神经性疼痛的表观遗传学机制

白天宇　陈恒玲

摘 要 表观遗传机制包括但不限于DNA的甲基化、组蛋白的修饰与非编码RNA的分子调控。本文写作的主要目的是综述文献以表明表观遗传的调控机制在神经病理性疼痛的发生与发展的过程中起着越来越重要的作用。

关键词 表观遗传学 神经性疼痛

中图分类号：R402 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.04.018

Abstract Epigenetic mechanisms include the DNA methylation， the histones modification and non-coding RNA molecules regulation. The research support an increasingly important role for epigenetic in the emergence of neuropathic pain.

Key words Epigenetics； neuropathic pain

神經病理性疼痛，是病理性疼痛的一种，由于神经系统损伤或发生疾病，细胞及分子水平上发生适应性的变化，进而引起异常性疼痛、痛觉过敏等症状，会极大程度的影响到患者的正常生活，是需要患者和医生一起去解决的医学难题。究其发病原因，环境因素是神经性疼痛的一个重要原因，它可以调控从DNA到蛋白质的信息传递，同样的遗传信息也可以出现不同的表型。表观遗传学的研究目的，就包括但不仅限于了解如何才能够做到在不改变DNA序列的同时，又改变基因的表达方式。

表观遗传学的epigenetic的词根，源于古希腊语，epi是“之上”的意思，即epigenetic是“遗传之上”的意思。传统的遗传学是读取DNA的编码信息，而表观遗传学是解释各种因素，尤其是环境因素，如何影响DNA编码信息的表达。可以通过改变表观遗传这种方式，以此来达到在不改变DNA序列的基础上激活特定的基因的目的。除此之外，染色质蛋白如果与DNA相关联，是很可能发生被沉默或者激活的现象的。多细胞有机体中的不同细胞之所以能够只表达其活动的必需基因，也正是由于这个原因。表观遗传学可以用来合理的解释环境因素是如何通过作用于关键酶来改变基因的功能。相关研究发现，DNA甲基化、组蛋白乙酰化以及非编码RNA调控在神经性疼痛的发生、发展中均起到重要作用。

痛觉，是用来预警所处的环境中的潜在危险和可能发生的组织伤害的。痛觉的形成与表观遗传学的关系十分密切。Nature genetics报道，一个调节表观遗传的因子——PRDM蛋白，与染色质修饰相关，神经形成与神经分化的过程都有它参与控制。在无痛症患者中PRDM12基因发生纯合变异，导致胚胎期间痛觉神经元发育出现障碍，进而成人痛觉神经缺失。躯体的感觉神经系统如果一旦发生损伤，就可能会引发神经的病理性疼痛，其特点包括但不仅限于痛觉异常以及痛觉过敏，现有的最常用的治疗手段是药物治疗，其中利用阿片类药物发挥止痛的作用日益增强，但是，其对这种神经性疼痛的治疗效果并不十分理想。因此，充分了解神经病理性疼痛背后的机制，尤其是与疼痛关系非常之密切的表观遗传学机制，可以为神经病理性疼痛的药物治疗等方式提供新的靶点，今后也很有可能会控制并减少不必要的疼痛。

1 神经性疼痛中表观遗传学的机制

1.1 DNA甲基化

Nature Communications报道过，同卵双胞胎虽然在遗传上基因组信息是一致的，但是其在疼痛的敏感性上存在着明显的不同，其原因很有可能是关键疼痛基因的修饰状态发生变化。其中编码温度感应蛋白TRPA1基因的启动子甲基化状态是和耐受疼痛的能力密切相关的。除此之外，还有其他8个基因也同样显示出了其可能存在的与耐受疼痛有关的特点，但是我们现在仍然需要做更加深入的研究，来阐明到底这些基因是如何帮助生物体来感受疼痛的。

