钠通道Nav1.7与疼痛关系的研究进展

梁晓南, 俞 纲, 郑志兵, 苏瑞斌

(1. 广西医科大学药学院, 广西 南宁 530021; 2. 军事医学科学院毒物药物研究所抗毒药物与毒理学国家重点实验室, 北京 100850)

钠通道Nav1.7与疼痛关系的研究进展

梁晓南1,2, 俞 纲2, 郑志兵1,2, 苏瑞斌1,2

(1. 广西医科大学药学院, 广西 南宁 530021; 2. 军事医学科学院毒物药物研究所抗毒药物与毒理学国家重点实验室, 北京 100850)

电压门控型钠离子通道(NaV1.1～NaV1.9)在细胞兴奋的产生和维持过程中具有重要作用，其中NaV1.7亚型主要分布于外周初级感觉神经元和交感神经节神经元。编码NaV1.7的SCN9A基因功能增强导致先天性神经痛，而功能缺失则导致无痛症，但并不影响运动、认知和心跳。NaV1.7与一些疼痛治疗药物的作用机制相关，选择性NaV1.7阻断剂具有镇痛作用。因此，NaV1.7已成为疼痛治疗的潜在靶标。本文就NaV1.7与疼痛的关系进行综述。

电压门控钠离子通道; NaV1.7; 疼痛; 镇痛

电压门控型钠离子通道(voltage-gated sodium channel, VGSC)是细胞兴奋性的基础，在生物体内具有广泛的分布。VGSC的表达异常可能与炎性痛、神经病理性痛和癌痛等多种慢性痛的发病机制相关[1-4]。利多卡因等非选择性钠通道阻断剂可以缓解疼痛。近年来的研究还发现，钠通道NaV1.7是感受器神经元兴奋的主要参与者，与3种人类先天性疼痛异常疾病相关。NaV1.7发生功能增强型突变可导致严重的先天性神经痛，而该通道缺失则导致痛觉感受消失[5]。NaV1.7现已成为疼痛治疗重要的潜在靶点，本文就NaV1.7与疼痛关系的研究进展作一综述。

1 钠通道的结构与分类

VGSC由α和β亚基构成，根据α亚基的不同VGSC可分为9个亚型(NaV1.1～ NaV1.9)[6]。根据能否被纳摩尔级的河豚毒素(tetrodotoxin, TTX)阻断，VGSC又分为TTX敏感型(TTX-sensitive,TTX-S)和TTX不敏感型(TTX-resistant, TTX-R)。在神经系统中，分布于外周感受器中的NaV1.8和NaV1.9属于TTX-R型钠通道；而主要分布于脊髓背根神经节(dorsal root ganglion, DRG)的NaV1.7则属于TTX-S型钠通道。有证据表明，这些钠通道亚型都参与疼痛信息的传递。VGSC亚型都由一条多肽长链(1700～2000氨基酸)折叠成4个同源区域(DⅠ～DⅣ)，其中DⅢ和DⅣ区域的连接体与通道失活特性相关。每个同源区域都由6个跨膜蛋白组成(S1～S6)[7]。带有正电荷的S4区域，是电压感受区域，当膜电压发生改变时，该区域向胞外移动，使离子通过。每一个同源区域的S5和S6跨膜片段中间都有一个P环，P环沿着离子通过的孔道排列，与通道的离子选择性有关。大部分钠通道阻断剂都作用于孔道内部，特别是DⅣ区域的S6(D4S6)片段残基。这个结合位点在各亚型VGSC中高度保守，使得药物对VGSC亚型选择性难以实现。近年来研究发现，有些小分子化合物或肽类通过结合S4电压感受区域可产生相对较好的NaV1.7亚型选择性[8]。

