAs受体激动剂引起的大鼠甩尾热敏实验中,鞘内应用NMDA受体激动剂能剂量依赖性地缩短大鼠甩尾实验的潜伏期。激动其他离子型受体AMPA、使君子氨酸和代谢性谷氨酸受体对大鼠甩尾实验潜伏期无影响。激动NMDA受体可在最大程度上使热敏刺激导致大鼠出现甩尾动作的潜伏期缩短30%,且NMDA激动剂的浓度低到1015 mol时仍有效。上述效应可被选择性NMDA受体拮抗剂2-氨基-5-膦酰基戊酸减弱,但不能被事先给予的AMPA或代谢型受体拮抗剂所阻断。激动NMDA受体后热痛觉过敏出现的潜伏期缩短(最短提前12 min,动物忍耐时间缩短510 min)。并且在鞘内重复应用激动剂后,上述现象重复出现。2.4机械性痛觉过敏及其受体机械性痛觉过敏需要AMPA与代谢型受体的共同激活。使君子氨酸既可激活AMPA受体,又可激活代谢型受体,可剂量依赖性地降低大鼠甩尾实验的机械刺激的阈值。鞘内单独应用AMPA或代谢性谷氨酸受体,不能改变机械性刺激大鼠抬高脚掌实验的阈值,但AMPA与代谢性谷氨酸受体以11混合应用可模拟出使君子氨酸一样的作用。最大可减小机械性刺激阈值的75%,且联合应用AMPA和代谢性谷氨酸受体的浓度低于1012mol时仍有效。Meller等3研究表明,激动使君子氨酸或共同激动AMPA和代谢型受体产生的机械性痛觉过敏,可被选择性的AMPA受体拮抗剂二硝基喹酮和代谢型受体拮抗剂2-氨基-3-膦酰丙酸剂量依赖性地减弱。Guan等4研究表明,炎性痛觉过敏大鼠延髓吻段腹内侧区的EAAs神经传递是按时间依赖性增加的。EAAs受体激动剂超过一定剂量痛觉过敏反而下降。Fujita等5研究表明,在疏松结扎大鼠下牙槽神经的痛觉过敏模型上,三叉神经核尾侧EAAs水平升高,牙齿触痛敏感性增加。Schmidt等6研究表明,NMDA受体拮抗剂地卓西平马来酸盐可降低痛觉过敏,但可增加大鼠脑脊液里EAAs的含量,后者可被鸟嘌呤核苷所反转。Yan等7研究表明,维持脊髓水平的EAAs和抑制性氨基酸的平衡是防止慢性持续性疼痛的一个新线索。Wong等8研究表明,抑制NMDA受体可抑制EAAs的兴奋作用,降低鞘内注射百日咳毒素大鼠吗啡诱导的抗伤害作用。3PKC在痛觉过敏中的作用PKC广泛存在于组织细胞,为一单体蛋白多肽链,以无活性形式存在于细胞质中。目前发现哺乳类动物至少有7种亚型,在脑及脊髓中以亚型最多。PKC具有同工酶及分布广泛的特性,使不同的第一信使都可启动该信号转导途径。因此,这条信号转导途径在各种生命活动中发挥广泛而重要的作用。Martin等9研究表明,大鼠足底注射弗氏佐剂可引起脊神经元PKC上调并促进伤害性反应。Wajima等10研究表明,鞘内注射PKC抑制剂双吲哚亚醯铵,可减少足底注射甲醛溶液引起的搔抓反应。Dina等11研究表明,慢性乙醇饮食喂养大鼠引起的痛觉过敏可被鞘内注射PKC抑制剂所减弱。Miletic31医学综述2011年1月第17卷第1期MedicalRecapitulate, Jan 2011,Vo.l 17,No. 112研究表明,结扎坐骨神经引起热痛觉过敏PKC水平明显增高。Li等13研究表明,鞘内注射灯盏花素乙、1-(5-异喹啉磺酰基)-2-甲基哌嗪等PKC抑制剂可以减弱足底注射蜂毒引起的搔抓反应及对侧热痛觉过敏。Palecek等14研究表明, PKC兴奋剂对酞酸、佛波醇脂可增强机械性痛觉过敏。鞘内应用神经节苷脂(一种PKC抑制剂)可降低伤害性痛觉行为。以上事实表明, PKC参与了痛觉过敏的形成15, 16。然而,Wu等17研究表明,灯盏花素乙可降低鞘内注射百日咳毒素大鼠吗啡诱导的抗伤害作用及EAAs的水平。Oe等18研究表明,激动慢性疼痛或痛觉过敏大鼠脊髓里PKC可减弱该动物模型吗啡诱导的奖赏效应(亦称“正强化效应”,指在反应后出现的能够增强那一反应的效应)。Sweitzer等19研究表明,PKC、(PKC亚型)的抗伤害作用在大鼠脊髓里有明显的调节作用,类似疼痛患者停用吗啡后表现出对刺激敏感性增强或夸大痛觉反应的现象。Lee等20研究表明,选择性地阻断神经末梢代谢性谷氨酸受体5、PKC、受体,可以为慢性肌肉疼痛如颞颌关节紊乱症的治疗提供新思路。