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本课件结合大量的参考文献，讲述了神经病理性疼痛的概念和传导通路解剖结构。并且阐述了神经病理性疼痛的相关机制-外周敏化和中枢敏化机制。学员通过本课件的学习，要熟悉这些机制的作用特点和传导方式。本课件讲述内容较多，学员在学习时可通过查阅相关文献进行理解阅读。一、神经病理性疼痛概念和传导通路（一）概念神经病理性疼痛指外周或中枢神经系统结构损伤或功能紊乱所导致的疼痛（国际疼痛研究协会IASP）。分为糖尿病型神经痛(diabetic neuropathic pain, DNP)、三叉神经痛(trigeminal neuralgia, TN)、脊髓损伤后神经痛(spinal cord injury, SCI)、带状疱疹后神经痛(posthepetic neuralgia, PHN) 以及各种损伤、炎症或手术后遗留的神经病理性疼痛等。表现特征为痛觉超敏(allodynia)，痛觉过敏(hyperalgesia)，自发性疼痛(spontaneous pain)，镜像痛(mirror-image pain，MIP)，无源痛(passive-pain)，区域外疼痛(extra-teritorial pain，EP)，幻想痛等。（二）疼痛传导通路疼痛传导通路是疼痛中枢-大脑皮层-边缘系统和基底神经节-丘脑-脑干-脊髓-神经纤维-疼痛感受器。神经病理性疼痛的传导通路中，从外周到中枢分布着以C纤维和Ad纤维神经末梢为主的痛觉感受器，感受器上有许多离子通道、受体，将各种形式的能量转换成电能势。当达到一定程度时便导致动作电位，动作电位沿轴突向上传递，由初级传入纤维传入脊髓背角，通过脊髓丘脑束等上行束的痛觉传递至丘脑直至躯体感觉皮层，产生关于疼痛刺激定位及强度的信息。另一部分投射神经元通过脑干（臂旁核）和杏仁核的连接处投射到扣带回皮质和岛叶皮质，促成疼痛的情感体验。同时，从脊髓上行的疼痛信息也受到中脑导水管周围灰质和髓质吻腹部的神经元下行反馈系统的调节。神经病理性疼痛可能由于这条通路中任何环节的损伤而产生。（三）痛觉感受器概念：将伤害性刺激转化为疼痛电信号的外周换能装置称为痛觉感受器。在形态学上属于“游离”或未分化的神经末梢。痛觉感受器有髓鞘痛觉感受器和无髓鞘痛觉感受器。髓鞘痛觉感受器（A afferents），传导定位明确的快痛、锐痛或第一痛。无髓鞘痛觉感受器（C afferents），传导难以定位的慢痛或第二痛。痛觉感受器特点：兴奋阈值高，通常被称为高阈值感受器；特异性稍差；不易产生适应，且易产生敏化；C-痛觉感受器亚型： 热痛觉感受器：表达TRPV1；冷痛觉感受器：表达TRPM8；多模式痛觉感受器：表达化学感受器 (如 TRPA1)。离子通道：钠通道 (如 NaV 1.8和1.9) 和 钾通道 (如 TRAAK和TREK-1) ，调节痛觉感受器的兴奋性和/促成动作电位。C-纤维痛觉感受器：肽能C纤维：神经肽、P物质和CGRP，表达TrKA神经营养因子受体；非肽能C纤维：表达c-Ret神经营养因子受体、Mrg受体、嘌呤受体亚型如P2X3。（四）初级传入纤维与脊髓的联系不同类型的初级传入神经纤维传入至脊髓背角不同层面的神经元：无髓肽能C纤维（红色）和有髓 A nociceptors (紫色) 传入至最浅层, 与位于脊髓I层的大投射神经元（红色）和位于II层外侧的中间神经元（绿色）形成突触。无髓非肽能伤害性感受器 （蓝色）传入至位于II层内侧的中间神经元（蓝色）。有髓A纤维（橙色）传递非伤害性信息传入至II 层腹内侧表达 PKC的中间神经元。另一部分位于V层的投射神经元（紫色）接受从A和A传入的会聚性传入信号。（五）神经病理性疼痛的特点神经损伤引起的神经系统结构、功能发生可塑性变化，涉及整个疼痛传导通路。