神经病理性疼痛模型研究进展

神经病理性疼痛模型研究进展

国际疼痛研究会（npp）将戏剧理性疼痛定义为由外部或中枢神经系统的直接损伤和功能障碍引起的疼痛。它属于一种慢性疼痛,疼痛表现为自发性疼痛(Spontaneouspain),痛觉过敏(Hyperalgesia),异常疼痛(Allodynia)和感觉异常等临床特征,人群发生率超过1%。由于病因多种多样,发病机制较为复杂,属于难治性疾病。近年来,随着神经痛动物模型的建立和完善以及相关学科(生理学、分子生物学、药理学、临床治疗学等)迅速发展,特别是分子生物学,基因治疗学先进技术的发展,对该疾病发病机制的认识越来越深入,为今后研究开发新型安全有效的抗NPP镇痛药奠定了坚实的理论基础。目前,有关NPP发病机制的探索,新的药物作用靶标以及新型的有效防治药物的寻找,为目前重要的研究方向。本文针对NPP研究模型、发病机制和药物治疗依次阐述。1神经损伤的临床特征目前多采用神经损伤的动物模型,包括外周神经损伤和中枢神经损伤模型。由于临床上中枢与外周神经损伤的致伤因素多样,伤情伤类复杂,因此,实验性中枢与外周神经损伤的动物模型也只能从一定角度,一定侧面,一定程度反应其临床的实际。各种动物模型疼痛发生机制不同,模拟的临床症状也不一样。理想的神经损伤动物模型不仅要反映人类神经源性损伤的症状和感觉变化,而且模型必须能够引起可靠的行为学和功能性痛觉变化以反映相应部位的持续性高痛敏或疼痛,并且能够引起与疼痛行为和功能变化相关的神经化学和神经生理学变化。其中坐骨神经慢性压迫性损伤模型(Chronicconstrictioninjuryofthesciaticnerve,CCI),坐骨神经部分结扎模型(Partialsciaticnerveligationmodel,PSL),L5/L6脊髓神经结扎模型(L5/L6spinalnerveligationmodel,SNL)这3种动物模型为目前国际上常用的外周神经性疼痛模型。1.1材料一:从“左、右”到“骨神经”该模型多用于模拟肿瘤压迫,重金属离子中毒,缺氧或代谢异常等诱发的神经病理性慢性痛的研究以及用于模拟临床慢性神经压迫性损伤,如卡压性神经病变和椎间盘突出导致的神经根刺激症状。操作方法:沿坐骨神经切迹作一切口,充分暴露出大鼠坐骨神经干,用4-0铬制羊肠线在大鼠股骨中部水平松弛结扎坐骨神经(左侧或者右侧),结扎强度以引起小腿肌肉轻度颤动反应为宜。术后第五~七天开始出现痛反应,10~14d达高峰,持续2个月后痛反应消失。用该方法复制出的大鼠疼痛模型表现为自发痛(自发抬起损伤肢体,时而舔足、咬足或甩足、避免损伤侧的负重)、轻度或中度的自残现象。动物损伤足对热辐射爪退缩阈值明显下降,提示有热痛敏;用vonfrey(0.4~2.0g)和冷刺激(0~4℃)检测,损伤足对机械和冷刺激反应次数显著增多,提示有机械痛敏、异常痛敏和冷痛敏。该手术操作较简单,创伤小,并发症少,动物存活率高,模型制作成功率高。通过轻度结扎坐骨神经,使粗的有髓鞘神经纤维选择性损伤,而保留大部分传递疼痛的无髓鞘C类纤维。该模型有其缺点:由于铬肠线结扎的松紧度完全取决于实验操作,可影响疼痛产生的强弱,甚至会导致该侧后肢瘫痪,所以该模型产生疼痛的反应具有较大的变异性。CCI模型不仅在机械痛而且在热痛上其敏感性均增加,说明它具有神经病理性疼痛和炎性疼痛双重成分。1.2坐骨神经的热痛行为这是一种与CCI模型相似的神经病理痛模型。