細胞自噬在神經病理性疼痛中的分子機制

王文淼，姜玖良，馬 寧，孫 穎，董 楷，徐 悅，譚文彬，劉宏生

濟寧醫學院1臨床醫學院，2精神衛生學院，3醫藥工程學院 山東 濟寧 272067；4濟寧醫學院附屬醫院心臟重癥醫學科 山東 濟寧 272029

神經病理性疼痛是一種復雜的慢性疼痛狀態，其主要表現為痛覺過敏、痛覺異常和自發性疼痛，其持續時間較長，遷延不愈，常造成機體功能紊亂，并引起抑郁、焦慮等不良情緒，嚴重影響人類生活質量、威脅人類健康[1]。研究發現，細胞自噬在神經病理性疼痛的發生發展過程中發揮重要作用。本文對細胞自噬與神經病理性疼痛的研究進展作一綜述。

1 神經病理性疼痛

2011年國際疼痛學會重新確定神經病理性疼痛的定義為：“由軀體感覺神經系統的損傷或疾病而直接造成的疼痛”。研究發現，中樞神經病理性疼痛的發生與創傷、腫瘤、感染、神經毒性藥物、自身免疫性疾病等有關。周圍神經病理性疼痛則與機械性創傷、代謝性疾病、神經毒性物質、感染或腫瘤浸潤引起的周圍神經系統病變有關[2]。在細胞水平上，有可能與神經細胞的自噬有關[3]。神經病理性疼痛因其復雜的病理生理變化，故發病原因不盡相同，發病機制錯綜復雜，個體的臨床表現差異明顯，常規治療效果并不樂觀。因此，探索其發病機制并且精準提供相應臨床治療方案，仍然是具有挑戰性的。

2 自噬

自噬是機體應激條件下的防御調控機制，具有維持細胞質、蛋白質和細胞器穩態的功能[4]。自噬與氧化應激和炎癥免疫反應關系緊密，大量研究發現，自噬一方面參與抗原呈遞以及炎癥免疫反應，另一方面自噬清除受損的蛋白質、細胞器等物質以抑制炎癥反應。病理條件下，自噬使得細胞器和蛋白的降解水平提高。由于成熟的神經元已經喪失了增殖能力，變性或功能異常的蛋白、脂質、細胞器等不能再分配到子細胞而只能積累在神經元內，導致軸突運輸異常，使得自噬功能異常對中樞神經系統造成的損害更為明顯。雖然自噬被認為是細胞死亡的機制，但不論基礎自噬還是應激誘導的自噬在維持正常組織穩態中都是不可或缺的。

3 自噬與神經病理性疼痛

神經病理性疼痛涉及多種細胞、分子和通路，而自噬廣泛參與機體的生理病理過程，對維持機體穩態具有重要作用[5-6]。研究表明，自噬可發生在神經損傷及神經退行性疾病中。近年來，自噬與神經病理性疼痛的發生發展成為一個新的研究熱點。探索其內在關系或許可為神經病理性疼痛提供新理論，為其治療提供新的方法及靶點。Berliocchi等[7]發現脊神經結扎（SNL）神經病理性疼痛小鼠脊髓背角蛋白微管相關輕鏈蛋白3（LC3）的表達水平顯著增高，提示自噬障礙可能與神經病理性疼痛有關。Guo等[2]同樣使用SNL造模檢測出自噬標志物LC3-II增加，并且免疫熒光檢測在脊髓神經結扎的背根神經節神經元發現LC3-Ⅱ色斑。目前有研究認為自噬主要通過調節脊髓神經元活性氧水平以及促炎細胞因子IL-1β、腫瘤壞死因子α（TNF-α）水平來介導神經病理性疼痛。而自噬的調節紊亂又與許多病理情況如神經退化疾病、糖尿病神經病理性疼痛、癌癥、炎性病變等病癥有關[8]。外周神經損傷所造成的神經病理性疼痛可以通過增加背根神經節的自噬活動得以緩解。由此可見，自噬或可成為減輕神經病理性疼痛的新思路。

