电压依赖性钙通道阻滞剂在神经病理性疼痛中的应用

2019-01-16温爽,孙涛

实用药物与临床 2018年12期

温爽,孙涛

1 神经病理性疼痛概述

疼痛是人类共有而个体差异很大的一种不愉快的感觉，严重影响人类的身体健康。急性疼痛是一种保护性反应，是生物体所必须的，而以神经病理性疼痛为代表的慢性疼痛则是一种病理状态[1]。神经病理性疼痛常常表现为自发性的疼痛,对冷、热、机械等伤害性刺激产生痛觉过敏，对非伤害性刺激产生自发性烧灼痛、触诱发痛和痛觉倒错等,患者往往伴有焦虑、抑郁和睡眠障碍等[2]。然而Meta分析表明,神经病理性疼痛在普通人群中的发病率为7%～10%[3]，并且大多数患者就目前的治疗手段没能得到有效的缓解[4]。

神经病理性疼痛根据受累部位的不同可分为中枢性疼痛和周围性疼痛。中枢性疼痛是由累及脊髓-丘脑通路或者后索内侧丘系的原发性中枢神经系统疾病所引起，临床常见的疼痛为脑卒中后疼痛、多发性硬化相关性疼痛，脊髓损伤性疼痛等。周围神经系统损害根据病变部位可分为对称性和非对称性损害；对称性损害常见于糖尿病性远端多发性周围神经病、代谢性神经病、副肿瘤综合征、人类免疫缺陷病毒(HIV)/人类免疫缺陷综合征 (AIDS)相关性多发性周围神经病等；非对称性损害见于卡压性单神经病(如腕管综合征等)、幻肢痛、三叉神经痛、糖尿病性单神经根病或神经病、带状疱疹后遗神经痛(PHN)等。

神经病理性疼痛的治疗原则：①早期干预，积极对因治疗；②有效缓解疼痛及伴随症状，促进神经修复；③酌情配合康复、心理、药物等综合治疗；④恢复机体功能，降低复发率，提高生活质量。这对提高NP的治疗效果具有指导意义[5]。疼痛治疗的目标是缓解疼痛、促进功能恢复，临床中这些可以通过多次测定疼痛强度评分来评估。

神经病理性疼痛给患者身心带来了巨大的痛苦，治疗效果不佳，因此，人们一直在努力寻求更好的治疗药物。近年来，电压依赖性钙通道(Voltage-gated calcium channels,VGCC)已成为疼痛研究中的一大热点，第一个应用于临床治疗疼痛的多肽类钙通道阻滞剂ziconotide,已被美国FDA批准经蛛网膜下腔给药用于慢性疼痛的治疗。

2 VGCC的分类及分布

VGCC是电压门控离子通道超家族的成员，根据其电生理特性可分为高电压激活的钙通道(包括 L、N、P/Q、R型)和低电压激活的钙通道 (T型)。亚型的特异性通道阻滞剂为独特的药理学功能奠定了基础。例如，在中枢神经系统(CNS)中，L型钙通道主要在基因表达调控中发挥着重要作用，大多数CNS中突触的传递都是通过N、P/Q、R型钙通道联合发挥作用的，而T型钙通道主要调控神经元内在的兴奋性。

从结构上看，钙通道由 α1、β、γ、α2δ 4个亚单位组成，α1亚单位在细胞膜上分为4条相似的重复区,每条重复区由螺旋式的6次跨膜片段和肽链组成,在第5和第6次跨膜片段之间有一亲水性孔道区(pore loop,即P区),并且是电压的感受器,决定了钙通道的电生理特性,从而决定了不同的钙通道亚型。VGCC α1亚基必须与β、α2δ、γ等辅助性亚基共同表达才能发挥完整的功能。β亚基对于高电压激活钙通道蛋白的膜转位、电压感受和通道开关具有重要调节作用。α2δ 亚基和 γ亚基的功能尚不清楚，有待于进一步研究。

