神经生长因子-TrkA信号通路在疼痛中的作用机制及TrkA抑制剂的研究进展

程鸣佳，林一丹

按照国际疼痛学会(IASP)的定义，疼痛是一种令人不快的感觉和情绪上的感受，伴随有现存的或潜在的组织损伤。慢性疼痛又称持续性疼痛，特指持续时间在6个月以上，超过疾病痊愈或创伤愈合所需正常时间的疼痛，涉及多种炎性和神经性疾病，包括创伤、间质性膀胱炎、胰腺炎、类风湿性关节炎、骨关节炎、肿瘤、疱疹后神经痛和糖尿病性神经病等。慢性持续性疼痛已成为全世界面临的一个主要健康问题。

目前临床上对于轻至中度疼痛，主要使用非阿片类镇痛药，如非甾体类抗炎药(NSAIDs);对于中至重度疼痛，主要使用阿片类镇痛药。然而，NSAIDs存在“封顶效应”，阿片仅能使不到30%的非肿瘤性慢性疼痛得到有效缓解，20%的癌痛患者存在阿片类药物耐药。此外，现有止痛药还存在轻至重度不良反应，长期用药过程中尤其明显。由于现有药物只对约1/3慢性疼痛患者有效［1］，且对于更多患者来说，长期用药的安全性是一个主要问题，所以开发新型止痛药有极大的临床需求。自从30多年前NSAIDs被应用于镇痛，临床上还未开发出任何新颖有效的镇痛药。因此，全新的药物作用靶点开始受到关注，如TrkA受体就是其中之一。本文就TrkA受体在疼痛中的作用及TrkA抑制剂的研究进展进行综述。

1 TrkA受体

TrkA受体家族属于受体酪氨酸激酶(RTKs)，包括TrkA、TrkB和TrkC。TrkA是神经生长因子(NGF)的受体酪氨酸激酶，选择性结合NGF，是NGF的功能性受体。除高亲和力受体TrkA外，NGF还可与其低亲和力受体p75结合［2］。

NGF与TrkA受体结合主要激活3个信号通路:(1)PI3K(phosphatidyl inositol-3-kinase)通路，抑制凋亡蛋白;(2)MAPK(mitogen-activated protein kinase)通路，促进神经元分化和轴突生长;(3)磷脂酶C-γ(PLC-γ)通路，参与介导过度敏感现象［3］。

NGF与TrkA的相互作用在神经元的生存与分化中起关键作用。然而，在NGF调控异常的情况下，这种相互作用可以成为导致疼痛的因素之一［4］。

2 NGF 及TrkA在疼痛和痛觉过敏中的作用

NGF及TrkA与疼痛和痛觉过敏的关系主要表现在以下几个方面:(1)NGF水平在创伤、炎症和慢性疼痛中升高:在大量动物和人体实验中，NGF水平升高与疼痛之间的关系已得到确定。在类风湿性关节炎、间质性膀胱炎、胰腺炎、前列腺炎、糖尿病性神经病、癌性疼痛和椎间盘退行性病变等急性或慢性疼痛状态中，NGF水平都有所升高［5］。(2)应用NGF可加剧疼痛并促进痛觉过敏:在随机双盲人体试验中，与基线相比，肌内注射NGF可增加痛觉感受程度，并且可以增加注射部位的压痛敏感性［6］。如咬肌局部注射NGF可导致机械性痛觉超敏(mechanical allodynia)和持续时间至少长达7d的痛觉过敏(hyperalgesia)［7］。(3)大量临床前证据表明，阻断NGF与TrkA的作用可以减轻疼痛和痛觉过敏:动物模型已证实，使用抗NGF抗体或非选择性小分子TrkA抑制剂阻断NGF-TrkA信号可抑制疼痛［8-9］。在一些由创伤造成的神经病理性疼痛的动物模型中，阻断NGFTrkA信号可防止温度性和机械性痛觉过敏。这些动物模型包括慢性挤压损伤［10］、部分神经切断术［11］以及脊髓部分横断模型［12］。

先天性无痛无汗症(CIPA)是由于TrkA基因突变，受体无法与NGF结合，从而导致患者对痛觉感受能力降低［13］。尽管TrkA受体无法与NGF结合，CIPA患者的智力和认知能力通常不受影响［13-14］。