有痛觉过敏、超敏、自发性疼痛等表现。神经病理性疼痛如何传导？以下哪个不是由非肽能C纤维表达（ ）A. TrKA神经营养因子受体B. c-Ret神经营养因子受体C. Mrg受体D. P2X3正确答案：A解析：TrKA神经营养因子受体由肽能C纤维表达。二、外周敏化机制（一）外周免疫机制外周敏化是由于神经损伤部位化学环境中炎症介质相关改变导致的(McMahon et al., 2008)。神经损伤启动免疫级联反应。组织损伤通常伴随内源性物质从激活受体细胞或损伤局部内非神经细胞或浸润至损伤局部的非神经细胞（包括肥大细胞、嗜碱性细胞、血小板、巨噬细胞、中性粒细胞、内皮细胞等）释放，构成“inflammatory soup”。1.信号分子（inflammatory soup）神经递质、肽类和相关脂类、神经营养因子、细胞因子和趋化因子，以及细胞外蛋白酶及质子，如：5-HT、组胺、谷氨酸、ATP、腺苷、P物质、CGRP、缓激肽、前列腺素、血栓素、白三烯、NGF、TNF-a、IL-1、H+等。2.炎症介质的作用机制内源性致痛物质主要通过激活DRG神经元的G蛋白耦联受体、配体门控离子通道及酪氨酸激酶受体，引起伤害性感受器激活或敏感化而发挥致痛作用。直接兴奋伤害性感受器。增加神经末梢对致痛物质的敏感性。刺激致痛物质释放，级联放大效应。导致伤害性感受器可塑性改变。3.神经病理性疼痛关系密切炎症因子NGF-TrKA成年组织损伤后NGF是重要的炎症介质组分(Ritner et al., 2009)。直接作用于肽能C纤维感受器TrKA受体。NGF 产生热敏和机械刺激敏化机制：首先 NGF-TrkA 相互作用激活信号转导通路，包括磷脂酶C (PLC)，丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 和磷酸肌醇3-激酶 (PI3K)。这导致外周感受器靶蛋白功能增强，最显著的是 TRPV1，致快速的细胞水平和行为学上热敏化 (Chuang et al., 2001)。此外，NGF 也逆轴突运输至细胞核，促进前伤害性蛋白表达增加，包括 P物质、TRPV1 和电压依赖性钠离子通道亚基 Nav1.8 (Chao, 2003; Ji et al., 2002)，同时还改变基因表达提高感受器的兴奋性并放大神经源性的炎性反应。TNF损伤导致大量细胞因子释放，其中主要是IL-1、IL-6和 肿瘤坏死因子 a (TNF-a) (Ritner et al., 2009)。 细胞因子对疼痛敏化的主要机制是炎症应答反应的增效作用和增加促炎症反应因子的释放，如：前列腺素、NGF、缓激肽。影响神经营养因子或细胞因子信号成为治疗神经病理性疼痛的一条途径。（二）伤害性感受器敏化1.injured nociceptor伤害性感受器表达多种免疫相关受体，与 NGF、白介素(IL-1、IL-6)、TNFa、缓激肽、前列腺素等发生相互作用 (Opree and Kress, 2000)。这些因子作用于感受器后引起DRG或三叉神经信号后MAPK等多种信号转导途径，引起基因表达变化，通过轴突运输至神经末端。引起外周神经伤害性感受器结构改变，最终导致高阈值的伤害感受器化学致敏，传导低强度的痛觉刺激。2.intact nociceptor损伤神经的远端变性，使局部非损伤神经部分末端处于含有细胞因子和生长因子的化学环境。非损伤神经的DRG表达各种分子发生上调或下调，通过轴突运输至神经末端。引起外周非损伤神经伤害性感受器结构改变，导致高阈值的伤害感受器致敏，传导低强度的痛觉刺激。异位表达信号转导蛋白（新合成蛋白通过轴突运输）。TNF敏感化增强(Schafers et a.,2003)。