疼痛的分子机制

疼痛的分子机制

现代医学认为，疼痛是由组织损伤或潜在组织损伤引起的疼痛，通常伴有轻微的快乐情绪和脉搏变化。它既是机体的一种保护性机制,也是临床常见的疾病。有关疼痛以及镇痛作用机理的研究已进入到分子生物学水平,检索相关资料,笔者发现不少资料是从信号转导的不同环节进行研究,本文现将近年来国内外在该领域的研究文献综述如下:1疼痛与镇痛研究第一信使在生物体内结合并激活受体,包括激素、神经递质、细胞因子、淋巴因子、生长因子和化学诱导剂等,然而就疼痛及镇痛而言,目前与其相关的第一信使研究主要集中在神经递质、生长因子和化学诱导剂。1.1神经流畅(1)电针夹脊穴对髓内再生性指标的影响单胺类神经递质主要包括去甲肾上腺素(NE),5-羟色胺(5-HT),5-羟吲哚乙酸(5-HIAA)、多巴胺(DA)等。1954年Shneider发现利血平可以对抗吗啡的镇痛作用,首次证明了单胺类递质与疼痛有关。后来研究表明,它们既是神经介质,又能直接致痛,在疼痛过程中参与了致痛和镇痛两方面的作用。王升旭等用电针夹脊穴法观察急性佐剂性关节炎大鼠外周血和脊髓中单胺类递质含量的变化,研究表明:电针后大鼠血小板5-HT和血浆5-HIAA均显著增高,表明针刺促使血小板对5-HT吸收增加,同时加速血液中游离的5-HT分解代谢,参与镇痛,而外周血NE和DA的含量明显下降;在脊髓,5-HT和5-HIAA的水平显著增加,且5-HIAA的增加较5-HT更为明显,表明电针夹脊穴的镇痛机制与激活5-HT下行镇痛系统有关,5-HT合成增加,释放和利用也增加,但合成速度超过释放和利用的速度,故5-HT含量增加,说明5-HT是参与脊髓痛觉调制的重要递质;电针夹脊穴后脊髓NE和DA含量都显著下降,表明NE和DA均参与电针镇痛的脊髓机制。采用大鼠脑内微透析及高效液相色谱电化学联检技术,观察DA受体拮抗剂氟哌啶(DRO)加强电针(EA)镇痛时大鼠脑内微透析液中单胺类递质的变化,结果显示,EA后DA及其代谢产物高香草酸(HVA)、5-HT及5-HIAA在透析液中含量均有增加,DRO与EA合用,其含量较单用EA又有明显增加。Kumar等以微泵将5-HT注入鼠的前顶核,通过甩尾试验发现可产生明显的较长时间镇痛作用,此作用可被预先给予5-HT拮抗剂methysergide所减弱,表明5-HT能神经元参与了前顶核的镇痛作用。以上实验结果提示,外周和脊髓的单胺类递质都参与疼痛的调制过程。(2)免疫后抗体glu兴奋性氨基酸(EAAs)被认为是重要的伤害性物质,伤害性刺激能导致以谷氨酸为主的兴奋性氨基酸在中枢含量增高。谷氨酸受体分为5型:NMDA受体、AMPA受体、海人藻酸受体、亲代谢型受体和L-AP4受体,其中NMDA、AMPA和海人藻酸受体都是由谷氨酸门控的阳离子通道,而后两者受体合称为非NMDA受体。采用免疫荧光双重标记技术对大鼠三叉神经尾侧亚核和脊髓背角浅层内的细胞、C纤维及其终末的谷氨酸(Glu)能进行了定位、定性和定量的系统研究,结果表明C纤维主要含Glu,认为Glu是初级传入纤维最主要的神经活性物质。Kawamata等鞘内灌注NMDA导致明显痛反应,且剂量依赖性增加脑脊液中Glu含量,同时使脊髓后角cGMP浓度增高,应用NMDA受体拮抗剂可完全阻滞NMDA导致疼痛反应。研究证实,cGMP可以促进靶细胞突触前释放谷氨酸(Glu),后者作用于NMDA受体,促发Ca2+等通道开放,Ca2+再通过NMDA通道进入胞内与钙调蛋白的结合后活化NOS,进行伤害信息的调制。鞘内注射MK-801、非NMDA拮抗剂、L-NAME均能抑制鞘内注射NMDA所致的疼痛反应,减少臂丛横断大鼠的自断行为,说明通过抑制NMDA/NO通路能缓解神经源性疼痛。(3)p2px3受体现在,已经普遍承认,在外周和中枢神经系统ATP是一种重要的神经调质。不同类型细胞分泌的ATP通过激活感觉神经终末上的相应受体而在疼痛的发生机制中起到一定作用。