2 NaV1.7的生物学特性

初级感觉神经元感受到外界刺激并将刺激的种类、位置和强度传递到中枢神经系统。因此，初级感觉神经元对机体感受外界信息非常重要。这些神经纤维的细胞体位于脊髓外DRG中，通过不同的机制将热、机械和化学等刺激转变为感受器电位从而在初级神经元中产生动作电位，动作电位通过DRG传递到脊髓二级感觉神经元中[9]。NaV1.7主要集中分布于DRG和交感神经神经节中，同时也在与伤害性刺激密切相关的传入神经纤维Aβ纤维和C纤维中表达[10]。与其他TTX-S 钠通道相比，NaV1.7具有慢关闭态失活和缓慢复活的特性，这使NaV1.7对低频放电的C纤维影响较大。更为重要的是，NaV1.7失活特性可使该通道产生斜坡电位，继而对小的慢去极化作用产生反应，因而增加了细胞膜电位达到阈值而产生动作电位的可能性[11]。NaV1.7对斜坡电位刺激产生反应的特性，会增加神经元对刺激的去极化水平，使信号扩大，激活伤害性感受器，提高对刺激的敏感性。这使它可以作为阈值通道对疼痛信号的放大起重要作用[12]。

3 NaV1.7在疼痛中的作用

3.1动物模型研究在角叉菜胶和完全弗氏佐剂(complete Freund′s adjuvant, CFA)诱导的炎性痛模型中，NaV1.7蛋白或mRNA表达增加，而且这些改变主要发生在DRG神经元或传入神经元中[13-14]。在角叉菜胶炎性痛模型中还同时检测到DRG神经元中TTX-S电流增加。炎性痛小鼠经电针治疗后NaV1.7蛋白表达下降，同时L3～L5DRG中TTX-R电流幅度减小，热痛敏和机械痛敏缓解[15-16]。在大鼠糖尿病神经痛模型中，NaV1.7蛋白表达增加，敲减DRG中的NaV1.7可使动物热痛敏、机械痛敏及冷痛觉超敏得以缓解[17]。在小鼠脊神经结扎(spinal nerve ligation, SNL)模型中L5DRG中包括NaV1.7在内的大部分VGSC表达量下降，而L4DRG中的VGSC表达量基本不变。坐骨神经分支损伤(spared nerve injury, SNI)模型中，大部分受损DRG中NaV1.7表达量下降[18]。不同模型中DRG NaV1.7表达的差异可能与神经损伤部位的差异有关。小鼠SNL模型L5DRG损伤而L4DRG未受损伤；小鼠SNI模型受损与未受损的神经纤维可交错投射到同一DRG中，受损神经可能直接影响L3/L4DRG，而未受损的腓肠神经胞体可能分布在L4/L5DRG。另外，大小鼠生理结构也有所差异，一般认为大鼠SNL损伤主要影响L4/L5节DRG[18]。近期的研究还发现，DRG和交感神经节中的NaV1.7分别参与不同类型的疼痛信息传递。条件性敲除小鼠DRG中的NaV1.7后，基础机械痛阈和热痛阈显著升高，同时4%甲醛引起的炎性痛也得以缓解[16]；而条件性敲除小鼠DRG中共表达NaV1.8神经元中的NaV1.7后，小鼠对有害的冷刺激和机械刺激反应下降但对有害热刺激的反应保持正常。敲除小鼠全部初级神经元中的NaV1.7，小鼠的机械痛和炎性痛减轻，但不影响脊神经横断(spinal nerve transaction, SNT)所致的神经病理性痛。同时敲除初级神经元和交感神经元中的NaV1.7，才能使所有的痛觉感受全部消失，出现与人类先天性无痛症(congenital indifference to pain, CIP)相似的症状[19]。这些结果说明，NaV1.8神经元上的NaV1.7介导有害机械刺激反应、炎性热痛和机械痛敏。初级感觉神经元和交感神经节神经元上的NaV1.7共同介导了神经病理性痛和有害热刺激引起的疼痛信息传递。DRG中NaV1.7在疼痛信号中的作用包括：① 增加神经元去极化水平从而使NaV1.8开放并将有害刺激信号放大并传递到脊髓；② 传递动作电位，使外界的有害刺激转化成疼痛信号传递到脊髓[20-21]；③ 通过调节神经递质的释放，如P物质等影响疼痛[22]。

