REST在神经病理性疼痛中的研究进展

王艺颖，梁 策，赵 晨，张 凡，张海林

(河北医科大学药理学教研室，河北 石家庄 050017)

神经病理性疼痛(neuropathic pain, NPP)在临床上是一种常见的慢性疼痛，它主要是由中枢或外周神经系统的损伤或功能失调引起的。NPP是世界公认的最难治疗的疼痛综合症之一，病程长，对人们来说是一个相当大的经济负担，严重影响患者的生活质量、情绪、社会功能等。目前, 我国NPP患者至少有1600万，因此，对其发病机制的研究对寻找有效的治疗方法具有重要意义。近年来研究表明，抑制元素-1沉默转录因子/神经元限制性沉默因子(repressor element-1 silencing transcription factor/neuron-restrictive silencing factor, REST/NRSF)调控神经元特异性基因，防止神经元基因的异位表达，维持神经元表型，并调节转录过程，可以通过招募核染色质修饰辅酶因子，抑制神经元中疼痛相关基因的转录水平，从而在NPP中发挥重要作用。本文就相关的研究进展作一综述。

1 NPP

周围神经向中枢神经系统(central nervous system, CNS)传达有关人体环境的多种信息。这些神经的一个重要功能是通知大脑正在或即将发生的身体损伤，这种感觉通常称为疼痛。疼痛分为急性疼痛和慢性疼痛。急性疼痛是由组织损伤等有害的刺激引起的，它是一种重要的生理功能，它作为一种快速预警系统，可以帮助人们预防伤害或限制损伤程度。然而，慢性疼痛是在最初的有害刺激，组织损伤和随后的愈合时间过去之后，仍然存在的疼痛，并且通常是由不引起疼痛的刺激类型或水平引发的，对慢性疼痛的治疗是目前临床上面临的主要挑战之一[1-2]。NPP是一类慢性疼痛的总称，通常是由躯体感觉神经系统的损伤或病变引起的，表现为异常疼痛、痛觉过敏、自发性疼痛、感觉异常等临床特征[3]。其分子生物学机制包括P2X受体、NMDA受体、炎性因子、异位放电、胶质细胞激活、中枢敏化及去抑制等。NPP被广泛认为是最难治疗的疼痛综合症之一，其发生机制十分复杂，长期的疼痛影响患者的情感、工作和生活，大多数慢性疼痛患者抱怨现有的药物缺乏完全缓解，其中许多药物具有不良副作用，目前尚无有效的治疗策略。其中，一半以上慢性疼痛患者使用当前可用的治疗方法，病情基本很难有效的控制，严重地影响了人们的生活质量[4]。

NPP的发生和后续发展涉及到外周和中枢神经系统疼痛传导通路中多个区域的持久变化，例如，背根神经元兴奋性增加及放电阈值降低等[5]。这些神经元活动的异常与疼痛传导通路中痛感觉神经元基因表达水平改变密切相关[6]，但驱使基因表达变化的机制却不清楚。我们将兴趣转向表观遗传学机制，这种机制很可能是驱使痛感觉神经元转录组变化的一种方法。最新研究发现，在慢性疼痛患者的脊髓和大脑区域中的表观遗传变化，会使其对热和机械刺激敏感[7-8]。表观遗传机制可能在NPP的发生、发展过程中发挥着至关重要的作用[9-10]。

2 REST/NRSF

REST/NRSF是一种DNA锌指结合蛋白，它通过与特异的作用元件—神经元限制性沉默元件(neuron-restrictive silencer element, NRSE；又称 repressor element 1, RE1)相结合，使序列中的组蛋白去乙酰化，抑制靶基因的转录。1995年，Chong等[11]、Schoenherr等[12]研究分别发现并分离得到编码REST的cDNA，REST蛋白全长1069个氨基酸，分子质量116 ku，属于Gli-Kruppel样转录因子家族。含有9个Cys2/His2型锌指结构，1个赖氨酸富含区，1个脯氨酸富含区，1个DNA结合结构域和2个转录抑制结构域——N端抑制结构域和C端抑制结构域。REST的N端抑制结构域通过与Sin3A/B的结构域结合，招募组蛋白去乙酰基酶(histone deacetylases, HDACs)及相关蛋白，之后HDACs对核小体组蛋白的赖氨酸残基进行去乙酰基化修饰，促使核小体紧密包裹，染色质成为凝缩状态，最终启动子区域无法和其他转录因子及RNA聚合酶相结合，从而抑制靶基因的转录。C端抑制结构域与REST辅助抑制因子(REST corepressor，CoREST)的2个SANT结构域结合后，CoREST可以作为“分子灯塔”招募HDAC、甲基化CpG结合蛋白(methyl CpG binding proteins, MeCPs)、染色质重塑酶、花斑抑制因子同源物等，通过有关酶的甲基化等机制，调节基因转录，以此来维持基因沉默。最近有研究表明，REST介导的基因转录沉默可以通过Polycomb亚基和REST蛋白复合物之间的相互作用，进而募集Polycomb抑制复合体[13-16]。

在神经发育期间，需要特定的转录因子来抑制非神经元细胞中的神经元基因的表达，以确保人体的正常发育。研究显示，REST或NRSF是建立神经元特异性的重要调控因子。REST/NRSF可以调节干细胞、非神经元细胞和神经元中许多参与神经元分化、轴突生长以及囊泡运输和释放的靶基因[17]。REST/NRSF在脑区中被广泛检测到[18]，并且在非神经元细胞中高表达。与非神经元细胞相比，REST在胚胎和神经祖细胞中表达水平较低，且其表达水平随着神经元的分化而降低[19]，但是在成年的中枢神经系统中，仍然能够检测到REST mRNA和蛋白质的表达。与维持REST低表达水平相反，在某些病理条件下的神经系统中，REST的表达是上调的。例如，啮齿类动物出现全球缺血性中风症状后，在海马CA1神经元中，REST和CoREST的mRNA和蛋白表达水平都有所提高[20]。

