内皮素轴与癌痛的研究进展

唐轶繤　黄　东

中南大学湘雅三医院麻醉科，湖南长沙410013

内皮素轴与癌痛的研究进展

唐轶繤黄东▲

中南大学湘雅三医院麻醉科，湖南长沙410013

癌痛严重影响癌症患者生存质量。由于癌痛发生机制多样化及阿片类药物的局限性，癌痛效果仍不佳，所以亟待寻找新的治疗靶点。现已制备大量成熟的癌痛模型，为癌痛机制研究提供良好的平台。内皮素轴包括内皮素及其受体。大量研究表明，在癌痛的发生发展中，内皮素通过激活内皮素受体而介导癌痛，且各种内皮素受体阻断剂干预癌痛的作用也得到了证实。同时，瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）在内皮素轴介导的癌痛中发挥重要作用，因此内皮素轴及TRPV1可能成为癌痛治疗新靶点。

内皮素-1；内皮素受体；癌痛；瞬时受体电位香草酸亚型1

随着癌症治疗的进步，大部分的癌症患者延长了生命，虽然生存率增加，癌症相关疼痛却长期存在，甚至癌症治愈后，慢性的癌痛仍旧持续。尤其是癌症晚期，70%～90%的癌症患者经历中重度疼痛。由于癌痛发生机制多样化、现有治疗方式的局限性及阿片类药物的副作用，癌性疼痛的管理仍是一个挑战。因此亟待寻找新的靶点治疗癌痛。目前，大量研究表明内皮素轴（内皮素及其受体）在癌痛的发生发展中起重要作用。本文阐述内皮素轴在癌痛中的作用及TRPV1如何参与内皮素介导癌痛，为癌痛治疗提供新思路。

1　内皮素的生物特性

内皮素是天然的多肽家族，具有促进生长、血管活性、致伤害性疼痛等作用，可导致组织及系统（如呼吸、循环、感觉、内分泌、中枢神经系统）功能改变。内皮素-1（ET-1）最初被内皮素细胞分泌而命名。随后发现在血管平滑肌细胞、粒细胞、血管系膜细胞、神经元、巨噬细胞等细胞中也分泌ET-1。除ET-1外，内皮素家族还包括内皮素-2（ET-2）、内皮素-3（ET-3）、白皮素-4（ET-4）。其中，以ET-1分泌最多。它们在结构上类似，但由不同的基因在不同的组织中转录翻译而成。

内皮素或其激动剂通过激动内皮素受体（ETA和ETB受体，均为G蛋白偶联受体）发挥作用。人类ETA、ETB受体存在51%同源氨基酸序列，而跨膜区域的蛋白同源性更高。这些G蛋白偶联型受体的选择性很大程度上由第二至第五个跨膜结构域决定。ETA受体在血管平滑肌细胞中大量表达，激动时，使钙离子内流，致平滑肌长时间收缩。ETB受体主要在内皮细胞上表达，可激活一氧化氮（NO）释放，致平滑肌细胞舒张。然而，在心脏组织，ETA受体也存在于血管内皮细胞中，介导细胞内Ca2+的升高，而在胃中，ETB受体在平滑肌细胞中表达，可介导其收缩。尽管这些受体通常独立地在特定的组织中分布，但ETA和ETB受体也在血管平滑肌细胞、星形胶质细胞，脉络丛上皮细胞、垂体前叶和心脏内皮细胞上共同表达。ETA、ETB受体对不同的配体显示出不同的选择性。ETB受体与ET-1、ET-2和ET-3有相等的亲和力，而ET-1与ETA受体结合力最强，ET-2次之，ET-3最弱。