有研究发现，大鼠的坐骨神经如果出现慢性挤压伤（chronic constriction injury，CCI），那么在此之后14 d的时候，脊髓就会发现有DNA甲基化的大量存在。DNA甲基化的反应进程由DNMTs控制，每日鞘内注射DNMTs，能够明显抑制基因甲基化，从而减弱CCI引起的痛觉过敏。另有研究发现，相较于对照组，CCI雌鼠的后代表现出焦虑行为的增加、下丘脑视上核中缩宫素水平降低；同时，CCI雌鼠后代的杏仁核中DNMT1表达量的增加也会引起DNA甲基化的水平出现上升的趋势，这表明了，亲代的神经病理性疼痛极有可能通过大脑的基因修饰，来达到影响甚至是改变后代的情绪及相关行为的效果，这同时也表明，表观遗传是很有可能参与神经病理性疼痛的调控过程的。

1.2 组蛋白乙酰化

据相关研究报道，依赖性激酶Cdk5（cyclin-dependent kinase 5）参与异常性疼痛的发生和发展的调控。环磷酸腺苷反应元件结合蛋白CREB （cyclic AMP response element-binding protein）作为转录因子，激活乙酰化酶HAT（histone acetyltransferase），增加组蛋白乙酰化，上调大鼠脊髓背角的Cdk5，从而诱导并维持疼痛；而抑制CREB或Cdk5可减轻疼痛反应。由此可见，特定的去乙酰化和乙酰化机制均可在疼痛调节的过程中起到十分重要的作用。

1.3 非编码RNA

脊神经结扎大鼠脊髓背角浅层中miR-103表达量会发生下调，其靶基因电压门控钙通道VGCCs（voltage-gated calcium channels）的L型Cav1.2亚基（Cav1.2-LTC）明显上调，从而导致痛觉超敏。鞘内给予miR-103则能够缓解这种由神经损伤引起的异常性疼痛。另还有研究表明，miR-7a可以结合电压门控钠通道的€%[亚基Scn2b的UTR区域，在痛觉模型中，miR-7a的下调表达最终导致该通道数量的增加，导致超敏。上述研究表明，多种miRNA参与神经病理性疼痛的发生和发展，是治疗神经性疼痛潜在的靶位点。

2 研究表观遗传学的技术手段

CpG岛的定位可以有多种软件预测，包括CpG Island Explorer （http：//bioinfo.hku.hk/cpgieintro.html）。有很多基于亚硫酸氢盐（bisulfite）处理DNA的检测启动子甲基化的方法，其原理是亚硫酸氢盐修饰将去甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，但留下甲基化的胞嘧啶不变。在随后通过聚合酶链反应（PCR）扩增CpG区域时，尿嘧啶被转化到胸腺嘧啶，而从甲基化的胞嘧啶则在此过程之中保持不变。甲基化和去甲基化的胞嘧啶之间的区别可能是胞嘧啶和胸腺嘧啶之间的区别，最初甲基化的程度可以由Pyrosequencing TM技术计算。最近亚硫酸氢盐测序、（定量）甲基化特异性PCR（MSP， methylation-specific PCR）、甲基化敏感单克隆核苷酸引物延伸（Ms-SNuPE，methylation-sensitive single nucleotide primer extension）等技术也普遍用于基因的甲基化测定。另有一些技术可以用于研究全基因组染色质结构的改变。例如利用特异性识别甲基化胞嘧啶的抗体进行免疫沉淀实验，后进行质谱测定；另一方面也利用DNA结合蛋白抗体或组蛋白的特异性修饰抗体，进行染色质免疫沉淀（ChIP，chromatin immunoprecipitation）测定，后进行DNA测序。更新的技术可以结合芯片，进行高通量的实验设定。

迄今为止，有关于神经性疼痛模型的表观遗传学研究数量并不是很多。从以往的研究报道来看，DNA甲基化、组蛋白乙酰化和非编码RNA的调控模式在神经性疼痛的发生、发展及其维持的各个环节都有发生非常明显的改变并发挥着极其重要的作用。在未来的研究中，我们将进一步的探索表观遗传学参与神经性疼痛的调控的分子机制，研究相关的修饰程序是如何带来了持久而长期的痛觉异常和痛觉过敏的，并为以后进一步的深入研究神经慢性病理性疼痛是如何发生、发展与维持打下基础，并为其后续的控制、治疗提供新的作用靶点。

*通讯作者：陈恒玲

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