星形胶质细胞介导神经炎症调节神经病理性疼痛的分子机制及中医药干预的研究进展

曹人郦，袁 蓓，顾艳丽，王 超，林 娜

（1中国中医科学院中药研究所，北京100700；2内蒙古医科大学，内蒙古 呼和浩特 010110；3安徽中医药大学药学院，安徽 合肥230012）

0 引言

神经病理性疼痛（neuropathic pain，NP）是躯体感觉神经受损或疾病造成的疼痛，自发性疼痛、痛觉过敏、痛觉超敏、感觉异常等为其主要临床表现。NP发病机制复杂，是人类最难治疗的疾病之一。近年来，研究［1］表明胶质细胞在NP发生、发展中发挥重要作用，其中脊髓水平的胶质细胞研究得最为深入；而神经系统中数量最多、分布最广的星形胶质细胞介导的神经炎症对NP的发展和维持发挥了关键作用，如星形胶质细胞参与了神经递质的循环利用，血脑屏障形成，调节细胞外离子浓度，调控突触传递等，成为近年NP研究的热点之一。中医药毒副作用小、简便验廉，且具有多靶点干预疾病的特点，近年在NP研究中备受国内外学者关注［2］。本文重点简述了脊髓星形胶质细胞介导的神经炎症在NP发生、发展中的分子机制，并归纳了中医药干预神经炎症治疗NP的研究进展，期望为NP的临床干预及新药研发提供参考。

1 星形胶质细胞介导的神经炎症参与NP

神经炎症是神经损伤介导的炎症，施旺细胞、卫星胶质细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞等参与此病理过程，其中星形胶质细胞在NP中的作用尤为突出。神经炎症病理过程主要有血管通透性增加、白细胞浸润、胶质细胞活化和炎症介质生成。其中，胶质细胞活化和炎症介质生成是神经炎症的重要事件，二者介导的突触重塑及中枢敏化是NP的重要机制［3］。不同于系统性炎症，神经炎症具有局限性、隐匿性的特点，如周围神经损伤可以诱导特定脊髓节段的局限性炎症，从而导致NP的持续性和治疗的棘手性［1］。

1．1 NP活化因子及其受体介导星形胶质细胞活化

神经损伤可诱导传入神经中枢端释放神经递质，如腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）、趋化因子、蛋白酶等，与小胶质细胞相应受体结合介导小胶质细胞有丝裂原活化蛋白激酶（mitogen⁃activated protein kinase pathways，MAPK）家族成员 p38（mitogen⁃activated protein kinase p38， p38）、细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）的激活，进而促进肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor⁃α， TNF⁃α）、白介素⁃1β（interleukin⁃1β， IL⁃1β）、白介素 18（interleukin⁃18， IL⁃18）、白介素 6（interleu⁃kin⁃6， IL⁃6）等及生长因子的释放而介导神经元的高反应性。其中 TNF⁃α、ATP、B细胞趋化因子 1（ lymphocyte chemoattractant／C⁃X⁃C motif chemokine 13， BLC1／CXCL13）、 脂 多 糖 （lipopolysaccharide，LPS）等是星形胶质细胞的重要启动因子［1］。ATP通过与嘌呤代谢型受体P2Y（P2Y purinoceptor，P2Y）结合促进胶质细胞活化，并可通过缝隙连接蛋白43（connexin 43，Cx43）以半通道方式弥散至细胞间隙［4］。TNF是周围敏化和中枢敏化的重要因子，与星形胶质细胞肿瘤坏死因子受体1（tumor necrosis receptor 1， TNFR1）结合可诱导其活化［5］。 CXCL13与趋化因子受体 5（C⁃X⁃C chemokine receptor type 5，CXCR5）结合可活化星形胶质细胞并介导NP痛敏的维持［6］。LPS也是星形胶质细胞活化的重要激动因子［7］。 研究［3－4］表明，上述因子及受体的拮抗剂或抑制剂能明显改善NP动物的痛敏状况。

1．2 NP星形胶质细胞活化后信号通路及相关因子

星形胶质细胞启动因子与相应受体结合，不仅能启动细胞内相关信号通路分泌趋化因子等与二级神经元相应受体相互作用维持NP痛敏及中枢敏化，还能上调星形胶质细胞内特异性调控原件维持星形胶质细胞活化。

