组蛋白修饰在神经病理性疼痛中的作用研究进展

毛元元 张卫

(郑州大学第一附属医院 麻醉科 河南 郑州 450052)

·综 述·

组蛋白修饰在神经病理性疼痛中的作用研究进展

毛元元 张卫

(郑州大学第一附属医院 麻醉科 河南 郑州 450052)

组蛋白修饰；神经病理性疼痛；表观遗传学

神经病理性疼痛是一种由躯体感觉神经受损或病变引起的疼痛，临床表现有自发性痛、痛觉过敏和触诱发痛等症状，部分患者也可出现痛觉减退、感觉迟钝等[1-2]。神经病理性疼痛的治疗不尽如人意，目前所用药物大多仅能缓解部分症状，而且长期使用可能出现严重的副作用[3]。既往疼痛相关的研究主要集中于基因组学，但不能完全解释神经病理性疼痛患者的不同表型[4-5]。越来越多的学者认为，表观遗传调控参与了神经病理性疼痛的产生和发展[6-7]。组蛋白修饰是表观遗传调控的主要方式之一，在神经病理性疼痛中发挥重要作用。本文简要综述组蛋白修饰的常见方式及其在神经病理性疼痛中的作用研究进展。

1 组蛋白修饰的简介

组蛋白是一类小分子碱性蛋白质，与DNA共同组成核小体，也是构成染色质的基本结构蛋白。染色质结构可以通过组蛋白N端尾部的翻译后修饰发生改变，这主要发生在组蛋白H3和H4，包括赖氨酸乙酰化、丝/苏氨酸磷酸化、赖/精氨酸甲基化、泛素化和ADP-核糖基化等多种形式[8]。一般而言，乙酰化和磷酸化修饰可以减弱组蛋白和DNA的亲和力，使DNA更易与其他转录因子发生作用，进而起到转录激活的作用[9]。组蛋白的甲基化修饰既可发挥促进基因表达的作用，也可以抑制基因的表达，主要取决于甲基化位点的不同。通常，组蛋白H3赖氨酸4、36和79位点(H3K4、H3K36、H3K79)的甲基化修饰可以促进基因转录，而H3K9和H4K20的甲基化修饰则与基因表达受抑制有关[10]。因此，外界环境因素可以通过改变组蛋白修饰的方式调控基因表达。

组蛋白修饰的过程有多种酶参与。其中，组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases，HATs)可以将乙酰基转移至组蛋白尾端的赖氨酸残基上，该反应可以被组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)逆转。已知的HDACs主要有4个亚家族——Zn2+依赖的亚家族Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和NAD+依赖的Ⅲ亚家族[11]。组蛋白的甲基化修饰是将甲基转移至组蛋白的氨基酸残基上，这就涉及组蛋白甲基转移酶(histone methyltransferases，HMTs)，包括赖氨酸甲基转移酶和蛋白精氨酸N甲基转移酶两大类[12]。组蛋白的甲基化修饰起初被认为不可逆转，但最近研究发现有多种组蛋白去甲基转移酶存在[13]，说明组蛋白的甲基化修饰是一个动态过程。神经病理性疼痛中研究最广泛的即组蛋白的甲基化修饰和乙酰化修饰，我们将在下文中进一步阐述。

2 组蛋白修饰参与神经病理性疼痛的调控

2.1 组蛋白乙酰化修饰与神经病理性疼痛 组蛋白的乙酰化修饰可以通过多种途径参与神经病理性疼痛的调控。外周神经损伤模型发现组蛋白H3和H4的乙酰化水平发生改变，引起神经元功能和疼痛感知相关的基因表达发生变化。慢性压迫性神经损伤可以引起大鼠脊髓致痛因子——脑源性嗜神经因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)和环氧化酶Cox2的表达上调，给予姜黄素抑制HAT的活性，可以剂量相关性地抑制BDNF和Cox2基因启动子区对乙酰化组蛋白H3和H4的招募，同时缓解动物的痛敏症状[14]。除痛觉过敏外，神经病理性疼痛也可表现为感觉减退等阴性症状。研究发现神经损伤可以引起动物脊髓背根神经节(dorsal root ganglia，DRG)内Nav1.8表达下调，并产生C纤维相关的感觉减退症状，给予HDAC抑制剂后动物的感觉异常症状得到改善，同时Nav1.8的乙酰化水平升高[15]。由此可知，组蛋白的乙酰化修饰与神经病理性疼痛阳性症状和阴性症状的产生均有密切联系。