Chiu等21研究表明,大鼠脊髓在NMDA调控下由可卡因和安非他明调节转录肽产生的伤害性反应增强是通过PKC和蛋白激酶A信号通道完成的。4NO参与了热痛觉过敏NO在神经组织中是一种新型的生物信使分子。近来研究表明,NO在热痛觉过敏中起着关键性的作用。在甲醛溶液足底注射、外周结扎坐骨神经法所致的疼痛模型上,经腹腔注射、侧脑室或口服给小鼠一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)抑制剂NG-硝基-左旋精氨酸甲酯,均表现出明显而持久的抗伤害作用。此外,Lam等22研究表明,NO供体亚硝基化合物鞘内注射后,可明显地缩短结扎坐骨神经后痛觉过敏产生的时间,此种对热痛觉过敏发展的加速效应可被血红蛋白完全抑制,但亚甲蓝对这种加速无影响。这一结果提示,NO也可通过一氧化氮-环磷酸鸟苷以外的通路来发挥效应。Chacur等23研究表明,在选择切断大鼠坐骨神经的疼痛模型上,伤害性刺激导致的脊髓内神经元型一氧化氮合酶( neuronal nitric oxide synthase,nNOS)增加可使NO在病变的神经末梢内增多。Chen等24研究表明,在弗氏佐剂所致热痛觉过敏的大鼠上,NOS升高使细胞因子(如肿瘤坏死子)表达上调。Hervera等25研究表明,末梢应用NO供体亚硝基化合物可能会在阿片受体激动剂引起的大鼠慢性疼痛中起到局部抗伤害作用。这为局部抗炎性疼痛治疗提供了可能性。Kolesnikov等26研究表明,在甲醛溶液致痛的大鼠的脊髓内, nNOS的亚型(nNOS-2)作用相反,能减轻痛觉。这说明nNOS的复杂性可能与nNOS的剪接变异体有关。Garrido-Surez等27研究表明,在角叉菜胶致炎性痛的大鼠模型上,电刺激所致痛觉过敏可以被左旋精氨酸环鸟苷酸通路所拮抗。5兴奋性氮基酸及其受体与PKC、NO之间的关系Price等28研究表明,NMDA所产生的热痛觉过敏,可被鞘内注射NG-硝基-左旋精氨酸甲酯所抑制。鞘内注射左旋精氨酸可产生快速短暂的剂量依赖性的热痛觉过敏状态,此种热痛觉过敏出现的时程、幅度都与NMDA所诱发的热痛觉过敏相似。这种现象提示,NO在NMDA受体活动引起的痛觉过敏过程中发挥着重要作用。Dohrn等29研究表明,NMDA受体与NOS可共存于同一神经元。大鼠前脑神经核团中, nNOS神经元所表达的NMDA受体信使核mRNA要比非nNOS神经元多。外周神经核团与大鼠三叉神经核团中,NOS阳性神经元也比非NOS神经元表达的mRNA要多。原位杂交结合光镜证实NOS可以和NMDA受体共存于同一神经元中,进一步免疫电镜双标志法证实NMDA受体与NOS之间的微神经联系,证实功能型NMDA受体亚型可以和nNOS共存于成年大鼠视觉皮层的树突和轴突末梢。这些结果为NMDA受体与NOS乃至NO之间发生相互作用提供了结构基础。Collingridge等30研究表明,在致痛觉过敏因素的作用下,NMDA或其他EAAs受体被激活,表达上调,引起钙离子内流,使细胞内钙离子浓度升高。细胞内钙升高可激活NOS,使其表达增多,活性增高,进而使NO的生成增多。NO作为细胞内信使通过环磷酸鸟苷等途径进一步引起一系列变化而导致痛觉过敏。同时NO生成也可影响NMDA等EAAs受体的功能。在培养的大鼠脑神经元中, NO可调节NMDA受体,激活并引发细胞内钙离子浓度的增加。至于PKC与NOS之间,郭新华等31, 32研究表明,PKC激动剂佛波醇脂和抑制剂灯盏花素乙分别能促进或抑制NOS的生成。Jung等33研究表明,NOS抑制剂NG-硝基-左旋精氨酸甲酯、NO敏感的鸟苷酸环化酶抑制剂1H-1, 2, 4二唑4, 3-a喹唑啉-1-酮和PKC抑制剂GF109203X可明显降低甲醛溶液所致的炎性疼痛。6小结组织损伤或伤害性刺激可导致持续性疼痛和痛32医学综述2011年1月第17卷第1期MedicalRecapitulate, Jan 2011,Vo.l 17,No. 1过敏。EAAs的释放和EAAs受体的激活以及与之相对应的细胞内变化,在痛觉过敏形成中发挥了重要作用。热痛觉过敏的形成主要是NMDA受体的激活和PKC、NO、环磷酸鸟苷级联反应的形成;机械性痛觉过敏的形成主要是AMPA与代谢性受体激活和随之的磷脂酶A2和环氧合酶的