MicroRNA在神经病理性疼痛中的作用

李肇端，周　汾，余剑波

综述

MicroRNA在神经病理性疼痛中的作用

李肇端，周汾，余剑波

MicroRNA(miRNA)是一类进化上保守的非编码小分子RNA，具有在翻译水平调控基因表达的功能，目前已成为许多疾病包括肿瘤和心血管疾病的重要生物学标志物和调节因子。最近越来越多研究显示microRNA在各种神经病理性疼痛中扮演重要角色，如中枢敏化、调控疼痛基因等。本文综述miRNA作为疼痛疾病的一种微型介质，生物学标志物以及可能的治疗靶点在神经病理性疼痛中的作用。

microRNA;神经病理性疼痛;中枢敏化;生物学标志物

典型的神经病理性疼痛如带状疱疹后遗神经痛等，降低了患者生活质量。近几年，关于神经病理性疼痛的分子生物学机制以及疼痛慢性化的病因的研究均取得一定的进展。最近研究证实小的具有调控功能的非编码RNAs即microRNA（miRNA）在动物实验和临床研究中扮演着调节疼痛传导的重要作用，而功能性在体研究也发现，microRNA的失调贯穿疼痛的形成和持续过程中。本文综述miRNA作为疼痛疾病的一种微型介质、生物学标志物以及可能的治疗靶点在神经病理性疼痛中的作用。

1　MicroRNA结构和功能

MicroRNA(miRNA)是一类进化上保守的非编码小分子RNA，具有在翻译水平调控基因表达的功能，目前已成为许多疾病包括肿瘤和心血管疾病的重要生物学标志物和调节因子。microRNA基因通常是在核内由RNA聚合酶II(polII)转录的，最初产物为大的具有帽子结构(7MGpppG)和多聚腺苷酸尾巴的发夹状转录前体RNAs(pri-miRNAs)。pri-miRNAs在核酸酶Drosha和其辅助因子Pasha的作用下被处理成70个核苷酸组成的pre-miRNA。RNA-GTP和exportin 5将pre-miRNA输送到细胞质中，随后，另一个核酸酶Dicer将其剪切产生约为22个核苷酸长度的miRNA双链[1]。这种双链很快被引导进入沉默复合体复合体中，其中一条成熟的单链miRNA保留在这一复合体中[2]。

目前，miRNA作为正常细胞内稳态的重要微型调节介质，而miRNA失调则会导致一系列疾病，如肿瘤、心血管疾病以及神经退行性疾病[3]。近年来许多学者发现，miRNA与疼痛具有相关性，研究主要集中在独立的miRNA在各种疼痛疾病中的作用，以及观察敲除或者模拟miRNA是否具有有潜在的治疗作用[4]。此外，miRNA作为一系列疾病包括疼痛性疾病的诊断工具已逐渐用于确定患者是否会发展为慢性疼痛性疾病等。

2　疼痛的分子机制以及microRNAs的作用

2.1外周和中枢敏化蛋白表达的改变是外周伤害性和中枢神经元长时程超兴奋形成的一个主要特征，其可以导致慢性疼痛[5]。因此，不管是外周还是中枢神经，此进程均易受miRNA的调节。在外周，免疫细胞与角化细胞释放的炎性介质如前列腺素E2(PGE2)、白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、生长因子如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GMCSF)、神经生长因子（NGF）、神经肽如降钙素基因相关肽(CGRP)、P物质和组胺均参与痛觉增敏的形成[6]。这些炎症因子激活多种基因通路，包括MAPK3和JAK-STAT信号转导通路，同时激活许多下游酶，包括碱性磷酸酶C和磷脂酰肌醇3激酶引起磷酸化，转录伤害性分子如瞬态感受器电位阳离子通道(TRPV1)和Nav1.8通道，最终导致伤害性传入纤维Aδ和C类纤维的过度兴奋[5]。

中枢敏化是由突触可塑化，神经胶质细胞激活，信号传导阈值下降以及内源性调节减少所造成[7]。第一级神经元和脊髓神经元之间的兴奋性突触传递主要有神经递质谷氨酸和一些神经调节因子如CGRP和脑源性神经营养因子。相应地，突触后谷氨酸受体在伤害性刺激后的调节突触传递中起重要作用。脊髓功能的改变包括突触的长时程增强，脊髓背根神经节(DRG）的过度兴奋或者脊髓后角的过度兴奋，均可导致疼痛敏感度增加。

2.2MicroRNA调控疼痛基因目前认为，60%的哺乳动物基因是以miRNA为导向的，miRNA通过与目标mRNAs的3’非翻译区(UTR)片段相结合调节结合调节基因表达和功能。在急性和慢性疼痛模型中发现大脑具体区域miRNA有不同的变化[8]。炎症、神经痛以及癌痛模型中证实，miRNA-介导疼痛加重或减轻[9-10]。