MAPK通路的激活是星形胶质细胞活化的重要特征。 其中，氨基末端激酶（c⁃Jun N⁃terminal kinase，JNK）和ERK1／2激活与星形胶质细胞活化密切相关［1，3－4］。 如 TNF⁃α 与 TNFR1 结合可通过肿瘤坏死因子受体相关因子 6（TNF receptor⁃associated factor 6，TRAF6）促进JNK的活化，进而诱导星形胶质细胞的激活。 实验研究［3－4，7］表明，JNK 拮抗剂能明显缓解NP痛敏。在NP中，ERK活化有时序性，早期主要在小胶质细胞中活化，而持续期活化主要在星形胶质细胞，研究表明，ERK拮抗剂能明显缓解NP维持期痛敏。此外，哺乳动物的转录因子NF⁃κB（nuclear factor κB）［8］及转录激活因子（signal transducers and activators of transcription， STAT）［9］介导的信号通路在星形胶质细胞活化及NP痛敏的维持中亦发挥重要作用。

星形胶质细胞活化释放趋化因子与二级神经元相关受体结合进而维持中枢敏化是NP的重要特征之一，如星形胶质细胞分泌的趋化因子2（C⁃C motif chemokine 2， CCL2），生长调节蛋白α（growth⁃regulated alpha protein，CXCL1）不仅能促进其共受体CXCR2的表达，还能与二级神经元CXCR2结合维持中枢敏化；研究［10－11］表明，CCL2 能迅速诱导脊髓切片的兴奋性传导，促进脊髓背角神经元N⁃甲基⁃D⁃天冬氨酸受体（N⁃methyl⁃D⁃aspartic acid receptor， NMDA）依赖性电流及ERK活化，而星形胶质细胞CCL2过表达可明显诱导NP痛敏。CXCL1中和抗体或CXCR2拮抗剂能明显缓解NP动物的机械痛敏及热痛敏。趋化因子 CCL7（C⁃C motif chemokine 7）可与小胶质细胞CCR2结合维持小胶质细胞的活化，而其中和抗体不仅能抑制胶质细胞的活化，而且能明显改善NP动物的痛敏行为学［12］。神经损伤后，WNT3A蛋白（protein Wnt⁃3a）主要在神经元及星形胶质细胞中表达，并通过卷曲蛋白（Frizzled⁃β⁃catenin）信号通路诱导神经元及突触重塑［13］。

此外，星形胶质细胞也能分泌炎症因子如TNF⁃α、IL⁃1β 维持中枢敏化，研究［1，3－4］表明 TNF⁃α、IL⁃1β 中和抗体能明显缓解NP痛敏。同时，星形胶质细胞还能通过自分泌及旁分泌的方式诱导自身的持续活化，如NP中成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）在星形胶质细胞表达升高并分泌而维持自身的激活［14］。 基质金属蛋白酶 2（matrix metallo⁃proteinase⁃2，MMP2）在星形胶质细胞及卫星胶质细胞中特异性表达，并在NP维持期发挥重要作用，其可通过IL⁃1β信号通路介导星形胶质细胞活化及ERK 磷酸化［15］。

1．3 NP星形胶质细胞活化转运体功能失调星形胶质细胞的活化还可伴有细胞功能的失调，具体表现为细胞相关转运体和缝隙连接蛋白的功能异常。如，谷氨酸转运体 1（glutamate transporter 1， GLT⁃1／EAAT2）及谷氨酸⁃天冬氨酸转运体（glutamate⁃aspar⁃tate transporters，GLAST）的下调可导致谷氨酸在突触间隙的聚集而维持神经元的高反应性［4，16］。Cx43能调控谷氨酸和ATP的释放；神经损伤可诱导Cx43持续、特异地在星形胶质细胞中上调，并从缝隙连接蛋白的信息传导功能转化为半通道调控，从而导致星形胶质细胞的高渗透性，并释放 IL⁃1β、CCL2及CXCL1，而 Cx43基因敲除后小鼠痛敏明显减轻［17－18］。神经损伤还能诱导星形胶质细胞质糖蛋白⁃血小板反应蛋白⁃4（thrombospondin⁃4， TSP4）的释放，并介导突触形成、重塑及行为学上的高痛敏状态［19］。

总之，NP的主要机制是中枢敏化，维持期是NP病情慢性化及治疗棘手的重要时期，而星形胶质细胞是介导小胶质细胞⁃星形胶质细胞⁃神经元相互作用的重要参与者，故在近年备受重视。中医药从星形胶质细胞活化的角度干预NP近年也做了大量工作。