麻醉及无菌操作下,在股段高位暴露大鼠坐骨神经,将一条8-0号硅化丝线缝入神经干内,使神经的背侧1/3~1/2被收在线套内,然后扎紧线套。PSL的不同之处在于疼痛相关行为出现比较早,该模型也有抬足、舔足等自发痛行为表现,但无自噬伤肢行为,动物损伤肢体有对辐射热刺激和CO2激光照射敏感的热痛敏、对vonfrey纤维刺激敏感的异常机械痛敏。由于这一水平支配外周区域的神经纤维在坐骨神经中是随机分布的,不会造成特定区域的感觉丧失,且损伤纤维之定量也无法确知。因此,难以确定哪段脊髓节段损伤最为严重,其重复性和定量分析较差。该模型模拟外周神经损伤后的烧灼痛,多用于同节段内的损伤神经元及正常神经元之间活动的相互影响的研究。1.3术后大鼠骨髓炎反应模型1992年,Chung等人成功制作的一种在脊髓水平切断神经传导的模型。该模型结扎部位和结扎强度变异小,动物个体差异仅来自于动物的生物学变异,尽可能的排除了实验误差;脊髓损伤和非损伤节段完全分开,有利于对比研究损伤和非损伤脊髓节段的初级传入是否或如何参与疼痛的诱导和维持机制。具体操作方法如下:在大鼠L4~S1水平切取一侧椎旁肌肉,切除L6脊椎横突,分离L4~L6脊神经,用6-0医用丝线分别紧紧结扎L5和L6脊神经,或仅结扎L5脊神经。术后动物出现步态异常,但手术侧后肢除了轻度外翻、足趾紧收外,无其他畸形改变。机械痛敏和异常痛敏出现于手术后12~20h,持续10周左右;热痛敏也可在手术后1d出现,手术后3d最显著,而后持续5周左右恢复术前水平,持续时间长达4个月。该模型常用于模拟神经丛和背根的损伤。制备SNL模型时,手术操作复杂,损伤大,易感染,不利于大量制备疼痛模型。1.4腓肠神经的机械异常痛敏Decosterd和Woolf等人建立的模型,于大鼠后肢上缘切开皮肤,分离肌肉,暴露坐骨神经主干及分支—胫神经、腓总神经和腓肠神经,结扎并剪断胫神经和腓总神经,保留细小的腓肠神经,应避免任何损伤。术后24h后肢足底和足背外侧缘腓肠神经的支配野出现显著的机械异常痛敏,14d达高峰,持续7~8月;此外后肢足底内侧缘隐神经支配野也出现机械异常痛敏,但较腓肠神经支配野弱;腓肠神经支配野热痛阈无变化,但是热刺激引起抬足的维持时间延长;在机械痛效果方面,SNI产生疼痛过敏和异常的时间最早,仅对机械刺激敏感,是一种较理想的疼痛模型。该模型造成的神经损伤程度固定,模型稳定,产生的神经病理性痛行为学表现持久,长达7个月,可模拟临床神经病理性痛的多个特点。1.5神经瘤的生成用结扎、切断、冷冻或者电切坐骨神经,然后将断端的神经干用聚乙烯管套住,保留的断端在9到40天会生成神经瘤。多用于研究临床上截肢引起的疼痛。术后动物表现自残行为,对动物自噬伤残肢体现象是由于痛敏或异常痛敏,还是因为局部失去知觉而被当作异物咬掉,一直存在争议。1.6神经生物学模型糖尿病神经源性疼痛模型(diabeticneuropathicpainmodel,DNP)和带状疱疹神经性疼痛模型(postherapeuticneuralgiamodel,PHN)是两种常见的由疾病引起的外周神经源性疼痛模型。如通过注射细胞毒药物如四氧嘧啶或链脲佐菌素建立的糖尿病神经病理性模型;感染大鼠单纯带状疱疹病毒开发出了急性疱疹和带状疱疹神经痛模型的毒性神经病变。除了结扎,横切,炎性物质损伤神经之外,还有采用低温损伤建立起来的模型(SCN),该模型潜在的优势在于神经干的损伤是可逆的,还有修复的可能,因此该模型适用于研究暂时性外周神经损伤引起的神经源性疼痛的影响及损伤后修复过程。