与ATP结合的受体为嘌呤受体(P受体),可分为P1和P2两大类。细胞外ATP作用的靶点是P2受体,包括P2X(配体门控非选择性阳离子通道受体)和P2Y(G蛋白偶联受体)。近年来的研究表明,P2X受体(主要是亚单位P2X3受体)参与了疼痛的发生和传递。大鼠后足皮下注射P2X受体激动剂a,β-meATP后,立即表现缩足和舔足等反应,而给P2X3缺失的小鼠爪注射福尔马林后,则缩足和舔足次数明显减少,痛觉下降。Honore等发现鞘内持续反义核苷酸处理,可以明显减轻脊神经结扎引起的机械性痛敏,表明与背根节P2X3受体表达明显下降密切相关。Dorn等应用RNA干扰技术导致大鼠脊髓背根神经节P2X3基因沉默,对慢性神经病理性疼痛产生明显的耐受,证明P2X3受体在痛觉中发挥重要作用。在大鼠内脏疼痛模型上,发现给与激动剂a,β-meATP后可以在坐骨神经的传入纤维上记录到神经元放电,同时这一效应可以被P2X受体拮抗剂舒拉明阻断。不过Liu等在神经源性疼痛模型研究中发现,在部分结扎坐骨神经诱导神经损伤和神经源性痛敏时,鞘内给予P2X受体的拮抗剂舒拉明(suramin)和PPADS对痛敏几乎没有缓解作用。因此P2X受体在神经源性痛敏中可能发挥的作用以及机制还需要做进一步研究证实。(4)tki-1-p抑制剂在慢性痛觉中的作用在中枢神经研究中,最广泛的潜在痛觉感受递质是速激肽(tachykinin),这是一类神经肽,包括P物质(SP)、神经激肽A和神经激肽B,速激肽受体有3种:NK-1,NK-2,NK-3。在疼痛机制研究中涉及最多的是P物质。P物质位于感觉神经,并从脊髓背角表层的中枢神经末梢释放,直接使背角神经去极化,并增强背角细胞对兴奋性氨基酸—N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)的反应性,此递质可传递痛觉感受信息,尤其是当反复刺激C纤维,增加背角神经兴奋性时,立即形成痛觉放大的正反馈,导致痛觉过敏状态持续存在,但该现象可被NK-1受体拮抗剂所抑制,这就提示P物质确实参与了疼痛机制。除此之外,P物质在外周除了作为痛的重要递质向中枢传递痛觉外,还可引起血管扩张、血浆渗出、平滑肌收缩及腺体分泌,刺激各种炎症介质如组织胺、激肽和前列腺素的释放和聚集,形成神经源性炎症。Strittmatter等发现三叉神经痛患者脑脊液中P物质含量显著升高。在其他与三叉神经有关的疼痛研究中,均发现与SP、CGRP、VIP、β-EP等神经肽有关。速激肽在急性和慢性疼痛中发挥的作用并不相同。在慢性炎性疼痛中,P物质和NK-1受体介导为主,在此领域中,开发了速激肽受体非肽型拮抗剂,如SR-48968、CP-96345、RP-67580等,其在慢性痛敏模型中,显示出良好的镇痛作用。在急性痛觉中以神经激肽A和NK-2受体介导为主,所以NK-1拮抗剂对急性疼痛不如NK-2拮抗剂,如AA501、Men10376、L-659874;(5)阿片受体的诊断阿片肽的研究是随着1973年阿片受体的发现而开始的。此后,相继发现了脑啡肽、β-内啡肽、强啡肽。脑啡肽、强啡肽分别对δ和κ受体选择性强,被认为是δ和κ受体的内源性配体,β-内啡肽对μ、δ受体均有较强的亲和力。1994-1995年间又发现了孤啡肽受体(ORL1)及其专一性配体—孤啡肽(OFQ)。随后,Zadina等发现了对μ阿片受体具有高选择性的、强效的内源性配体—内吗啡肽(EM),这些内源性阿片肽与阿片受体特异性结合,从而发挥多种生理作用。吗啡是分离出来的第一个阿片类物质,在体外、体内优先与μ受体结合,产生镇痛作用。孙雪峰等采用高选择性的μ受体激动剂3H-DAGO[TyrD-Gly-MepheNH(CH2)2OH]进行放射配体测定,观察大鼠吗啡成瘾后μ受体数量的变化,同时用RT-PCR方法观察μ受体的基因表达情况,结果发现成瘾大鼠的下丘脑、额叶皮质、海马和纹状体内的μ受体表现了不同程度的下调,μ受体的基因表达也有不同程度的下降。