非损伤的无髓传入纤维对机械刺激和热刺激敏感化 (Shim et al., 2005)，可能是DRG中非损伤传入纤维TRPV1的表达上调（Fukuoka et al.,2000;Husdun et al.,2001），TRPM8表达上调（Katsura et al.,2006）。非损伤神经DRG胞体CGRP、BDNF、 P2X3表达上调（Fukuokaet al.,1998, 2001；Tsuzuki et al.,2001)。伤害性感受器的敏化与电压门控钠离子通道密切相关(DEevor,2006)：如果钠通道动作电位阈值降低，将更容易产生动作电位。钠通道有多种亚型，目前受到关注的是Nav1.3、1.7、1.8和1.9。在DRG的小神经细胞均有分布，参与动作电位产生和伤害性感受器信号转导。1.3和1.7是TTX敏感型的，1.8和1.9是TTX不敏感型的。文献提示1.3亚型在神经病理性疼痛时DRG中表达上调(Black et al., 1999) ，TTX缓解神经病理性疼痛而不影响正常功能(Marcil et al.,2006)。钠离子通道由多个亚基组成，2亚基调节通道的门控、组装以及TTX敏感性钠通道的表达。在病理模型损伤的感觉传入纤维该亚基表达上调(Pertin et al.,2005)，而且在2基因敲除小鼠病理性疼痛模型中痛敏减轻，DRG小神经元TTX敏感性钠通道电流显著降低(Lopez-Santiago et al.,2006)。钠离子通道是目前公认的一个药物靶标。如抗心律失常药、局麻药(Tremont-Lukats et al.,2006)。局麻药在不影响正常感觉的剂量下能显著缓解神经病理性疼痛。（三）交感-感觉神经系统的耦合至少有两种涉及交感 - 感觉神经系统的耦合的机制：1.损伤和周围未损伤的神经元表现为- 肾上腺素能受体化，对交感神经释放的肾上腺素发生反应，即非损伤传入纤维肾上腺素敏感化(Sato and Perl,1991)，用吩妥拉明阻断肾上腺素受体产生镇痛作用。2.神经损伤引起生长因子NGF、BDNF等表达变化（Griffin,2006），使交感神经节后纤维在背根神经和损伤神经近侧异常芽生。因此，交感神经节后纤维传出兴奋可导致感觉神经元的敏感化和兴奋。（四）异位放电外周神经损伤后，在神经损伤区及相应的感觉神经元细胞产生大量的自发性放电，即称为异位放电。这种异位放电长期轰击脊髓，引起脊髓水平的敏感化进而导致神经痛症状的产生。异位放电产生的确切机制还不清楚，目前比较一致的观点是多离子通道在损伤区和胞体膜大量聚集造成膜重塑是异位自发放电的主要原因。此外，这种异位冲动的产生与初级传入神经纤维神经元兴奋性升高，以及他们在脊髓形成的突触接触增加有关；新的电压敏感钠通道在产生异位冲动方面起重要作用，外周神经损伤后神经元细胞膜钠通道的密度增加是产生疼痛异位放电的重要原因。大多数试验表明损伤区或背根神经节DRG神经元胞体膜上电压依赖Na + 、K+ 、Ca2+离子通道的改变造成了异位放电，另外膜电位阈下震荡也起重要作用。在Na +通道的研究中，NaV1. 8、NaV1.3的改变在异位放电中的作用倍受关注，被认为可能成为治疗慢性神经痛的一个分子靶点。另外，神经营养因子在Na +通道基因表达中具有重要作用。炎症介质在神经病理性疼痛中有何作用？三、中枢敏化机制有神经解剖重构、细胞膜兴奋性增加、中枢去抑制、中枢免疫反应、突触效率增加、兴奋性神经递质释放增加。（一）脊髓的解剖重构A ：脊髓背角浅层。伤害性肽能纤维与I 、II 层表层表达含GluR2-的AMPAR 的神经元联系，部分神经元投射至丘脑、臂旁核和导水管周围灰质。伤害性非肽能纤维与 II层里层 表达含GluR2 的AMPAR 神经元联系。非伤害性粗纤维传入至深层但与II 层腹侧部抑制性中间神经元突触联系。