3.2 人类相关疾病研究先天性VGSC异常可导致多种神经肌肉疾病，但长期以来没有痛觉相关疾病报道。2004年在中国的2个家庭中发现了原发性红斑性肢痛症(inherited erythromelalgia, IEM)，该病的发生与编码NaV1.7的SCN9A基因突变相关[23]。从此，一些SCN9A基因突变型被相继发现，其中一部分突变型可导致阵发性肢痛症(paroxysmal extreme pain disorder, PEPD)[24]。2006年Cox等[25]还发现NaV1.7功能缺失会导致CIP。

3.2.1 NaV1.7与IEMIEM患者早期症状主要表现为由升温或者运动产热引起的烧灼样疼痛，疼痛发生的频率和严重程度随着年龄的增长而增加，每次发作的时间从数分钟到数小时不等[26]。全细胞电压钳研究表明，所有的IEM突变型都使NaV1.7的激活阈值降低。其中一些突变亚型会通过增加NaV1.7对斜坡电流的反应等多种改变而增加DRG神经元的兴奋性。电压依赖性激活发生改变会使NaV1.7的窗电流增加，还可能会改变静息膜电位(resting membrane potential, RMP), 使RMP向去极化方向移动，从而降低全或无动作电位产生的电流阈值，增强神经元活性[27]。

3.2.2 NaV1.7与PEPDSCN9A基因突变还与另一种疼痛异常疾病PEPD相关，这是一种家族式的直肠痛。非选择性VGSC阻断剂对IEM患者的疗效并不明显，但PEPD患者接受卡马西平治疗后自发痛和诱发痛几乎可以完全消除[24-28]。研究表明，卡马西平通过结合失活的VGSC而产生使用依赖性的抑制作用，增加失活通道，稳定通道的失活状态，可对失活状态受损的PEPD突变型NaV1.7有效。而IEM突变型NaV1.7兴奋性增加不是由于通道的失活特性改变，所以卡马西平对IEM患者的突变型通道无效[29]。

3.2.3 NaV1.7与CIP当SCN9A 基因出现无义突变或错义突变，NaV1.7蛋白完全失去功能会导致CIP。这些患者通常感受不到任何来自躯体的疼痛。尽管NaV1.7在交感神经节中有表达，CIP患者却没有出现运动、认知或心脏功能障碍[30]。NaV1.7完全消失不损伤其他的初级感觉，这说明NaV1.7与其他VGSC功能相对独立。虽然NaV1.7的作用不能被其他VGSC取代，但特异性表达在初级感觉神经元中的NaV1.8和NaV1.9可能会有一定的补偿作用。其他VGSC亚型对交感神经节神经元中缺失的NaV1.7进行补偿可能是CIP患者正常自主功能得以维持的原因[29]。

4 NaV1.7相关药物研究与开发

研究发现，一些癫痫和惊厥治疗药物，如加巴喷丁(gabapentin)和卢非酰胺 (rufinamide)的镇痛作用都与NaV1.7相关。加巴喷丁(每天50 mg·kg-1, iv)连续注射1周有效缓解糖尿病大鼠的热痛觉过敏和机械痛超敏，镇痛的部分机制与降低DRG中NaV1.7的表达相关[31]；卢非酰胺(50 mg·kg-1,po)对手术所致SNI小鼠模型机械痛超敏有较好的治疗作用。电生理结果显示，卢非酰胺有效减少NaV1.7峰电流，使NaV1.7稳态失活曲线向超极化方向移动，并延长NaV1.7从快失活中恢复的时间，可依赖性地抑制NaV1.7[32]。特异性NaV1.7阻断剂是当前靶向钠通道的镇痛药物研发的热点。2012年，阿斯利康公司申请专利的小分子化合物AZD3161对NaV1.7的IC50是66 nmol·L-1，对大鼠可产生剂量依赖性的镇痛作用，在49 mg·kg-1剂量下产生明显的镇痛效果。药代动力学研究表明，AZD3161大鼠口服生物利用度为44%，半衰期为4.8 h[33]。靶向NaV1.7的单克隆抗体SVmab1对NaV1.7的IC50为30.9 nmol·L-1。该抗体使通道的电压依赖性激活向去极化方向移动，减小NaV1.7的峰电流，剂量依赖性地减少甲醛溶液引起的小鼠疼痛反应。动物实验表明，SVmab1 (10和50 mg·kg-1, iv)可有效降低压迫损伤造成的大鼠神经病理性痛模型的机械痛觉超敏，药效长达24 h[34]。天然产物中也存在亚型选择较好，毒性作用较小的NaV1.7阻断剂。蜈蚣毒素μ-SLPTX-Ssm6a对NaV1.7的选择性高于其他亚型百倍以上，IC50≤25 nmol·L-1。小鼠实验中能剂量依赖性(1, 10和100 nmol·kg-1)地减少4%甲醛所致的一相和二相疼痛反应。在小鼠醋酸扭体和热板模型上，μ-SLPTX-Ssm6a(100 nmol·kg-1)的药效与等摩尔剂量的吗啡相当甚至更优，同时10倍镇痛剂量不影响小鼠的血压、心率和运动功能[35]。