有人认为μ受体的下调可能是机体对长期应用吗啡的一种适应性调节,但这种下调的结果将导致内源性阿片肽系统的功能发生紊乱。所以,在停用吗啡或应用拮抗剂以后,大鼠所表现出一系列的戒断症状可能与受体的下调与基因表达的下降有关。在对内吗啡肽(EM)的研究中发现,大鼠侧脑室、鞘内注射EM均可以产生较强的镇痛作用,但对敲除μ受体基因小鼠产生的疼痛,则无镇痛作用,提示EM镇痛作用的发挥是特异性结合μ阿片受体而产生的。但是,从近年来对孤啡肽系统研究来看,阿片肽在痛觉调制中可能存在着双重的作用。最初的认为孤啡肽是一种致痛或引起痛觉过敏的物质。后来Rossi进一步的研究发现,在甩尾实验中,脑室注射孤啡肽的小鼠产生痛敏反应后紧接着出现镇痛作用。也有报道证实侧脑室给子孤啡肽后,大鼠产生明显的镇痛作用。总之,孤啡肽的发现,开拓了人们对阿片肽参与痛觉调制的认识,这方面的工作还在深入之中。1.2rka-igg转导法神经生长因子(NGF)现已被确认为是参与炎症痛有关的初级传入敏感化的重要成分。1994年Lewin等首次报道在大鼠一次性腹腔注射NGF后,出现对伤害性热刺激和机械刺激的过敏反应,与组织炎症所致的痛过敏非常相似,即表现速发和迟发的痛过敏。后来研究证实,将NGF局部皮下注射与大鼠后足底或健康人后,也出现上述类似的双相痛过敏反应,但此痛觉过敏可以被NFG抗体或trKA免疫球(trKA-IgG)逆转。脑源性神经营养因子(BDNF)为NGF家族成员,是脑内不同部位分布最广泛的神经营养因子,它可以通过轴突转运到至中枢并在脊髓背角释放,作用于次级感觉神经元上的trkB受体,在痛觉传递中扮演重要角色。研究显示,鞘内给子外源性BDNF导致C纤维的兴奋性增强,产生痛敏反应,这种现象可以被BDNF受体抑制剂trkB-IgG所阻断。另有研究报道,鞘内给子外源性不同剂量的BDNF,对机械觉痛敏的影响结果也不一样,每小时给予lmgBDNF,可以显著减轻机械觉痛敏,每小时给子20mg反而加重机械觉痛敏,而每小时给子0.5mg或10mg对机械觉痛敏没有影响。提示,BDNF不仅仅是中枢致敏的重要物质,也有可能是中枢痛觉反应重要的能双向运输的内源性调质。在炎症痛动物模型中研究发现,BDNF的释放与炎症痛有关的行为表现密切相关。在外周组织炎症动物模型,采用免疫组织化学和原位杂交的方法检测,发现背根节BDNF免疫反应阳性神经元数目和BDNFmRNA含量均显著增加,而且BDNF由背根节顺行运输至脊髓背角的含量增加,使用NGF抗体或NT-3反义寡核苷酸后可缓解神经痛,并抑制Aβ神经纤维或交感神经纤维向背角浅层处生长等,这些实验结果预示着神经生长因子受体trkA,trkB或trkC拮抗剂可能具有抗神经痛作用。1.3增加阳离子通道香尿酸受体的活性辣椒素(Cap)有选择性作用于初级传入C纤维和(或)AE纤维,通过与配体门控的非选择性阳离子通道香草酸受体结合,进而使Ca2+内流、促使P物质释放。同时有神经生长因子(NGF)等因素的参与。但是反复应用或大剂量应用辣椒素可使兴奋的神经纤维出现脱敏现象,产生阻滞效应,不但对辣椒素的刺激不反应,而且对其他伤害性刺激同样反应迟钝。2第二信使的激活第二信使是相对于细胞外的第一信使而言的,一般是指一些受体与配体结合后被激活,导致细胞内浓度短暂升高或降低的一类小分子物质,它们包括cAMP、cGMP、IP3、一氧化氮(NO)、Ca2+等,目前对疼痛和镇痛相关的第二信使研究主要集中在NO、Ca2+。2.1nos在痛觉调制中的作用NO是一种自由基性质气体,在中枢神经系统(CNS)、外周神经系统(PNS)、内皮细胞、血小板和免疫细胞中均能产生,它参与血管舒缩状态的调节,免疫功能的调制,同时作为细胞间信使分子参与信息的传递,在脊髓,脊髓上和外周多个层面调控疼痛,且在疼痛的调制中具有双向作用。