目前，根据基因的相似程度，把已鉴定出来的10种α1亚基人为地分成3大类，分别为Cav1、Cav2和Cav3。Cav1 被进一步划分为4种亚型，分别为Cav1.1、Cav1.2、Cav1.3、Cav1.4。Cav1.1特异表达在骨骼肌中；Cav1.2在心脏、平滑肌、胰腺、肾上腺和大脑中广泛表达；Cav1.3主要存在于大脑中，在胰腺、肾脏、卵巢、耳蜗以及心肌组织包括窦房结中也有分布；Cav1.4仅存在于视网膜。Cav2 被进一步划分为3种亚型，分别为Cav2.1、Cav2.2、Cav2.3，分别形成 P/Q 型、N型和 R型钙通道。N 型VGCC主要分布于神经元，T、P/Q、R型VGCC不仅分布于神经元,还分布于心肌、骨骼肌、血管平滑肌细胞以及胰岛B细胞等内分泌细胞。Cav3 被进一步划分为3种亚型，分别为Cav3.1、Cav3.2、Cav3.3，从而形成了3种不同的T型钙通道亚型。有些神经元如丘脑的接力神经核团、嗅球、杏仁核、大脑皮质、海马、下丘脑、小脑和脑干等区域大量表达Cav3.1 mRNA。在嗅球、纹状体、大脑皮质、海马、丘脑网状核上有Cav3.2及Cav3.3表达。脊髓及背根节神经元(Dorsal root ganglion,DRG)主要表达Cav3.2和 Cav3.3。但也有研究表明 Cav3.3 在大鼠的背根节神经元中也有少量的表达[6]。

3 VGCC阻滞剂与神经病理性疼痛

3.1 VGCC的内部结构与神经病理性疼痛

3.1.1 α2δ亚基与神经病理性疼痛目前，钙通道调节剂加巴喷丁和普瑞巴林广泛用于治疗糖尿病神经病变、药物及放射引起的神经损伤、带状疱疹后遗神经痛、三叉神经痛等神经病理性疼痛。加巴喷丁可模拟神经递质γ-GABA的作用，主要与α2δ亚基结合发挥作用，减少钙离子内流，进而减少谷氨酸盐、P物质等兴奋性神经递质的释放来控制神经病理性疼痛[7]。Claudia等[8]在神经病理性疼痛模型的DRG/脊髓背角中，仅观察到Cavα2δ1的显著上调而无Cavα2δ2的上调。此外，在神经元组织(包括感觉神经元和脊髓神经元)中过表达Cavα2δ1的转基因小鼠，在没有任何可被加巴喷丁阻断的神经损伤的情况下，显示神经病理性疼痛状态，例如触觉异常性疼痛和热痛觉过敏,表明Cavα2δ1上调可能在神经病理性疼痛发展中起关键作用[9-10]。Boroujerdi 等[11]研究结果表明，在髓鞘内注射 Cavα2δ1 亚基的抑制剂加巴喷丁可以显著减轻痛觉超敏的发生。通过转基因技术发现，在神经病理性疼痛中，加巴喷丁与α2δ-1的相互作用发挥抗伤害性作用[12]。但是，长期服用加巴喷丁可有嗜睡、眩晕、周围性水肿、行走不稳、疲劳感等不良反应[13]。普瑞巴林是一种新型的治疗神经病理性疼痛的药物，已于2010年在我国上市，其与α2δ亚单位结合，减少兴奋性异常的神经元突触前膜钙内流，使兴奋性神经递质释放减少，进而控制疼痛[14]。普瑞巴林最常见的不良反应为轻到中度的头晕、嗜睡、共济失调，此外，还有一些发生率较低的不良反应，如外周水肿、体重增加、头痛和口干。