2　内皮素轴与癌痛

现有的癌痛模型多通过将不同类型的癌细胞注射至骨或者软组织中来制备，这些模型表现出与人类癌痛高度的相似性。黄东等［1］采用鼠源性Lew's肺癌细胞接种至小鼠股骨来制备癌痛模型，该模型重现性好，与人类骨癌痛表现相似，是成熟的骨癌痛研究平台。通过将纤维肉瘤细胞接种至小鼠跟骨［2］及通过将溶骨性肉瘤细胞（2472）接种至股骨骨髓腔制备的癌痛小鼠［3］均表现出自发性疼痛和触诱发痛。同样，通过接种鳞状细胞癌细胞（SCC，HSC-3细胞线）、黑色素瘤（WM164细胞），或具有高度侵袭性和转移性小鼠黑色素瘤（B16-BL6）细胞至小鼠足底软组织制备的癌痛模型表现出触诱发痛。在纤维肉瘤骨癌痛小鼠上，骨破坏发生于在触诱发痛发生之前，而冷痛觉过敏则发生于之后。在伴随肿瘤的发展而出现的癌痛中，已证实ET-1与内皮素受体发挥重要作用［3］。

2.1内皮素与癌痛

ET-1浓度与癌痛密切相关。纤维肉瘤癌痛小鼠的荷瘤肢体内ET-1浓度是健侧肢体的4.8倍，且通过微灌流技术检测到肿瘤内的ET-1量为健侧肢体的2.5倍［4］。免疫组织化学显示，离体培养的2472肉瘤细胞ET-1水平较高。相比于对照组，肉瘤小鼠血浆中ET-1水平增加了约5倍［5］。小鼠后肢足底接种转移性黑色素瘤细胞后，组织中内皮素的浓度随时间的推移而升高。触诱发痛程度与皮肤中的黑色素瘤产生ET-1的水平之间有直接的关系［6］。尽管肿瘤体积小于黑色素瘤肿瘤，但鳞状细胞癌小鼠肿瘤微环境中表达ET-1的mRNA及ET-1浓度均较高，且触诱发痛表现更为明显。因此，在该模型中，相比于肿瘤体积，ET-1的浓度在癌痛中作用更重要［7］。另有研究证实，将跟骨肿瘤细胞及前列腺癌细胞（PPC-1）接种至小鼠后足皮下所致的肿瘤局部注射不同剂量的ET-1，均会使小鼠产生急性疼痛表现［4，8］。

肿瘤附近组织中的初级传入伤害性感受器的敏化可能有助于慢性疼痛和痛觉过敏的产生。在肿瘤的生长过程中，C型伤害性感受器的电生理特性发生改变。痛觉过敏小鼠初级传入纤维电生理记录结果显示邻近跟骨肿瘤附近1/3的C型伤害性感受器存在自发性活动［9］。Hamamoto等［10］发现纤维肉瘤荷瘤小鼠肢体中80%C型伤害感受器有存在持续性活动，这提示癌痛小鼠存在机械痛敏。其中14%的C型伤害感受器表现出持续性爆发式活动，类似于注射ET-1而诱导的C型伤害感受器爆发式电活动。鉴于完整的C型伤害感受器自发放电与神经性和炎症性自发性疼痛有关且已知这种爆发式的自发性活动可敏化二级感觉神经元，那么这些变化有助于对骨癌和骨转移癌的持续性疼痛研究。

注射BQ-123能降低但不能完全消除荷瘤小鼠C型伤害感受器的自发活性。荷瘤小鼠热敏感C型伤害感受器的热阈值较正常小鼠低5℃，且每个热刺激（35～51℃）诱发C型伤害感受器产生更多数目动作电位［10］。纤维肉瘤的小鼠的这种水平敏化类似于对注射ET-1后C型伤害感受器的改变。注射BQ-123能降低感受区热刺激C型伤害感受器产生的电脉冲。这些电生理学证据证明内源性ET-1使C型伤害感受器发生改变，且这种变化导致疼痛的产生。