3.1 炎癥因子參與的自噬

研究表明，活化的小膠質細胞主要通過釋放神經活性物質、促炎因子等物質在神經病理性疼痛的發生發展過程中發揮重要作用，而星型膠質細胞則發揮協同作用。炎癥因子可能參與了自噬與神經病理性疼痛這一病理生理學過程[9-12]。當受到外界環境變化如感染、缺血、脂多糖刺激時，小膠質細胞被迅速激活，并釋放出多種細胞因子，如IL-1β、IL-6、TNF-α、腦源性神經營養因子、誘導型一氧化氮合酶等[13]。而這些細胞因子均與疼痛的誘發有關。體外實驗也證實了通過抑制小膠質細胞自噬水平、可以降低誘導型一氧化氮合酶、IL-6、IL-1β的分泌。關于自噬與IL-1β分泌的機制研究相對較為深入，IL-1β或可通過促進痛覺神經易化及神經活性物質釋放導致痛覺過敏。自噬能通過分解IL-1β前體pro-IL-1β直接抑制IL-1β分泌，也可通過分解caspase-1或炎性小體間接抑制IL-1β分泌。

3.2 mTOR參與的自噬

mTOR為雷帕霉素靶蛋白，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，參與神經突觸重塑、軸突導向的過程。mTOR可抑制吞噬泡的形成及成熟，避免細胞生存資源不足和細胞死亡。mTOR在初級感覺神經元、脊髓背根神經節以及脊髓神經元均有免疫反應性，而且被認為在神經病理性疼痛相關的神經突觸重塑起到了重要作用[14]。中樞應用雷帕霉素可通過作用在mTOR陽性的傷害性感受器以及脊髓背角I層投射神經元而減輕神經病理性疼痛。同時，mTOR是自噬通路中關鍵的負性調節激酶之一，鞘內注射雷帕霉素使mTOR得到抑制后自噬活動可增強[15]。此外在建立的疼痛模型中發現mTOR和ERK1/2兩條通路也存在相互關聯作用。Zhou等[16]研究發現普羅布考抑制脊髓損傷后神經細胞凋亡與mTOR信號通路有關。

3.3 Toll樣受體（TLR）參與的自噬

在巨噬細胞中，TLR可以誘導自噬小體形成。TLR是天然免疫細胞膜上最重要的模式識別受體，參與機體的炎癥、免疫等過程。研究發現，TLR的一種亞型TLR4可以小激活膠質細胞，通過一系列下游通路反應，引發各類炎癥因子表達，引起神經免疫，導致神經病理性疼痛[17]。在使用藥物或基因敲除等方法抑制TLR2/3/4基因后，小膠質細胞的活性明顯降低的同時也降低了由外周神經損傷誘發的痛敏。鞘內注射TLR3激動劑，可以顯著增加小膠質細胞的自噬，而TLR3基因敲除可顯著抑制SNL誘導的小膠質細胞自噬。TLR3激動劑處理可以促進炎癥介質的表達，而特異性抑制劑誘導會造成炎性細胞因子的分泌抑制[18]。

3.4 P62參與的自噬

P62蛋白是自噬通路與NRF2通路的連接點，氧化應激也可能是自噬與神經病理性疼痛之間重要的一環[7,19-20]。P62是一個自噬適配器蛋白，P62增多，說明自噬降解過程受到阻礙[21]。磷酸化的P62可以增加與Keap1的親和性。Keap1是E3泛素化蛋白酶適配器，其通過蛋白酶體途徑降解NRF2。磷酸化P62與Keap1的結合抑制了NRF2降解，進而促進了NRF2下游基因的表達。另有研究發現，敲除Atg-7或Atg-5基因抑制自噬小體成熟或者砷處理抑制自噬小體與溶酶體的融合，兩種自噬抑制均以P62依賴的方式激活NRF2信號[22]。NRF2通路在抗神經炎癥、抗氧化應激過程中發揮重要作用。星形膠質細胞NRF2活化可以通過釋放大量的抗氧化分子保護神經元，如HO-1等[23]。如果細胞氧化應激被神經病理性異變激活，大量的活性氧簇被釋放，以致于線粒體電子傳遞鏈和DNA損傷而被分解，可以促進了自噬功能的過度增強。因此外周神經損傷后的自噬受到抑制，可以通過P62-NRF2通路減輕神經病理性疼痛。