3.1.2 VGCC相关肽脑衰反应调节蛋白2(Collapsin response mediator protein 2，CRMP2)与神经病理性疼痛 CRMP2广泛分布于神经系统，表达量随神经元位置不同而存在差异，研究表明，其在小脑、海马和嗅球等处较为丰富。CRMP2是Cav2.2的一种调节因子，与Cav2.2结合后可增强其功能，引起钙离子内流和多种神经递质(如谷氨酸、P物质、降钙素基因相关肽等)的释放增加，增强对伤害感受的传导作用。CRMP2过表达会增加细胞膜表面Cav2.2的数量及神经递质的释放，进而加重慢性疼痛、提高神经性伤害刺激的敏感性[15]。来源于Cav1.2的肽Ct-dis与CRMP2结合干扰CRMP2与Cav2.2的相互作用，抑制去极化诱导的钙离子内流以及降钙素基因相关肽等神经递质的释放，从而减弱在啮齿类动物模型中药物诱发的慢性疼痛[16-17]。Myr-tat-CBD3是来源于CRMP2的一种新型肽，研究表明，其可显著减轻角叉菜胶诱导的热超敏反应和逆转大鼠后爪足底表面切口引起的术后痛[18]。相比加巴喷丁，在有效镇痛剂量下，Myr-tat-CBD3不会产生运动损伤、瘫痪或认知缺陷。R9-CBD3-A6肽以浓度依赖性方式抑制Cav2.2-CRMP2相互作用，并减少Cav2.2的表达和去极化诱发的大鼠背根神经节中的Ca2+内流,且在24～72 h内连续皮下输注R9-CBD3-A6K可逆转触觉异常性疼痛和持续疼痛，但不会造成运动损伤、焦虑、抑郁等[19]。由此可知，VGCC通道与脑衰反应调节蛋白2结合参与神经病理性疼痛的调节。

3.2 VGCC阻滞剂的应用与神经病理性疼痛 Cav1(L型)、Cav2.1(P/Q型)、Cav2.2(N型)、Cav2.3(R型)和Cav3(T型)钙通道广泛地分布在中枢和外周神经系统中。研究表明，Ca2+作为细胞内重要的第二信使，其内流可导致细胞膜的去极化，在疼痛的传递与调控中起着重要作用，并且可通过VGCC的运输参与慢性疼痛状态的维持。在中枢，神经递质和内源性镇痛物质的释放都依赖于细胞内Ca2+浓度；在外周，钙通道参与伤害性感受器的兴奋和神经冲动沿A类和C 类纤维传导，抑制钙内流可提高感受器兴奋阈值和降低神经冲动的传导。近年来，N型和T型钙离子通道作为分子靶标对新型镇痛药物的研发具有极高的价值。

3.2.1 N型VGCC阻滞剂与镇痛 N型VGCC生理学特点是高电压激活,较快速失活,电压依赖性介于 L 型和其他高电压激活的(P/Q、R型) VGCC之间。其在背根神经节及脊髓背角神经元的突触部位大量分布,如密集分布于脊髓背角浅层(Ⅰ、Ⅱ层)的C和 Aδ传入纤维轴突末梢；DRG神经元是感觉传入的第一级神经元，脊髓背角是感觉信息传入的门户和整合的初级中枢,N型VGCC的这种分布特点为疼痛的传导及调节提供了解剖学基础。