运动可以缓解神经病理性疼痛，但其具体机制尚不清楚。最新研究发现部分坐骨神经结扎术可诱导小鼠产生触诱发痛和热痛觉过敏症状，同时脊髓背角内HDAC阳性的小胶质细胞数量增多，运动锻炼后表达乙酰化H3K9的小胶质细胞数量减少，同时动物的痛敏症状也得到缓解，提示小胶质细胞内乙酰化修饰参与神经病理性疼痛的调控[16]。

类似的，细胞周期依赖性激酶(cyclin-dependent kinase 5，Cdk5)在神经病理性疼痛中的作用也与组蛋白的乙酰化修饰有关[17]。鞘内注射Cdk5抑制剂有效缓解了神经损伤引起的动物痛敏症状，同时升高了Cdk5基因启动子区组蛋白H4的乙酰化水平，促进Cdk5基因的转录，这一作用与CREB的磷酸化修饰有关[17]。Wnt/β-catenin信号通路参与神经病理性疼痛的产生和发展，其机制与神经损伤引起的脊髓背角内Wnt3a基因启动子区H3乙酰化水平升高以及胞嘧啶甲基化水平降低有关[18]。这些研究共同说明组蛋白的乙酰化修饰广泛参与神经病理性疼痛的产生和发展，可以在神经系统的不同环节发挥基因表达调控的作用。

2.2 组蛋白甲基化修饰与神经病理性疼痛 组蛋白的甲基化修饰也参与神经病理性疼痛的产生和发展。Imai等[19]发现部分坐骨神经结扎可以显著增高脊髓内单核细胞趋化蛋白(monocyte chemotactic protein 3，MCP-3)的表达，同时MCP-3基因启动子区的H3K27me3的水平下降。这种神经损伤引起的MCP-3蛋白的高表达主要发生在脊髓背角的星形胶质细胞中。由于H3K27me3主要发挥抑制基因表达的作用，提示胶质细胞内疼痛相关基因的甲基化修饰参与神经病理性疼痛的调控。

DRG是连接外界环境刺激和神经系统信号传递的关键环节。外周神经损伤可以引起DRG内多种钾离子通道的表达下调，这与神经病理性疼痛的产生密切相关[20]。进一步的研究发现外周神经损伤后钾离子通道基因启动子区H3K9me2水平明显升高，基因敲除DRG神经元内组蛋白赖氨酸N甲基化酶2——G9a可以阻断神经损伤引起的钾通道的基因沉默，预防神经病理性疼痛的产生[21]。这提示DRG内G9a催化的钾通道组蛋白甲基化修饰参与神经病理性疼痛的调控。RNA序列分析发现，抑制DRG内G9a的表达也可逆转神经损伤引起的许多其他基因的改变[21]。μ阿片受体(mu opioid receptor，MOR)也参与其中。神经病理性疼痛中DRG内MOR的下调与阿片类药物的镇痛效应减弱有关。抑制DRG内G9a的上调阻断了神经损伤引起的MOR高表达，同时也增强了吗啡对于痛觉过敏症状的治疗效果[22]。由此可知，DRG内G9a通过调控相关基因的组蛋白甲基化修饰，在神经病理性疼痛的产生和治疗中均发挥重要作用。

神经病理性疼痛中CC-趋化因子配体(CC-chemokine ligand，CCL)2和CCL3是外周敏化形成的关键因子。Kiguchi等[23]发现部分坐骨神经结扎术可以引起受损坐骨神经处CCL2和CCL3的mRNA水平及其受体表达增高。这与神经损伤诱导的CCL2和CCL3基因启动子区H3K9Ac和H3K4me3水平升高有关。这种高表达的H3K9Ac和H3K4me3主要定位于受损坐骨神经处浸润的骨髓源性细胞内。应用HAT抑制剂可以有效上调CCLs和CCRs的表达。这提示神经病理性疼痛中免疫炎症反应的产生与组蛋白的修饰有关，其中组蛋白的甲基化和乙酰化修饰可能发挥协同作用以调控基因表达。