除了动物模型之外还有细胞模型,实验证明细胞模型是有效的,它可以模拟体内疼痛信号在细胞与细胞之间的传递。常用的有原代感觉神经元的,永久性感觉神经元的培养。以上模型从不同的角度说明神经病理性疼痛的发病机制,它们的复杂性与临床上疼痛症状的多样性一致。每种模型都有其适用与局限的地方,研究者需要根据自己的要求选择合适的模型。2其他特殊受体的作用神经病理性疼痛病因具有多样性、复杂性,从实验动物模型解剖学,生物化学,分子生物学,临床病人的病理表现及用药的有效结果等方面研究,总结如下:2.1电生理基础许多实验证明,损伤部位神经传入纤维异位电流释放增加。这种现象可能与神经元细胞膜上钠离子通道重分布、数量和功能的改变有关。临床实践证明,应用钠离子通道阻滞剂如:抗痉挛剂、局部麻醉剂、抗心律不齐等都能缓解神经病理性痛。除此之外,外周神经损伤后钙通道表达的改变在NPP形成中起重要作用,缺乏N型电压敏感性钙通道的小鼠,神经痛的程度受到抑制。2.2解剖学基础研究发现,神经性病理性疼痛的大鼠模型表现出背根神经节交感神经异常芽生,电镜发现神经受伤部位交感神经纤维增多。交感轴突长芽,并且外周神经损伤能诱发被损伤的传入纤维的胞体、雪旺氏细胞和成纤维细胞释放神经生长因子和白细胞抑制因子。交感神经纤维的增生引起脊神经感觉神经元对机械,冷热刺激的敏感性增强。同时发现,初级传入有髓低阈Aβ神经纤维占据了高阈值C纤维的位置,并且与原来的C纤维形成新的突触,激活了原本对C纤维无反应的神经元。这是Aβ神经纤维参与神经性疼痛的解剖基础。2.3分子神经生物学机制2.3.1NMDA受体的作用:大量研究表明,突触后神经元内Ca2+浓度升高是诱导长时程增强效应(LTP)所必需的。应用NMDA受体非竞争性拮抗剂MK2801等可以阻断病理性痛觉过敏的产生,减轻自发性疼痛和痛觉超敏。中枢敏化中NMDA受体和蛋白激酶C在维持中枢敏化中发挥重要作用。2.3.2P2X受体的作用:ATP不仅是一种贮能、供能物质,还是一种重要的神经调质。ATP门控的离子通道受体(P2X受体)广泛分布于伤害性信息传递有关的外周或中枢神经细胞中,它们与伤害性刺激的感受及传递关系密切。外周神经损伤可以调节P2X受体的表达,其变化程度取决于损伤的类型。有研究发现,坐骨神经切断后L4~L5DRG的P2X3受体水平下调,而外周神经损伤后脊髓小胶质细胞P2X4受体表达水平上调,预示外周神经损伤后P2X4活化对异常痛敏的产生是必要的。神经病理性模型,交感轴突长芽与背根神经节神经元接触,交感末梢释放的ATP可激活背根神经节P2X3受体。P2X受体阻滞剂苏拉明可以减轻坐骨神经结扎大鼠的触诱发痛,预先给予P2X3通道的反义核苷酸治疗也可以阻止机械痛敏的发生,而肾上腺素能受体阻滞剂酚妥拉明无此作用。2.3.3炎性介质的作用:外周神经损伤与神经干局部炎症密切相关,并且这些炎症介质可以敏化轴突损伤的神经纤维,因此炎症介质在NPP的形成和维持中非常重要。外周组织损伤引起速激肽释放,与炎症性痛敏密切相关。组织损伤后PGE2和PGI2迅速产生是炎症性疼痛的重要促使因素。NPP动物给予环化酶抑制剂治疗后,可以缓解温度和机械性痛敏,小鼠足底注射PGI2激动剂可引起痛敏反应。炎症介质通过活化细胞内蛋白激酶,进而调控细胞膜表面不同离子通道的活性。