3.5 Wnt參與的自噬

脊髓背角經典的Wnt通路即Wnt/β-catenin信號通路參與大量生長代謝有關的生理及病理過程。該通路激活后導致β-Catenin在細胞質內聚積，然后在進入細胞核后激活靶基因。自噬可負性調節Wnt/β-Catenin信號通路。Wnt蛋白家族在神經病理性疼痛的發病機制中扮演了重要角色[24]。在神經系統發育過程中，Wnt蛋白可調節細胞的增殖、分化、遷移等過程。Wnt/β-catenin信號通路導致神經病理性疼痛可能與影響促炎因子有關。Wnt/β-catenin信號通路的激活可導致與神經病理性疼痛密切相關的IL-18、TNF-α及其受體表達上調。Zhang YK等的研究證實，神經損傷后Wnt/β-catenin通路活化通過促進IL-18、TNF-α分泌，調節NR2B谷氨酸鹽受體以及鈣離子依賴性信號導致痛敏發生[25]。研究發現，β-catenin可自噬性降解調節Wnt與自噬之間的平衡[26]。使用大鼠的慢性坐骨神經損傷模型進行動物實驗，重復給予Wnt抑制劑niclosamide和IWR-1-endo能減弱觸誘發痛以及痛覺過敏。

3.6 miRNA參與的自噬

表觀遺傳變化已被引入慢性疼痛中，這些發現可能會指導新療法的基本進展[27]。自噬也可以成為評估表觀遺傳機制實驗性治療干預效果的工具。例如，最近的研究發現，在神經病理性疼痛的發生發展過程中，microRNAs和自噬激活之間存在著關系。增加miRNA-195的表達可使外周神經損傷所致的自噬受到抑制，進而加劇神經病理性疼痛[28]。通過miRNA阻斷自噬可調節神經炎性反應，導致神經病理性疼痛。外周神經損傷后，自噬相關蛋白表達異常，顯示自噬通路受損，而miR-195增加，其表達的上調增強了外周神經損傷后的機械痛和痛覺過敏，對照試驗中使用miRNA-195抑制劑后得到的結果完全相反；miRNA-195抑制劑能增加因外周神經損傷導致的小膠質細胞自噬，表明miRNA-195的表達可能會影響小膠質細胞的自噬來引發神經炎癥并產生神經病理性疼痛。其中，ATG14被認為是miRNA-195的功能靶點。此外，激活施萬細胞自噬可以減少神經病理性疼痛的發生及其慢性化[29]。

3.7 JNK參與的自噬

JNK是位于c-Jun氨基末端活化區域的一種p54微管相關蛋白激酶，與細胞自噬關系密切[30]。JNK信號通路可被多種胞外信號激活，如G偶聯受體、基因毒性劑、紫外線照射和氧化應激等?；罨腏NK可進一步激活c-Jun，提高活化蛋白1（AP-1）轉錄活性，調控相關基因轉錄。JNK信號的活化可使自噬標志物LC3表達增加。JNK介導的自噬過程與Bcl-2的磷酸化有關[31]。Bcl-2家族蛋白是在細胞凋亡過程中起關鍵性作用的一類蛋白質可以抑制Caspase-3和Caspase-7來阻斷線粒體后的凋亡信號通路。Bcl-2磷酸化后與自噬的重要調節器Beclin-1的相互作用減弱[32]。Oh等[33]發現鹽酸奈福泮可以通過抑制JNK介導自噬緩解疼痛。