2.2内皮素受体与癌痛

现多使用内皮素受体拮抗剂来确定内皮素受体在癌痛中的作用。ETA受体拮抗剂ABT-627能抑制在溶骨性肉瘤小鼠自发性疼痛或运动诱发疼痛。在癌细胞接种后第6～14天，甚至在肿瘤发展后期给药，均能有效抑制疼痛［11］。在瘤体最大时期（接种第32天），后足脚掌注射高选择性ETA受体拮抗剂BQ-123，也能有效抑制触诱发痛［12］。ETA受体通过表达在初级传入伤害感受器上或邻近初级传入伤害感受器的非神经元细胞上来影响疼痛。多种外周组织中的非神经元细胞类型（免疫细胞，角质形成细胞和内皮细胞）上的ETA活化可导致能调制伤害感受的神经活性介质释放。Stosser等［13］使用外周伤害感受器ETA受体基因敲除小鼠（ETA-/-小鼠）来证明外周伤害感受器上ETA受体在肿瘤所致痛觉过敏中的作用。将肺癌细胞接种至ETA-/-小鼠和同窝对照小鼠的后爪皮下，尽管肿瘤生长程度类似，但ETA-/-小鼠机械痛敏和热痛觉过敏显著降低。皮下注射BQ-123至荷瘤肢体的爪子上能减少热痛觉过敏，药物失效后会导致高水平的痛觉过敏。以上这些研究表明，位于伤害感受器上ETA受体介导肿瘤的所致疼痛。

而ETB受体介导癌痛中镇痛。ETB受体拮抗剂A-192621（腹腔注射）能加剧自发痛和触诱发痛，但不改变溶骨肉瘤荷瘤小鼠的缩足行为［14］。接种鳞状细胞癌细胞小鼠的瘤内注射ETB受体激动剂BQ-3020能持续3 h地减轻50%触诱发痛，而注射后阿片受体拮抗剂能瞬时逆转的ETB受体激动剂诱导的镇痛作用［15］。此外，口腔鳞状细胞癌细胞培养基中加入ETB受体激动剂后，细胞分泌β内啡肽含量显著增加。以上结果提示，鳞状细胞癌细胞产生大量ET-1，作用于ETB受体，致内源性β内啡肽分泌增加。这些内啡肽物质作用于肿瘤微环境中的阿片类受体，从而产生镇痛作用。作为ET-1清除的关键途径之一，ETB受体表达下调是包括前列腺癌和结直肠癌在内不同类型癌症的特征［16］。

在鳞状细胞癌骨瘤小鼠中，ETA受体拮抗剂BQ-123调节ETB受体介导的阿片镇痛机制［15］。且肿瘤内注射μ-阿片或δ-阿片拮抗剂能瞬时逆转由局部注射BQ-123所致的镇痛作用。鳞状细胞培养基中加入BQ-123可增加了阿片样受体激动剂β-内啡肽和Leu-脑啡肽的分泌。但现不能确定这种ETA受体拮抗剂作用于阿片样系统是否也见于所有的拮抗剂或者其他类型的肿瘤。

3　ET-1调节伤害性感受器上的瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）的活性而致痛

TRPV1是TRPV成员家族之一，主要表达在无髓鞘的C型伤害感受器的非选择性阳离子通道上。其主要分布在外周感觉神经元中，高表达于三叉神经节、背根神经节及迷走神经的小直径和中等直径感觉神经元中，与疼痛及其传导密切相关。TRPV1作为一种伤害性感受器，可被内外源性物理和化学刺激激活，例如香草酸、质子（pH＜6.8）和伤害性高温（＞43℃）。激活后，通道开放，阳离子（主要是钠离子和钙离子）从胞外流入胞内，引起细胞内外电荷失衡，从而产生一系列生物学效应。在癌痛情况下TRPV1的表达水平上调，因此阻断TRPV1的药物有可能成为缓解癌痛的新药。