而NOS是生成内源性NO的最主要限速物质,可分为三种亚型:神经元型NOS(nNOS)、内皮型NOS(eNOS)、和诱导型NOS(iNOS)。免疫组织化学研究显示,在脊髓背角胶质中间外侧柱及中央管周围的神经元都含有较高的NOS免疫活性细胞,而且脊髓背根神经节的细胞中也能生成NO,这些部位均与痛觉调制密切相关,提示NO在脊髓水平可能参与痛觉调制。蛛网膜下腔注射NMDA增强机体对伤害性刺激的反应,出现痛敏,且中央导水管周围有NOS表达,但这种痛敏反应可被NOS抑制剂(L-NAME,L-NMMA)、NO清除剂(血红蛋白)或可溶性鸟苷酸环化酶阻断剂(亚甲蓝)抑制。进一步研究发现,L-NAME和L-NMMA抑制NMDA所致的痛敏是通过cGMP途径实现的,说明抑制NO的生成是抑制痛敏产生的重要环节。2.2亚型类抗滞剂Ca2+与CNS基本电活动和脑的高级功能密切相关。研究证实哺乳动物CNS内神经递质释放主要通过电压依赖性钙通道(VSCCs)介导,通过控制钙离子内流,广泛参与细胞的生理过程,如兴奋-收缩耦联、递质和激素的释放、钙调蛋白依赖性蛋白激酶的调控、基因表达等。根据VSCCs电生理特性,神经系统VSCCs可分为L、N、T、P、Q和R型。不同亚型VSCCs共同参与、协调突触的分泌活动。在甲醛致大鼠足痛实验中,鞘内注射P型和N型VSCCs阻滞剂均能抑制鼠的伤害性反应。在神经病理痛模型中,研究了鞘内给P型和N型VSCCs阻滞剂,观察对大鼠热痛觉过敏的影响,结果发现N型VSCCs阻滞剂对热痛觉过敏有抑制作用,并呈剂量依赖性,而P型无抑制作用,提示,N型钙通道在热痛觉过敏的产生和维持中起重要作用。一般认为,L型不直接参与CNS神经递质释放,N型通道可能在抑制性突触中占主要成分,P/Q型通道对兴奋和抑制性递质释放均有作用。但在外周,钙通道参与伤害性感受器的兴奋和神经冲动沿Aδ,C类纤维的传导,抑制钙内流从而提高感受器兴奋阈值和降低神经冲动的传导,在鼠甩尾实验和结肠扩张实验中发现鞘内给L型钙通道阻滞剂(地尔硫草、维拉帕米)可产生脊髓水平对躯干和内脏伤害性刺激的抗伤害作用。3其他因素可能可参与信号调整规划的监督和管理3.1脊神经cox抑制剂环氧合酶COX是合成的PG限速酶,至今发现有COX1、COX2、COX3亚型,其中COX2主要分布在脊髓中。研究发现,在组织损伤和炎症,可诱导脊髓内的COX2mRNA和蛋白表达上调,在疼痛的敏感化中发挥重要作用。小鼠足趾炎症模型中,COX2表达显著升高,并由此引起PGE2含量的增加,两者的上升呈平行关系,给予选择性COX2抑制剂或地塞米松特异性抑制COX2,将减少PGE2的生成,从而明显减轻足趾炎症反应。大鼠后足皮下注射福尔马林后,脊髓背角浅层COX-2表达增多。Malmberg等通过行为学的观察发现,提前鞘内给予非选择性COX抑制剂吲哚美辛或选择性COX-2的抑制剂NS-398,两者均能抑制皮下注射福尔马林诱发的双相长时程自发缩足反射行为,但在相同的剂量下,热板试验结果显示两种药物对此影响,提示COX可能与短时间的生理性疼痛的产生无关。但在皮下注射福尔马林10min后,鞘内注入吲哚美辛或NS-398对自发缩足反射行为无作用。这些证据提示由脊髓COX介导而产生的前列腺素可能只参与持续自发痛的诱导过程,而不参与此伤害性反应的维持过程。近年来,COX在神经病理性痛发生中的作用逐渐受到重视,蛋白水平的检测表明,在脊神经结扎(SNL)致神经病理性疼痛模型中,脊髓背段、侧段的COX2蛋白水平在结扎后1、3和14天均增加。形态学研究也提供了相同的证据,神经病理性疼痛后外周和中枢COX2的变化基本一致。在外周,神经损伤部位聚集的中性粒细胞可表达COX2,但持续不长于30h,研究提示COX2与痛觉产生的急性期有关。Lashbrook等用结扎L5和L6脊神经模型证明,单纯给予COX抑制剂或吗啡并不能抑制由