3 组蛋白修饰与神经病理性疼痛的治疗

神经病理性疼痛的发病机制非常复杂，这就增加了治疗的困难性。经典的非甾体类抗炎药(non-steroidal anti-inflammatory drugs，NSAIDs)和阿片类药物仅能缓解部分症状，而且长期应用可能出现耐受甚至痛敏症状[24]。组蛋白修饰相关研究有助于揭示神经病理性疼痛潜在的表观遗传机制，针对其发病机制的特异性干预措施能够更有效地预防和治疗神经病理性疼痛，而非仅仅缓解症状，同时也可减少不良反应的发生。因此，从组蛋白修饰的角度探讨治疗神经病理性疼痛的新方案在理论上前景光明。但在具体研发过程中，我们必然也会遇到各种各样的问题。

如前所述，HDAC抑制剂和HAT抑制剂是神经病理性疼痛的研究中最常应用的干预方法。鞘内注射非选择性HDAC抑制剂——黄芩素能够缓解脊神经结扎引起的痛觉过敏和触诱发痛的症状，同时逆转神经损伤引起的脊髓内HDAC1的升高和H3乙酰化水平的下降[25]。另一种非选择性HDAC抑制剂丙戊酸也能有效缓解神经病理性疼痛模型动物的触诱发痛等症状[26]。Zammataro等[27]发现预先给予HDAC抑制剂SAHA能够与mGlu2/3激动剂LY379268协同作用，增加LY379268的镇痛效应；相反，给予HAT抑制剂——姜黄素不仅抑制了DRG内H3和H4的乙酰化水平，下调mGlu2受体的表达，同时LY379268的镇痛效应也明显减弱。这提示针对组蛋白乙酰化的干预措施不仅可以作为神经病理性疼痛潜在的治疗方法，也可作为辅助治疗手段，增强传统药物的效果。部分坐骨神经结扎术后，受损神经周围聚集的中性粒细胞和巨噬细胞内巨噬细胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein 2，MIP-2)和CXC趋化因子受体2(CXC chemokine receptor type 2，CXCR2)的表达上调，这与神经损伤引起的MIP-2和CXCR2基因启动子区乙酰化水平的升高有关。HAT抑制剂漆树酸可以抑制神经损伤引起的MIP-2和CXCR2上调，同时预防神经病理性疼痛的产生[28]。综上所述，HDAC抑制剂和HAT抑制剂有望成为治疗神经病理性疼痛的新方法或者作为辅助治疗手段参与多模式镇痛。

这些基础研究为HDAC抑制剂和HAT抑制剂作为治疗神经病理性疼痛的新方法提供了可能性，但其在临床上的应用还十分有限。目前，HDAC抑制剂在临床上主要作为抗癌药物应用于治疗，在神经病理性疼痛这种非致命性疾病中的应用还未开展。此外，如前所述HDAC有多种亚家族，动物研究中所用的非选择性HDAC抑制剂作为神经病理性疼痛的治疗药物时可能会产生多种副作用。因此，有关HDAC选择性抑制剂的研究将会更有效地改善神经病理性疼痛症状，同时避免不良反应的发生。组蛋白的甲基化修饰也是重要的表观遗传调控方式，其在神经病理性疼痛治疗中的作用仍需进一步研究。未来研究中寻找组蛋白修饰调控通路中特异性表达的分子，可以作为神经病理性疼痛潜在的治疗靶点。选择性HDAC抑制剂有望进入神经病理性疼痛治疗的临床研究，尤其是肿瘤引起的神经病理性疼痛。

4 小结

组蛋白的修饰在神经病理性疼痛中发挥重要的调控作用，针对其调控通路中酶或信号分子的干预有望成为新的治疗方法。

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10.3969/j.issn.1004-437X.2017.03.026

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