遗传学认为，miRNA参与疼痛传导途径中转录后蛋白的调节[11]。在一些动物疼痛模型可以观察到许多介质参与疼痛的miRNA靶向调节，如γ-氨基丁酸-1、TRPV1通道等[12]。同样也有研究发现。miR-23b调节MOR1的表达[13]，而长期使用阿片类药物导致的阿片耐受可能与miR-23b上调密切相关。因此miRNA的作用参与调节内源性疼痛机制。这就强调了有助于理解生理性疼痛转成慢性病理性疼痛。Park等[14]通过一项实验证实作为基因表达的主要调节体细胞外miRNA可通过toll-like受体以及耦合TRPA1离子通道而快速兴奋伤害性神经元，miRNA-let-7b在背根神经节处诱发产生内向电流和动作电位。从而得出结论，细胞外miRNA可能通过激活神经元TLR7/TRPA1受体调节疼痛。

Neumann等[15]通过结扎大鼠坐骨神经制造外周神经病理性疼痛模型，并检测miR-1和疼痛相关蛋白,脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)和连接蛋白-43(Cx43)在不同部位（坐骨神经，背根神经节以及同侧脊髓背角）的表达情况，发现坐骨神经miR-1表达水平明显增高，且具有时间依赖性，而在背根神经节以及脊髓中却未发现此现象。同样，miR-1目标蛋白BDNF和Cx43也发生上调，这就提示结扎坐骨神经导致外周神经系统miRNA (miR-1)的调节，这种调节与miR-1依赖的疼痛相关蛋白BDNF和Cx43有关[15]。

3　MicroRNA与神经病理性疼痛

3.1MicroRNA在神经性病理性疼痛中的作用躯体感觉系统损伤常常导致神经病理性疼痛，通常分为中枢痛和外周痛。通过啮齿类动物神经病理性模型实研究miRNA的表达证实许多miRNA中存在失调现象。Genda等[16]发现，大鼠慢性挤压伤后（CCI）SDH中111miRNA的表达明显上升，但是没有其他功能性变化。作者发现，早期使用坐骨神经损伤大鼠模型研究与假损伤的大鼠对比研究miRNA在背根神经节上miRNA表达的不同，同时研究神经损伤参与miRNA生物合成蛋白的影响[16]。当RISC亚基高度上调时，许多P-body机械蛋白水平发生改变，提示不仅仅是miRNA失调，参与miRNA合成途径的蛋白也是对损伤的一种外周反应[17]。L5脊髓损伤模型，可以观察到63例miRNA失调，59例同时伴随着单侧L4 DRG失调，这表明邻近未损伤区传入神经miRNA的改变仍可以导致神经病理性疼痛的发生和持续，但此研究没有进一步阐述这些相应的miRNA的改变和其潜在的原因[18]。McDonald等[19]分析CRPS患者和健康志愿者外泌体中的miRNAs中的变化，发现CRPS患者外泌体127 miRNA与健康患者有显著性差异。研究发现16例外泌体18miRNAs异常的CRPS，但只有5种亚型(miR-25-3p，miR-320B，miR-939，miR-126-3p，and RNU48)发生明显改变，且miR-320B，miR-939，miR-126-3p，and RNU48明显上调，因此血液或外泌体hsa-miR-25-3p可能是miRNA中唯一可作为CRPS标志物的因子[19]，以后需要更多的实验数据证明miRNA作为预测CRPS的生物学指标。Ciszek等[20]研究22例健康患者，33例会阴神经痛患者（其中23例同时有肠道易激综合症）疼痛、生理学特征、血浆细胞因子和血液miRNA之间的鉴别诊断关系，确定会阴神经痛患者患者miRNA异常可以作为影响雌激素相关通路的预测因子，提示这可能是导致盆腔疼痛的主要因素；而23例同时会阴神经痛和肠道易激综合症的患者中，miRNA的改变与肌肉、神经、胶质细胞的改变有关，从而导致广泛疼痛。

近期另外一项实验，使用全组基因miRNA序列在两种遗传相似的大鼠对神经病理性疼痛反应相反，如疼痛倾向性和疼痛抵抗性的脊髓神经损伤实验模型。实验发现，3-miRNA特征性在疼痛倾向性大鼠肌紧张中极度下降，使用计算机模拟靶点预测 miRNA中 rno-miR-30d-5p和rno-miR-125b-5p在神经病理性疼痛相关性基因TNF和BDNF的相关性[21]。Norcini等[22]介绍了一种确定microRNA参与外周神经损伤，如坐骨神经损伤导致的神经病理性疼痛的形成过程。