2 中医药干预星形胶质细胞治疗NP

2．1 中药及中药有效成分对星形胶质细胞的调控作用生物碱类化合物广泛存在于自然界的植物中，其有抗菌杀虫、抗病毒以及抗炎等多种生物学活性。研究［20］表明，某些生物碱类化合物有明显镇痛效应，如粉防己粉中的粉防己碱可抑制星形胶质细胞IkB激酶 β（inhibitor kappa B kinase β， IKKβ）磷酸化，减少前列腺素 E2（prostaglandin E2， PGE2）和环氧酶⁃2（cyclo⁃oxygen⁃ase， COX⁃2）分泌，并能有效缓解 LPS诱导的小鼠痛觉过敏。白屈菜有效成分白屈菜红碱能抑制蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）激活及脊髓星形胶质细胞活化，缓解NP大鼠痛敏［21］。钩吻中的钩吻素子能缓解慢性压迫性损伤模型（chronic constriction injury，CCI）和脊神经结扎模型（spinal nerve ligation， SNL）的机械痛敏，研究［22］显示其镇痛机制可能与四氢孕酮的负转录调控有关。

黄酮类化合物也有镇痛活性。血竭中的总黄酮可减轻由促炎因子引起的NP痛敏，其机制可能和减少促炎因子释放进而抑制星形胶质细胞活化相关［23－24］。黄芩中的黄芩苷通过上调缺氧状态下星形胶质细胞血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）和 1⁃甲基环丙烯（1⁃methylcyclo⁃propene， 1⁃MCP）保护神经［25］，这种活性为临床应用也提供了可行的依据。

许多萜类化合物中也可调控脊髓星形胶质细胞发挥镇痛作用，如芍药中的单萜类化合物芍药内酯苷通过减少pJNK在星形胶质细胞中的表达发挥NP镇痛作用［26］。丹参中二萜类化合物丹参酮Ⅱa的镇痛作用可能和减少IL⁃1、TNF⁃分泌及抑制脊髓背角星形胶质细胞 pJNK 相关［27－28］。 人参中的人参皂苷［29］、绞股蓝中的绞股蓝皂苷［30］、环烯醚萜类的栀子苷［31］、雷公藤中的雷公藤内酯［32－33］等均通过抑制星形胶质细胞活化发挥NP镇痛作用。

其他化合物，如多酚类的白藜芦醇［34］、当归中的蒿本内酯［35］、异戊二烯类的番茄红素［36］、二酮类的姜黄素［37－38］、肉桂中的香豆素类化合物［39］等可通过不同的机制抑制星形胶质细胞活化。

许多中药有效成分不明，如由挥发油、树脂和树胶组成的新疆阿魏有抗炎、抗过敏、抗痉挛和镇痛作用［40］；迷迭香的酒精提取物的抗炎和抗凋亡作用可能有助于神经损伤后的痛敏治疗［41］，其调控星形胶质细胞的机制有待于进一步研究。

2．2 中药复方对星形胶质细胞的调控作用研究［42－51］表明，许多中药复方药能通过抑制星形胶质细胞活化缓解NP痛敏。五积散具有 NP镇痛效应［42］，其中，附子的镇痛机制可能与抑制星形胶质细胞 ERK1／2 磷 酸 化 并 减 少 IL⁃1β、IL⁃18 分 泌 相关［43－44］。 Yokukansan 在日本广泛用于 NP 治疗，方中白术能通过调节脊髓中星形胶质细胞和／或小胶质细胞IL⁃6的表达发挥镇痛作用［45］。外用温经通络散通过调节伤害性信号传递抑制脊髓背角星形胶质细胞活化，并能明显缓解奥沙利铂诱导的NP痛敏［46］。身痛逐瘀汤和独活寄生汤能缓解骨癌痛，其抑制星形胶质细胞活化的机制有待进一步研究［47－48］。 复方gyejigachulbu⁃tang（GBT）在奥沙利铂诱导的NP大鼠模型中有良好的镇痛效应，能抑制脊髓星形胶质细胞的活化而不影响小胶质细胞的功能［49－50］。当归注射液镇痛机制亦与抑制脊髓星形胶质细胞活化相关［51］。

2．3 其他针灸对腰背痛、膝关节痛等有良好疗效，其机制可能与降低脊髓腰膨大胶质细胞分泌细胞因子改善神经炎症介导的痛敏有关［52］。脊髓星状胶质细胞也可通过分泌IL⁃17诱导NMDA受体亚基NR1的磷酸化引起疼痛，而电针可通过抑制IL⁃17的表达缓解 NP 痛敏［53－54］。