C：神经病理性疼痛时脊髓表层变化。外周神经损伤，使C纤维部分中枢末端的联系消失，但是使有髓的A- 纤维从深层向浅层萌发纤维。位于DRG的损伤的感觉神经元发生细胞后信号转导及基因转录的变化，改变膜特性和信号传导。粗纤维开始表达P物质、BDNF、NOS的关键辅助因子并促使中枢敏化。小胶质细胞的聚集和活化是神经损伤导致神经病理性疼痛的关键步骤并触发中枢敏化，具体可能是通过释放促炎细胞因子增加神经元兴奋性，通过释放BDNF引起 Cl- 电位转换，导致去抑制作用。去抑制也可能由于兴奋性毒素引起抑制性中间细胞凋亡而导致。（二）突触易化1.同源性突触及异源性突触易化同源性突触增强。通过相同的突触活化而易化(红色)。非条件性突触（绿色）不被增强。这种增强形式通常称为长时程增强(LTP)。LTP-like 同源性突触增强主要形成的痛觉过敏。异源性突触易化。当一系列的冲动传入 (条件性输入, 红色) 增强后续的其他冲动, 如非活化的突触 (检测输入, 绿色)。异源性突触增强主要形成对低阈值传入信息敏化（痛觉超敏）以及非伤害区域疼痛敏化 (继发性痛觉过敏，超越痛)。机制：兴奋性神经递质释放增加（如谷氨酸、P物质）；突触效率增强。2.突触前机制通常情况下，谷氨酸的释放被突触前GPCR抑制，包括mu阿片受体、GABA-b受体和腺苷受体。Mu受体等被抑制导致谷氨酸释放增强(Kohno et al.,2005)。神经损伤激动C和A伤害性感受器，释放大量神经递质，包括谷氨酸、P物质、CGRP 和ATP至脊髓背角I层的神经元。在病理性疼痛时，A纤维可能发生表型转换(phenotypic switch)而开始表达P物质(Noguchi et al.,1994)。神经递质的释放是由初级传入神经的树突上的电压门控型钙通道启动的。神经损伤引起DRG和脊髓的钙通道的-2-亚基表达上调(Li et al.,2004)，可能与钙电流增加以及谷氨酸释放增加有关。抗惊厥药抑制神经病理性疼痛的机制可能与其结合并抑制-2亚基有关(Bian et al.,2006)，而且该类药物对正常疼痛感觉没有明显作用(Suzuki et al.,2005)提示-2亚基在神经病理性疼痛机制中具有特殊意义，是重要的药物靶标。3.突触后机制由P物质和其他肽类引起的突触后膜慢性去极化导致NMDA谷氨酸门控受体和AMPA受体通道开放，引起钙离子内流。这可能是脊髓背角LTP机制之一。敲除NMDA受体亚基NR1，减轻病理性疼痛但对正常疼痛感觉没有影响(South et al.,2003)。突触后敏化还与钙离子内流引起细胞后信号转导改变有关，蛋白激酶A和C、转录因子等发挥重要作用(Kawasaki et al.,2004)。另一可能机制是AMPA受体、NMDA受体表达增加(Tomiyama et al.,2005)。病理模型中，受体在脊髓背角浅层表达增加，运输至细胞表面增加(HARRIS ET AL.,1996)。激动的C和A伤害性感受器释放大量神经递质，包括谷氨酸、P物质、CGRP和ATP，持续释放至脊髓背角I层的神经元（红色）使通常沉默状态的位于突触后神经元上的NMDA 谷氨酸受体激活，增加胞内钙浓度，激活一系列钙离子依赖的信号转导通路和第二信使：MAPK、PKC、PKA、PI3K 和 Src。这种级联反应将长时期增加神经元的兴奋性，引起突触活动频率的持续增高。表现为自发性和诱发性神经元放电增多和感受野扩大，这些神经元可塑性变化构成损伤时的自发性疼痛，痛觉过敏等慢性疼痛。4.关键的触发因素A：基础状态下伤害性感受器中枢末端和脊髓层神经元的突触示意图。mGluR 位于突触边缘部位并与胞内的内质网ER联系。NMDAR 通道被 Mg2+ 阻滞 (黑点)。