神经损伤后,P物质(SubstanceP,SP)大量释放,作用于脊髓背角的NK1受体,激活磷酯C(PLC),PLC能使细胞内的三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)的浓度增加。IP3能够动员内质网内的Ca2+,使细胞内游离的度增加;DG则与Ca2+一起激活PKC,使NMDA受体磷酸化,提高NMDA受体的功能,对诱导脊髓背角敏感化有重要作用。2.3.4中枢抑制系统削弱:在正常情况下,抑制性中间神经元可抑制C纤维中枢端释放神经递质和脊髓背角神经元的兴奋性,起着抑制伤害性信息传递的作用。形态学研究发现,神经损伤可引起形态的改变。研究还发现,神经损伤后,脊髓背角I板层和II板层抑制性中间神经元出现了跨突触的兴奋毒性改变,出现了所谓的“暗神经元”(darkneurons),说明神经损伤可以引起中枢抑制性中间神经元的死亡。此外,如前所述,在神经损伤后,蛋白激酶系统被激活,引起GABA受体的磷酸化,也可导致中枢抑制性中间神经元对伤害性信息传递的抑制作用减弱,从而产生痛觉过敏。鞘内注射GABA受体激动剂,可拮抗外周神经损伤所引发的痛觉过敏。进一步证明,中枢抑制性中间神经元功能下降是引起神经病理性疼痛的重要因素。2.3.5高位中枢敏感化:外周神经损伤不仅引起脊髓部位突触连接发生变化,也引起脊髓以上的高位中枢的功能发生改变。研究表明,脊髓以上的丘脑、大脑皮质躯体感觉区及中脑灰质的神经元参与痛觉过敏,而神经损伤后,下行易化调制系统功能的改变则可能参与脊髓敏化的维持。延髓头端腹内侧区是下行易化系统的上位中枢,该部位的神经紧张素可能在激活下行易化系统过程中发挥重要作用;外周神经损伤后,从延髓头端腹内侧区的下行易化系统对脊髓背角神经元的作用增强。对于NPP的脊髓上高位中枢的确切作用机制,仍需要进一步研究,为寻求药物作用靶点提供依据。3药物治疗3.1酸受体阻滞作用抗抑郁药的作用机理是:①阻止5-HT和NE的再摄取;②钠离子通道阻滞作用;③天门冬氨酸(NMDA)受体阻滞作用。包括三环类和非三环类的抗抑郁药。镇痛剂量比抗抑郁剂量低,并且起效更快。如三环类阿米替林每日镇痛剂量平均为75mg,低于其抗抑郁剂量(150~300mg),镇痛作用在服药后1~7天起效,而抗抑郁作用通常需2周。3.2减弱不良刺激,抑制痛觉抗癫痫药物可以针对疼痛发生机制中的多个环节,如阻滞Na2+和Ca2+通道,提高GABA水平或抑制GABA降解,抑制缓激肽释放,阻止动作电位形成,减弱不良刺激向心传导,抑制异位放电,提高痛觉阈值等发挥作用,从而减少疼痛的产生和(或)抑制痛觉形成。第二代抗癫痫药加巴喷丁,是目前推荐神经性疼痛首选治疗药物中唯一的抗癫痫药物。加巴喷丁治疗神经性疼痛的临床研究报道较多,治疗对象大多为糖尿病性神经痛和带状疱疹后疼痛。加巴喷丁结构与GABA类似,能调节GABA受体的活性及GABA的释放;并具有抑制电压依赖型Ca2+通道,抑制兴奋性氨基酸释放,减少大脑去甲肾上腺素的释放等作用,从而抑制神经性疼痛。3.3药片类及安全性阿片类镇痛药用于治疗慢性疼痛还存在争议,但近年来研究发现,在一部分慢性疼痛患者中长期使用阿片类的镇痛药不但有效,而且安全。所有服用鸦片类镇痛药的患者都会产生药物依赖(当突然停药或迅速减药时出现撤药症状),必须提醒患者不能突然停止治疗。新型的镇痛药,如缓控释剂型芬太尼透皮吸收剂,羟可酮控释片,大大减小了阿片药的副作用,广泛用于慢性疼痛