由此看来，阻断NGF-TrkA信号可显著抑制疼痛，并且不会对中枢神经系统造成严重影响。选择性Trk抑制剂或许可以为临床上治疗疼痛提供新方法。

3 NGF导致疼痛和痛觉过敏的机制

疼痛可按其来源被分为感受性疼痛和神经性疼痛。常见的感受性疼痛来源包括烧伤、机械性创伤和炎症。神经性疼痛是由神经系统的创伤或疾病造成的。典型神经性疼痛包括幻肢痛、骨关节炎和糖尿病性神经病。二者都是由相关伤害感受性神经元被激活而引起的。

在创伤和炎症组织中，NGF高表达，且位于伤害感受性神经元上的TrkA受体的激活可通过多种机制引发并加强疼痛信号。

3.1 NGF使TRPV1敏感化TrkA选择性表达于伤害感受性神经元［15］，这些神经元同时表达瞬态电压感受器阳离子通道(TRPV1)［16］。TRPV1是一种非选择性配体门控阳离子通道，能对细胞内或细胞外的机械性、温度性和化学性刺激做出反应。这些刺激导致TRPV1开放，Ca2+内流，使伤害感受性神经元产生动作电位，传导疼痛信号［16］。研究表明，NGF水平在慢性疼痛状态中异常升高［17］，并且主要通过以下两条途径影响TRPV1的功能:(1)创伤或炎症后，NGF表达增加，与伤害感受性神经元上的TrkA受体结合，激活磷脂酶C，降低TRPV1开放阈值，从而使其敏感化［18］;(2)NGF导致TRPV1表达增加［19］，并促进其向胞膜转运［20］。这两条途径都可以降低伤害感受性神经元动作电位产生的阈值。

3.2 NGF引起伤害感受器基因表达的改变从伤害感受性神经元突触末端到胞体的逆向NGF信号可增加多种蛋白质的表达，包括P物质、Nav1．8 Na+通道和脑源性神经营养因子(BDNF)等。这些蛋白质进一步使伤害感受性神经元敏感化，并且促进中枢神经系统中次级神经元的激活［5，8］。

3.3 NGF激活肥大细胞在创伤和炎症状态下，NGF可使肥大细胞敏感化。激活的肥大细胞释放多种疼痛介质，如5-HT、前列腺素、缓激肽、组胺、三磷腺苷(ATP)、H+和NGF本身，从而刺激伤害感受器并增强疼痛反应，形成一个使伤害感受性神经元敏感化的正反馈环路，间接促进疼痛的产生［21］。

3.4 NGF/TrkA诱导神经芽生和神经瘤形成 组织或神经损伤时，NGF可诱导异常神经芽生和神经瘤的形成［22-23］。在神经瘤动物模型中，隔绝NGF的融合蛋白可减少创伤性神经瘤的形成和自发异位放电，从而减轻疼痛［22］。因此，阻断NGF激活TrkA可以在减轻疼痛的同时，阻断感觉和交感神经纤维的病理性重构，而这种病理重构是痛觉过敏的主要驱动力。此研究结果可被应用于存在组织或神经损伤的情况中，如创伤、截肢手术和骨科手术等。

NGF在疼痛中起着关键作用，这为阻断NGF-TrkA信号以减轻疼痛提供了明确的理论依据。因此，选择性Trk抑制剂(至少能抑制TrkA受体)或许可以被应用于疼痛的临床治疗。

4 作用于TrkA受体的药物

4.1 激酶抑制剂

4.1.1 K252a 一种生物碱样化合物，可抑制蛋白激酶。K252a能够抑制NGF介导的TrkA酪氨酸磷酸化，并且对TrkA有高亲和性(KD=3 nM)。K252a不直接干扰NGF/p75信号。在体外实验中，K252a可以有效阻止TrkA信号和NGF介导的神经分化。其IC50为3nM。但K252a的选择性较低，会干扰其他酪氨酸或丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，从而干扰它们的信号通路［24］。因此，缺乏激酶选择性限制了K252a作为止痛药的应用。

4.1.2 Isothiazole 2006年由Pfizer公司报道的高效、高选择性化合物，在生化分析中具有亚纳摩尔级(sub-nanomolar)效能，细胞研究中IC50为7nM［25］。

4.1.3 AZ-23 2009年由AstraZeneca公司报道，具有良好水溶性(100μM)、口服生物利用度以及合适的药代动力学特性，值得进一步研究。对TrkA有很好的选择性，不会结合包括FGFR1、FGFR3、Flt3、Ret、MuSK、Lck、EphA2、IR和JAK2在内的多种其他激酶。细胞分析中，对于TrkA的EC50约为2nM［26］。