ω-芋螺毒素(ω-conotoxin,ω-Ctx)是一类源于芋螺毒液的活性多肽，目前已发现十几种ω-Ctx。其能与N 型VGCC α1亚基孔道区的胞外部分特异性结合，通过堵塞通道孔区来减少钙电流发挥阻断效应[20]。Jayamanne等[21]研究表明，鞘内注射Cav2.2阻断剂ω-conotoxins，可以显著减轻坐骨神经结扎引起的痛觉超敏反应。在动物模型中，芋螺毒素如GVIA、MVIIA和CVID具有对抗炎症和神经病理性疼痛的镇痛特性，其对患者同样也会产生不良反应，如头晕、恶心、眼球震颤、步态异常、尿潴留、记忆障碍和幻觉[22]。从地纹芋螺(Conus geographus)中分离出的27肽ω-Ctx GVIA是N型VGCC的特异性阻断剂,能不可逆地阻断N 型VGCC。该肽在体内的效力比结构相关肽MVIIA和CVID更大。当鞘内注射缓解大鼠神经病理性疼痛时，GVIA比CVID和MVIIA强3～4倍，比吗啡强约40倍。然而，由于其对Cav2.2通道的不可逆抑制，预计在临床环境中难以稳定给药[23]。从致幻芋螺(Conus magus)中分离出的25肽ω-Ctx MVIIA(合成品名为SNX-111,通用名为 Ziconotide,商品名为Prialt。Elan公司),具有强效、有选择性、可逆，长时间使用该药物不会产生耐受性和成瘾性的特点，是至今研究最多的鞘内注射治疗疼痛的药物之一。Ziconotide适用于不能耐受或拒绝其他治疗方法(如全身性镇痛药、辅助治疗、吗啡鞘内注射等)的严重慢性疼痛患者。Jain等[24]报道了240例阿片类药物耐受的非恶性(主要源自神经性)疼痛患者中有162例接受本品治疗，78例给予安慰剂。与安慰剂比较，本品产生显著的镇痛作用；对鞘内注射吗啡无效的顽固性疼痛患者，对本品也有显著的镇痛反应。根据患者主观评估，药物组和安慰剂组分别有43%和18%的患者得到中等至完全的疼痛缓解。但值得注意的是，Ziconotide治疗窗窄，不良反应较多，包括头晕、恶心、眼球震颤、步态异常、尿潴留、记忆障碍、幻觉等，限制了其在临床中的应用。从猫芋螺(Conus catus)中分离出的ω-Ctx CVID(合成品名为AM336。Amrad 公司),由于其更高的选择性和较好的安全性，预计CVID的不良反应较MVIIA减少[25]，可能成为更具有发展潜力的镇痛新药。

3.2.2 T型VGCC阻滞剂与镇痛 T型VGCC的阈值电位接近于静息膜电位(-70 mV)，因而在接近静息电位(Near-resting)或阈下电位就可以活化，产生钙内流并具有促进神经元钙离子依赖性爆发性放电(Burst Firing)、神经元固有低幅震荡(Low-amplitude intrinsic neuronal oscillation)和放大突触信号的作用[26]。

T型钙通道依据其α1亚基结构至少存在3种亚型：α1G(Cav3.1)、α1H(Cav3.2)和α1I(Cav3.3)。在动物体内注射N型钙通道的抑制剂时可以镇痛，选择性敲除Cav3.2，可以对抗神经病理性疼痛和炎性疼痛[27]。Duzhyy等[28]发现，在糖尿病引起的痛觉超敏大鼠模型上，Cav3.2亚基在背根神经节细胞的表达显著增加。carrageenan引起的炎性痛觉超敏小鼠Cav3.2亚基(而不是 Cav3.1 和 Cav3.3 亚基)在背根神经节细胞的表达显著增加[29]，表明Cav3.2是背根神经节细胞中伤害性刺激信号处理的重要调节因素，可作为疼痛治疗的特异性分子靶位。

早期应用的T型钙通道阻滞剂如乙琥胺、阿米洛利等对T型钙通道亲和力较低，同时阻断了其他类型离子通道，因而所需浓度往往很高，故应用范围较小。在腹腔内注射T型钙通道阻断剂米贝地尔对糖尿病神经病理性疼痛大鼠的镇痛作用实验表明，米贝地尔能够明显减轻机械痛敏和热痛敏，并且随着剂量的增加而增强，持续时间也延长[30]。米贝地尔还具有阻滞电压门控的钠通道的作用,因此在临床中的应用中仍需谨慎。新一代T型钙通道阻滞剂TTA-P2和TTA-A2(优先与T型钙通道相互作用)都在啮齿动物疼痛模型中介导镇痛作用[31-32]。Z123212是一种电压依赖性钠通道和T型钙通道的混合阻断剂，通过选择性靶向这些通道的慢失活状态来介导镇痛作用[33]。在脊神经结扎(Spinal nerve ligation,SNL)的神经病理性疼痛大鼠模型上，ABT-639(一种亲和力较低的新型选择性T型钙通道阻滞剂)可抑制机械诱发脊髓背角广动力范围神经元(既对伤害性刺激反应又对非伤害性刺激反应的非特异伤害性感受神经元)放电[34]，但ABT-639未能改善糖尿病性多神经病变患者的持续疼痛[35]。另一种T型钙通道抑制剂Z944未能在Ⅱ期临床试验中显示有效的止痛效果[36]。