3.8 HIF參與的自噬

缺氧誘導因子-1α廣泛存在于哺乳動物及人體內，在機體缺氧條件下維持氧穩態。研究認為缺血缺氧在神經病理性疼痛起著重要作用[34-35]。缺氧誘導因子-1α可以激活靶基因的轉錄使細胞適應低氧[36]。最近的報告也表明，在缺氧條件下缺氧誘導因子-1α可能通過缺氧反應蛋白BNIP3與Bcl-2和Bcl-XL競爭誘導自噬。BNIP3是一種受HIF-1直接調控的細胞死亡相關蛋白。Wang等[37]的研究結果表明，神經病理性疼痛與缺氧誘導因子-1α依賴途徑和細胞自噬有關。探討HIF在自噬對神經病理性疼痛的調節可能為臨床治療提供潛在的治療方案。

4 有關自噬的神經病理性疼痛治療

近年來，自噬在緩解和治療人類疾病方面不斷得到認可。針對細胞自噬，臨床上也有藥物使用可以達到緩解和治療疾病的目的。比如臨床認可的免疫抑制藥物和抗腫瘤藥物，雷帕霉素，西羅莫司等，它可以通過抑制mTOR起到包括激活自噬在內的一系列的多效性作用。雷帕霉素常用于建立激活自噬的動物實驗模型[38]。調節自噬的關鍵復合物mTOR有可能成為治療慢性疼痛的藥理靶點。

此外，Liu等[39]發現高壓氧能有效地抑制大鼠脊髓神經結扎損傷和mTOR通路激活（SNL）模型中神經損傷所致自噬。研究發現，在不同的神經病理性疼痛的動物模型（SNL和慢性坐骨神經損傷模型），高壓氧治療，可以減少TNF-α的產生，減少脊髓神經元凋亡，并且減輕疼痛。有文獻報道自噬可以通過高壓氧激活，達到良好的治療效果[40]。Yan等[41]報道通過高壓氧處理可以提高自噬的活動，使大腦減少缺血性損傷。Wang等[42]提出高壓氧可通過激活自噬減少缺血再灌注損傷。不僅如此，高壓氧對于帶狀皰疹也有治療作用，也可預防皰疹后神經痛的發生。

5 展望

神經病理性疼痛的病理機制尚未完全闡明，因此目前難以制定有針對性的治療策略[43]。神經病理性疼痛在表觀遺傳學上的研究有廣闊的前景。染色質結構的改變能夠合理解釋從組織損傷或急性疼痛轉變成神經性炎癥、中樞敏化以及神經病理性疼痛的病理過程和機制。在神經病理性疼痛發生、發展的過程中DNA甲基化、組蛋白乙?；蚼iRNA的表達水平均發生明顯改變。但是自噬與神經病理性疼痛的表觀遺傳學上的聯系需要進一步研究與探索。

治療神經性疼痛的藥物研發已經進入了一個瓶頸期。雖然不斷有新藥的研發和上市，但大多數新藥都缺乏明確的三期臨床試驗和臨床A1級證據。此外，大多數藥物只能緩解癥狀，并不能從根本上解決疼痛，且有不同程度的副作用，易損害肝、腎等臟器，甚至會出現依賴、成癮或戒斷等癥狀[44]。自噬或許可以為藥物開發提供新思路。

自噬可以從不同的角度進行實驗研究其病理機制，但是與自噬有關的各條通路又錯綜復雜，多有交叉，增大了研究的難度。然而，對神經病理性疼痛關于自噬的藥物研發或治療試驗還需要進一步研究。細胞機制基礎上的自噬研究可能為神經病理性疼痛的探索提供了一個新的思路，它可以作為新的研究方向來揭示機制以尋求有效的治療方案。