3 REST介导诱导NPP的多种基因转录抑制

REST在NPP的发生、发展过程中发挥着重要作用。研究表明，对小鼠进行部分坐骨神经结扎手术数周后，背根神经节中REST的mRNA和蛋白表达水平都升高。REST可以抑制神经元中μ-阿片类受体(μ-opioid receptor，Oprm1)、Kv4.3通道、Kv7.2通道、Nav1.8通道等疼痛相关基因的转录水平，从而在NPP中发挥重要作用。

瑞芬太尼是一种短效阿片合成类药物，被广泛用作麻醉剂，但会导致术后痛觉过敏。切口术后疼痛小鼠模型注入瑞芬太尼后，发现其中脑导水管周围灰质中REST表达水平升高[21]，REST升高伴随着小鼠受到热刺激和机械刺激后后爪缩回时间降低。瑞芬太尼诱导的REST升高可以抑制中脑导水管周围灰质中Oprm1表达，并且在脑室注射REST的反义寡核苷酸后，Oprm1的表达水平和缩足潜伏时间可以恢复到正常水平，这与在细胞培养中研究的结果一致，REST可以直接抑制Oprm1的转录[22]。

小鼠坐骨神经损伤7、14 d后，Kv4.3通道mRNA表达水平明显降低，并且发现在小鼠、大鼠和人的Kv4.3通道基因里，存在保守的NRSE序列。坐骨神经损伤明显增加REST与Kv4.3-NRSE结合水平，降低组蛋白H4乙酰化。采用反义核苷酸敲低REST，可逆转坐骨神经损伤所造成的Kv4.3通道表达水平下调。C纤维在NPP中发挥着十分重要的作用，小鼠坐骨神经损伤引起Nav1.8通道表达抑制，以及C纤维功能抑制，采用HDAC抑制剂曲古抑菌素A(trichostatin A,TSA)、丙戊酸钠(valproate acid sodium，VPA)和辛二酰苯胺异羟肟酸(suberoylanilide hydroxamic acid，SAHA)，以及反义寡核苷酸敲低REST，能有效逆转神经损伤所造成的Nav1.8通道转录水平下调和C纤维功能抑制[23]。此外，在背根神经元中过表达REST，能明显抑制Kv7.2通道电流，并且引起背根神经元兴奋性增高。小鼠坐骨神经损伤同样能够在引起REST表达升高的同时，抑制Kv7.2通道表达水平。

另有研究表明，采用HDAC抑制剂可以减轻多种疼痛模型的疼痛症状[24]。以REST靶基因Kv4.3和Nav1.8通道为例，持续性疼痛与REST结合位点周围的靶基因组区域低乙酰化有关，HDAC抑制剂在一定程度上通过消除由REST介导的染色质重塑和转录抑制，从而改善NPP。在啮齿类动物中，炎性疼痛和脊髓神经结扎诱导的NPP模型，能够降低谷氨酸脱羧酶2(glutamic acid decarboxylase 2,Gad2)启动子处的组蛋白乙酰化水平，并抑制Gad2的表达，这种抑制也和HDAC 1/2酶募集到Gad2启动子有关，因为这些HDAC酶是由REST募集的共阻遏蛋白复合物的一部分。REST可能直接与Gad2启动子结合，参与完成NPP中Gad2的抑制。此外，疼痛诱导MeCP2的磷酸化可能是另一种潜在的REST介导基因转录抑制的机制。在炎性疼痛小鼠模型中，背根神经元中MeCP2的磷酸化水平升高。MeCP2是一种甲基化的DNA结合蛋白，其募集包含HDAC的共抑制复合物，MeCP2可以促进CoREST向REST的募集。当MeCP2被磷酸化时，会降低对甲基化DNA的亲和力，其靶基因转录水平也会被抑制。

目前，NPP中由REST介导的转录抑制靶点基因库并未建立。将ENCODE数据库中NPP小鼠模型中，REST占据基因组区域微阵列和RNA测序研究相关文献进行荟萃分析[25]，揭示了多种潜在REST介导抑制的相关基因，包括几个神经递质受体，如尼古丁胆碱能受体3、γ-氨基丁酸B1型受体、红藻氨酸离子型谷氨酸受体和5-羟色胺受体3A，电压门控钾通道Kcnc2和突触相关蛋白25(synaptosomal-associated protein 25,Snap25)。关于REST介导NPP发生、发展过程的机制研究仍有较多空白，如要更好地了解REST在NPP中的作用，需要阐明起始和维持神经损伤后，REST表达上调的机制，以及参与REST调节抑制靶基因转录水平的分子机制。除了转录调节，转录后调节机制仍有待澄清，包括选择性剪接和miRNA的调节作用等。阐明复杂的调节网络如何调控NPP中REST表达水平，以及REST对目标靶基因的抑制作用，对表观遗传学和疼痛的研究发展具有至关重要的作用。

4 小结与展望

近年来，随着对REST/NRSF研究的不断深入，人们对REST/NRSF的结构和功能有了初步的认识和了解，作为治疗神经系统疾病等其他病理变化的一个重要靶点，REST/NRSF越来越受到人们的关注。总而言之，NPP与中枢和外周疼痛通路中REST/NRSF表达水平的增加有关，REST/NRSF升高选择性抑制了一系列与疼痛相关的基因。对REST/NRSF调节NPP发生、发展过程的机制研究，将使我们更深入地了解疼痛的发展过程，并且可以对临床上解决NPP的治疗提供全新的思路。相信今后随着科学和技术的发展，人类一定可以解决治疗NPP的难题。