5 结语

神经病理性痛和炎性痛动物模型中，NaV1.7蛋白或mRNA的表达发生显著变化。人类发生NaV1.7功能增强型突变引发异常疼痛；而NaV1.7功能缺失则导致CIP疾病。干预NaV1.7表达可不同程度地缓解或消除动物的疼痛行为；给予NaV1.7选择性抑制剂可产生镇痛作用。同时研究还表明，以NaV1.7为靶点的药物毒副作用较小。综上所述，NaV1.7参与了多种疼痛的形成与维持，目前已经成为镇痛药物研发的重要靶点。

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(本文编辑: 乔 虹)

Relationships between sodium channel NaV1.7 and pain

LIANG Xiao-nan1,2, YU Gang2, ZHENG Zhi-bing1,2, SU Rui-bin1,2

(1.PharmaceuticalCollege,GuangxiMedicalUniversity,Nanning530021,China; 2.StateKeyLaboratoryofToxicologyandMedicalCountermeasures,InstituteofPharmacologyandToxicology,AcademyofMilitaryMedicalSciences,Beijing100850,China)

Voltage-gated sodium channels (NaV1.1-NaV1.9) play important roles in the generation and maintenance of electrical excitability. NaV1.7 is preferentially expressed in peripheral somatic sensory neurons and sympathetic ganglion neurons. In humans, gain-of-function mutations of SCN9A gene, which encodes NaV1.7, cause inherited neuropathic pain, whereas loss-of-function mutations result in a congenital indifference to pain without motor, cognitive and cardiac deficits. The effects of some analgesics are associated, at least in part, with the NaV1.7 and selective NaV1.7 inhibitors have also been demonstrated to be analgesic in animal models. NaV1.7 has emerged as a potential target for the treatment of pain.Key words: voltage-gated sodium channel; NaV1.7; pain; analgesia

SU Rui-bin, E-mail: ruibinsu@126.com, Tel: (010)66931607; YU Gang, E-mail: yg1st@163.com, Tel: (010)66931621

国家“重大新药创制”科技重大专项(2012- ZX09301003-001)

梁晓南(1990-)，女，硕士研究生，主要从事神经精神药理学研究，Tel: (010)66931621，E-mail: liangxiaonan1990@163.com; 俞 纲(1978-)，男，博士，助理研究员，主要从事神经精神药理学研究; 苏瑞斌(1973-)，男，研究员，博士生导师，主要从事神经精神药理学研究。

苏瑞斌, E-mail: ruibinsu@126.com, Tel: (010)66931607；俞 纲, E-mail: yg1st@163.com, Tel: (010)66931621

Foundation item: The project supported by National Science and Technology Major Project of Original New Drug Research of China (2012ZX09301003-001)

2014-12-15 接受日期: 2015-01-20)

R966

A

1000-3002(2015)02-0297-05

10.3867/j.issn.1000-3002.2015.02.018

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