Motta等［17］发现TRPV1受体阻滞剂抗辣椒碱能有效地降低不同剂量ET-1诱发的热痛觉过敏，这提示TRPV1受体参与热痛觉过敏形成。免疫组化显示，大约有一半表达TRPV1的脊髓背根神经元ETA受体［18］。ETA受体的激活增强辣椒素所致离体小鼠脊髓背根神经元内钙浓度的增加。这种效果是通过ETA受体激活蛋白肌酶ε（PKCε），反过来使TRPV1磷酸化导致的。PKCε是PKC的一种异构体，能被二酰甘油（DAG）而不是Ca2+激活。ET-1也能不依赖TRPV1而增强细胞内钙离子浓度，但能尚不明确钙浓度增高如何影响TRPV1的效应。此外，将ET-1应用至表达TRPV1伤害感受器上所致的DAG的产生及PKCε由胞浆至细胞膜的移位这一级联反应并未有研究报道。Kawamata等［19］发现在TRPV1基因敲除小鼠上，不同剂量ET-1诱导的舔足，退缩和撕咬行为减退，而相对非选择性PKC抑制剂却无此效果，这意味存可能在一个独立的PKC-TRPV1途径。蛋白肌酶A（PKA），钙调蛋白激酶Ⅱ和磷脂酰-4，5-双膦酸盐可调节TRPV1活性，因此可被认为是调节ET-1作用于TRPV1潜在的酶。然而，鉴于ET-1作用于离体脊髓背根神经元后，细胞内cAMP水平并未增加，因此PKA可能不会涉及上述调节中。

应该指出的是，ETB受体与TRPV1在HEK293细胞中的异源表达表明ETB也能够有效地增强TRPV1反应［20］。这种效果并未在DRG神经元复制出来，因为ETB通常不表达于这些细胞上［21］。但在三叉神经节上，ETA和ETB确实在表达TRPV1的小直径非髓鞘纤维上共同表达，其中它们都似乎参与热痛觉过敏的发生。

在小鼠中，TRPV1参与ET-1诱导的疼痛样行为和热痛觉过敏。然而，PKC介导ET-1诱导的热痛觉过敏，而伤害性感受却不依赖PKC产生［19］。在大鼠中，TRPV1不参与介导的急性伤害性感受，但涉及机械异常性疼痛和热痛觉过敏［22］。ETA受体介导ET-1增强辣椒素所致明显疼痛，而ETA和ETB受体介导ET-1的增强辣椒素诱导热痛觉过敏的产生。

4　小结

现已明确内皮素轴在癌痛中扮演重要角色。然而，内皮素致痛的机制并未得到充分地说明。尽管ETA受体介导疼痛，ETB受体介导镇痛［23］。但两者可同时表达在同一种感觉神经元（如脊髓背根神经元细胞）上，非感觉神经元（如胶质细胞、角质细胞）上［23-24］。因此内皮素受体之间相互作用及其导致疼痛的通路更待更进一步研究。鉴于TRPV1在细胞膜表面的表达水平升高而使得癌痛更易产生，针对TRPV1具有高亲和力的特异性拮抗剂或者激动剂，可以作为治疗癌痛的新药物。但临床试验中，全身应用TRPV1拮抗剂会产生体温过高的不良反应，这限制了此类拮抗剂的全身应用，局部应用仍具有治疗价值［25］。随着TRPV1功能及调节的机制的进一步阐明及针对TRPV1药物的进一步研发，这种方法将来可能有助于医生帮助患者选择性地减轻患者癌痛，而不会出现成瘾等副作用。

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Research progress on the endothelin axis and cancer pain

TANG YixunHUANG Dong▲
Department of Anesthesiology，the Third Xiangya Hospital of Central South University，Hunan Province，Changsha 410013，China

Cancer patients often suffer pain.Because of the limitations of opioid drugs and the diverse mechanisms of cancer pain，the treatment is still poor.So it is urgent to find new therapeutic targets.There are many animal models of cancer pain which provides a platform for the study of mechanism in cancer pain.Endothelin axis includes endothelins and endothelins receptors.A lot of studies show that endothelins，activating endothelin receptors，mediate cancer pain and the effects of the blockers of endothelins receptors on cancer pain are confirmed.Meanwhile，the transient receptor potential cation channel subfamily V member 1 is involved in endothelin axis mediating cancer pain.Therefore endothelin axis and TRPV1 may be a new targets for cancer pain.

Endothelin-1；endothelin receptors；Cancer pain；Transient receptor potential cation channel subfamily V member 1

R738

A

1673-7210（2015）05（c）-0033-04

2015-02-04本文编辑：苏畅）

国家自然科学基金资助项目（81172546）。