B：动作电位传入时，初级传入纤维突触前末梢释放谷氨酸等递质，谷氨酸结合 AMPAR, NMDAR (膜去极化使Mg2+离开孔道)和 mGluR，同时P物质结合NK1R，CGRP 结合CGRP1R，BDNF结合 TrkB 受体。同时，突触后膜释放的缓激肽激活 B2 R，释放的 NO 作用于突触前和突触后。突触前膜释放的神经递质及突触后膜的受体是重要的药物靶标。5.突触后Ca2+的变化突触后膜受体和通道激活，首先NMDAR 和 mGluR 引起快速的钙内流，Ca2+i 活化 PKC 和CaMKII，这是中枢敏化的两条主要途径。此外，活化 mGluR，NK1R，B2R，和CGRP1R引起胞内钙库释放 Ca2+，进一步促进PKC和 CaMKII活化，加强突触兴奋性。钙离子通道是重要的药物靶标。6.激活PKC、CaMKII、PKA和ERK激活 PKC、CaMKII、PKA磷酸化NMDA 和 AMPA 受体，激活ERK 引起受体活化动力学和阈值的改变，增强突触效能。同时激活的ERK 通过磷酸化Kv4.2 通道引起 K+电流降低，增加膜兴奋性。PKA、CaMKII 和ERK 增加突触小囊泡储存的GluR1-AMPAR 向胞膜输送。通过CREB 和其他转录因子的作用改变基因转录，促使c-Fos、NK1、TrkB和 Cox-2 等基因的表达，产生长效的突触强化作用。7.关键细胞信号通路NMDAR 活化引起PKC、CaMKII和 ERK 活化(黑色)；含GluR1-的AMPAR 活化 PKC (红色)；NK1 和CGRP1 受体活化 PKC、PKA和 ERK (橙色、棕色)；TrkB 激活 PKC 和 ERK (紫色)；mGluR通过释放胞内钙库Ca2+ 激活 PKC和 ERK (灰色)。中枢敏化的关键信号通路：激活 NMDAR、mGluR、TrkB、NK1R、CGRP1R 或 B2R，最终激活 ERK。8.MAPKs丝裂原活化蛋白激酶 (MAPKs) 对细胞内信号转导有重要的作用并在调节神经可塑性中具有重要作用。MAPK家族主要包括3个成员：细胞外信号调节激酶 (ERK)，丝裂原活化蛋白激酶p38，c-Jun N-末端激酶 (JNK)，它们分别代表3条不同的信号通路。越来越多的证据显示所有3条MAPK通路均通过不同的细胞和分子机制促使神经和组织损伤导致的痛觉敏化。在不同的持续性疼痛情况下活化，磷酸化MAPKs 通过转录和非转录途径诱导并维持痛觉过敏。（三）去抑制正常情况下，抑制性中间神经元（蓝色）持续释放GABA 和/或甘氨酸(Gly) 来降低脊髓背角层的神经元的兴奋性并调节疼痛信息的传导（抑制性方式）。持续损伤时，内源性抑制机制被阻断，表现兴奋性增强的效应，导致痛觉过敏。其机制可能是抑制性神经元调控脊髓背角神经元的敏感性(Gu et al.,1996)。在神经损伤后，初级传入神经纤维末端和突触后神经元抑制性受体表达降低 (Kohno et al.,2005)。去抑制使非伤害性有髓A传入纤维重构疼痛传导回路，正常非伤害性刺激可能产生疼痛信息。这种情况部分通过脊髓背角 II 层PKC表达阳性的中间神经元去抑制产生。其他，抑制性神经元产生LTD可能导致中枢敏化(Salter et al.,2006)；神经损伤也引起K+-CL-交换体(KCC2)下调，引起GABA受体Cl通道开放引起去极化及兴奋性。敲除KCC2后导致痛觉过敏(Coull et al.,2003)。神经损伤引起抑制性GABA能中间神经元选择性凋亡而降低了抑制作用(Moore et al.,2002) 。（四）中枢免疫机制小胶质细胞是中枢神经系统的巨噬细胞，在中枢免疫反应中发挥启动作用(Xu et al.,2006) 。神经损伤先于其他中枢细胞首先引起脊髓背角小胶质细胞激活：1.释放促炎症反应细胞因子 IL-1、IL-6、TNFa、NO、兴奋性氨基酸、ATP、前列腺素 (Inou