2．4 我们的研究在经典名方乌头汤治疗慢性疼痛的相关研究中，我们首先采用完全弗氏佐剂（com⁃plete freund's adjuvant，CFA）足趾部皮下注射的方法建模发现乌头汤对慢性炎症性疼痛的冷、热、机械痛敏均有抑制作用，其相关机制主要与抑制周围神经末梢瞬时感受器电位锚蛋白⁃1（transient receptor poten⁃tial ankyrin 1，TRPA1）及瞬时感受器电位香草酸受体⁃1（transient receptor potential cation channel subfam⁃ily V member 1，TRPV1）通道的活性和蛋白表达相关［55］。在对乌头汤中的主要成分制川乌的相关研究中，我们发现制川乌对慢性炎症性疼痛的抑制效应与促进内源性阿片肽分泌进而激动kappa受体及抑制周围神经TRPV1通道活性相关［56］。在此基础上，我们建立经典的SNL模型，发现乌头汤对NP亦有良好的干预效应，且无明显的毒副作用，不影响动物的运动协调功能，不改变正常动物的痛敏基础阈值，且早期给药能明显改善动物的基础阈值（病情改善作用）。相关机制研究表明，其不仅能有效抑制小胶质细胞的活化，亦能明显抑制星形胶质细胞MAPK信号通路发挥镇痛效应［57］，还能抑制SNL小鼠大脑海马组织炎症因子的表达［58］；进一步，我们采用网络药理学及基因芯片分析的方法，发现乌头汤具有广泛镇痛靶点［59］。近期，课题组开展了蒙药复方那如⁃3干预NP的药效学研究，我们发现，那如⁃3对慢性炎症性疼痛及SNL小鼠有良好的镇痛效应，其药效时间长，即时给药有明显瞬时镇痛效应，慢性给药停药后还有基础阈值的改善效应，初步机制研究表明其镇痛效应与调节下行疼痛调控系统及抑制神经炎症相关。且从那如⁃3尿液代谢的角度发现SNL模型为寒证NP动物模型。

以上研究提示，中医药尤其是中医药复方具有多靶点的镇痛效应，且在慢性给药或早期干预中改善疾病的进展。如乌头汤既能抑制神经冲动传导，又能抑制脊髓及大脑水平的神经炎症，还能调控下行抑制系统，此“三位一体”干预疾病的特点可能是其临床有效治疗慢性疼痛的原因，也提示复方或多靶点联合干预可能是NP治疗的有效选择之一。

3 结语

NP的有效治疗是长久以来困扰医学界的难题，尤其是在慢性维持期，而星形胶质细胞活化介导的神经炎症、中枢敏化在NP维持期发挥关键作用。目前靶向神经传导的药物治疗效果有限，且常伴随中枢副作用，故靶向星形胶质细胞为治疗NP提供了新策略。然而，受伦理学及NP发病机制复杂性的限制，目前NP星形胶质细胞较深入的机制研究主要集中在脊髓水平的动物模型上，NP脑机制的研究刚刚起步。不可否认，周围神经损伤⁃脊髓神经炎症⁃NP脑机制在疾病的不同发展阶段存在动态的、相互联系的复杂调控网络及相互作用，这均有待于进一步深入研究。而人类星形胶质细胞在NP发病中可能更具复杂性，这也导致了基础研究到临床转化的困难。如胶质细胞存在诸多功能，在不影响正常胶质细胞功能的前提下，还无有效技术靶向病变胶质细胞治疗NP，而非靶向胶质细胞治疗NP有诸多副作用，目前针对星形胶质细胞相关靶点或信号通路的新药开发仍未取得突破性进展。

NP包括三叉神经痛、癌痛、糖尿病末梢神经病变等近30种常见类型，其危害甚广［60］。中医药通过“同感共性”、“调节共性”原理，数千年来在帮助、调节、弥补、改善人类受到内外环境侵袭出现的伤、残、败、漏等发挥了关键作用［61－62］，并在临床辨证应用显示了其安全性和有效性，因其具有更为广泛干预疾病靶点的特点，从而为中医药治疗NP提供了契机。多靶向神经传导及神经性炎症治疗NP有广泛前景［2，59］，结合前期研究，我们认为，明确 NP 发病关键病理阶段不同病理组织复杂的调控网络或调控节点并明确其动态的相互关系能更好阐述NP发病机制；NP临床辨证用药更有助于个体化治疗；“未病先防”或早期干预的原则在NP治疗中当引起重视；同时，以临床为基础，中药药性和药效为前提，经典方药为范例，聚焦星形胶质细胞及与其密切相关的细胞在NP发病中的重要靶点，采用现代生物学手段及网络预测、分析、验证的方法进一步挖掘复方／小分子（或小分子组合物）的药效和机制，可能对NP的治疗更具普适性而符合NP新药研发的新方向，这也是我们研究的动力。