一些研究证实，神经病理性疼痛发生中枢性miRNA的改变。Imai等[23]发现，大鼠坐骨神经损伤引起伏隔核突触后miR-200b和-429明显下调，两者的下调与DNA(胞嘧啶-5)甲基转移酶3A(DNMT3a)的升高有关。Imai等[23]认为，DMMT3a的增加与miR-200b和-429的减少共同参与中脑边缘激活通路相关的伤害性刺激的失调。在一项类似的使用CCI的大鼠研究中，使用TaqMan低密度阵列分析海马发现51种miRNA发生明显改变，而补充的qRT-PCR实验也证实了miRNA miR-125b和miR-132在损伤后7 d和15 d开始下调，但没有确认miRNA靶点[24]。与Juuso等[24]的研究相反，Li等[25]没有发现海马存在miRNA的调节，提示文献报道存在较大的差异。之前，Kusuda等[26]研究不同炎症和神经病理性大鼠疼痛模型中背根神经节和脊髓背角中miR-1,-16, and-206的表达，也发现不同疼痛模型miRNA表达不一致。

3.2MicroRNA作为神经病理性疼痛潜在的治疗靶点最近使用miRNA拮抗剂和miRNA模拟剂治疗神经病理性疼痛和痛觉超敏，治疗效果获得一定的成功。链脲霉素所致的大鼠糖尿病神经痛，通过单纯疱疹病毒载体将miRNA-结构置入靶向Navα-亚基可以逆转冷感觉异常以及温度和机械痛觉超敏[27]。另外一项复杂实验中，鞘内注射miR-23b模拟物可以明显减轻脊髓损伤大鼠模型的机械和温度痛觉异常。再者miR-23b与促炎症反应酶NADPH氧化酶4相结合，可以通过抑制谷氨酸脱羧酶减少抑制性神经递质GABA的释放[28]。同理，miR-124（在静止的小胶质细胞大量表达）可以通过M2表型的抗炎症作用逆转M1/M2的平衡，同时减少机械性痛觉超敏和疼痛行为[29]。最近，Chen等[30]研究显示，CCI引起DRG神经元miR-96的减少，同时Nav1.3增加，而后者是神经病理性神经元超级兴奋的离子通道和miR-96潜在的靶点。相应地，研究证实鞘内注射可以有效减轻CCI导致的机械性和温度痛觉过敏。似乎miRNA可作为神经病理性疼痛特异的生物标记物和潜在的治疗靶点，后期的研究应该更多集中于功能性miRNA的特点以及探索有效治疗神经病理性疼痛的方法。

3.3MiRNA作为疼痛疾病的生物学标记物miRNA作为诊断和预后的生物学指标已用于多种疾病，在各种疼痛性疾病亦是如此。许多实验证实miR-103,miR-124a,miR-203以及miR-7a在调节疼痛中扮演重要作用[31-33]。Orlova等[34]做过一项创新型实验，对41例复杂区域综合征(CRPS)和20例正常对照组的患者血样进行miRNA分析表达，并且坚持检测细胞因子和其他临床参数。实验观察到，细胞因子如CCL2和VEGF在CRPS组明显升高，且CRPS组miRNA-标记明显升高。有趣的是，相关性分析显示4种miRNA (miR-296-5p,-532-3p,-361-3p和-30d)与CRPS疼痛水平呈正相关，miR-150与CRPS患者发生偏头痛的次数相关，miRNA广泛芯片显示与血液中细胞因子相关[34]。最近一项类似研究纤维肌肉痛患者脑脊液中miRNA的特性，确定10种miRNA表达于纤维肌肉痛患者和正常患者[35]，提示CRPS与miRNA很高的相关性。值得一提的是，研究发现miR-145-5p水平的下降与报道的症状如疼痛程度以及疲劳程度具有相关性[35]。

Bali等[36]总结了非编码RNA在疼痛治疗中的作用，并提出以后可能是疼痛调节和疼痛测定的重要分子。因其特异性，应用miRNA作为体液生物学标记物来评价疼痛具有很好的应用前景，如血液中miRNA标志物可以确定向心和离心的运动[37]。然而，当使用体液中的miRNA时存在许多障碍。（1）仍不清楚为什么以及miRNA哪一段起作用。（2）：标本质量的好坏非常关键，尤其是溶血性标本。（3）血浆miRNA容易受到激素和代谢因素的影响等[37]。

4　展望

miRNA在神经病理学疼痛发生发展过程中发挥着巨大作用，已引起越来越多的研究人员的关注。随着对于miRNA作用机理的进一步的深入研究，以及利用最新的例如miRNA芯片等高通量的技术手段对于miRNA和疾病之间的关系进行研究，将会使人们对于高等真核生物基因表达调控的网络理解提高到一个新的水平。这也将使miRNA可能成为疾病诊断的新的生物学标记，还可能使得这一分子成为药靶，或是模拟这一分子进行新药研发，这将可能会为人类神经病理性疼痛的治疗提供一种新的手段。

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（收稿：2015-10-22修回：2016-04-02）

（责任编辑李文硕）

R971.+7

A

1007-6948(2016)03-0303-04

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