4.2 拟肽人工设计合成的肽，相似于能和TrkA受体相互作用的短NGF(5-10个氨基酸)基序，可与NGF竞争TrkA受体。拟肽可以起抑制或激活作用。考虑到镇痛目的，以下仅涉及抑制性NGF拟肽。

4.2.1 单价环状拟肽 C28-35:竞争性结合并抑制TrkA和p75。C92-96:抑制TrkA。IC50为(23．5±16)μM。

4.2.2 1ss Brahimi等［27］通过一个小分子化合物将2个单价拟肽D3连接起来，从而产生NGF拮抗活性。1ss可以阻止NGF与受体的结合以及NGF介导的TrkA信号，其IC50约为5μM。

4.3 小分子抑制剂小分子NGF结合抑制剂非共价地改变神经营养因子表面的静电和分子拓扑结构。所产生的NGF/小分子复合物将失去有效结合TrkA受体的能力。与抗体不同，小分子抑制剂可以被口服，给药更为方便。

4.3.1 ALE0540(Allelix Biopharmaceuticals Inc．，Mississauga，ON，加拿大)NGF TrkA受体的非肽类拮抗剂，结合并改变NGF，可抑制NGF与TrkA和p75的结合，也可抑制TrkA受体介导的信号转导。其IC50为(3．72±1．3)μM［28］。

4.3.2 PD90780(Parke-Davis Pharmaceuticals，Ann Arbor，MI，美国)结合并改变NGF，阻止NGF与TrkA结合。其IC50为1．8μM［29］。

4.3.3 Ro08-2750 结合并改变NGF。其 IC50为86μM［30］。

4.3.4 Y1036 结合并改变NGF，并且可与BDNF、NT3、NT4/5等多种神经营养因子结合。其IC50为5．7μM［31］。

4.4 TrkA单抗MNAC13来源于鼠的针对TrkA的单克隆抗体，可有效减轻疼痛反应，这些疼痛包括炎性疼痛和神经病理性疼痛。其作用在体外和体内实验中均得到证实［32］。MNAC13可阻断NGF与TrkA之间的相互作用，并且对TrkA具有特效性，不会结合其他Trk受体［33］。此外，MNAC13还可增强阿片的镇痛作用［34］。

5 总结与展望

创伤(包括医源性创伤，如手术)和慢性疼痛有很大的相关性。手术和创伤是引起慢性疼痛的重要原因，而这种持续性疼痛成为了影响患者疾病预后、生活质量和心理状态的重要因素。在创伤的治疗中，有效控制疼痛是一个关键环节，可减少并发症，降低死亡率。虽然创伤后的急性疼痛可用阿片类镇痛药控制，但临床上对于长期慢性疼痛的治疗依然非常困难。TrkA抑制剂或许可以为有效控制创伤后的慢性疼痛提供新的解决方案。

为了使TrkA抑制剂的疗效最大化，需要进一步确认哪种疼痛是由NGF驱使并维持的。如TrkA阳性纤维主要支配内脏、肌肉和骨骼［35-37］，而TrkA阴性纤维主要支配皮肤［37］。由此可以推测，抑制NGF-TrkA信号对于控制内脏性疼痛将更加有效。还需要理解在疾病的哪个阶段，应用TrkA抑制剂最有效。如在临床前实验中，抗NGF抗体并不能有效抑制骨折发生后数秒至数分钟内的疼痛，却能使骨折24h后的疼痛减轻程度＞50%［38］。这表明抑制NGF-TrkA信号对于控制骨折数小时至数天后的疼痛更为有效。除了要确定阻断NGF-TrkA的镇痛效果外，还需明确涉及到针对TrkA治疗安全性的问题，包括:(1)对于正常自主和感受性神经元结构和功能的影响;(2)在正常或创伤状态下通过胎盘或血脑屏障的能力，以及由此引起的对中枢神经系统的影响;(3)使用强效止痛药后，患者行为方式以及对受伤肢体或衰退器官使用情况的改变等。

临床上对于开发新颖有效，且不会对心血管、胃肠道或中枢神经系统造成严重不良影响的镇痛药有着极大需求，目前人们已经意识到NGF及其受体在成人疼痛机制中起着关键作用，这为开发出具有靶向性的新型镇痛药提供了新的临床思路。

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