BDNF介导PI3K/Akt信号通路在神经病理性疼痛中的作用及干预研究进展

薛 梦，黄 诚

（1.赣南医学院2017级硕士研究生；2.赣南医学院基础医学院；3.赣南医学院疼痛医学研究所，江西 赣州 341000）

神经病理性疼痛（Neuropathic pain，NP）是慢性疼痛中最严重的类型之一，给世界各国带来严重的经济负担，全世界的成年人患病率达到7%～10%［1-2］。它是一种由躯体感觉神经系统病变和损伤所导致的神经系统疾病，具有潜在的致残性且伴有多种慢性疾病的发生，例如带状疱疹、糖尿病、癌症及自身免疫力缺陷性疾病等［1，3］。由于神经病理性疼痛的机制复杂以及对患者造成巨大生存负担，并且存在治疗难度大的问题，为此，寻找有效的治疗方式迫在眉睫［4-5］。脑源性神经营养因子（Brainderived neuro-trophic factor，BDNF）与NGF、NT-3、NT-4/5共属于神经营养因子家族，有研究表明，BDNF在突触可塑性等方面有重要作用，且在神经病理性疼痛中参与中枢敏化的形成［6-7］。BDNF介导的磷脂酰肌醇-3激酶（Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（Protein kinase B，Akt）信号级联反应在认知障碍、亨廷顿舞蹈病及癌症等疾病中有重要作用［8-10］。也有研究发现，BDNF介导的PI3K/Akt信号通路参与神经病理性疼痛的调控作用［11］。电针（Electroacupuncture，EA）在治疗神经病理性疼痛中具有不良反应少和镇痛效果明显的特点，且在临床上也得到广泛应用［12］，但有关电针缓解神经病理性疼痛的作用机制仍需进一步探索。因此，本文主要阐述电针通过BDNF介导PI3K/Akt信号通路治疗神经病理性疼痛的潜在机制。

1 BDNF信号分子在神经病理性疼痛的作用

一直以来，BDNF在神经发育存活中起重要作用。BDNF是 由 前 体BDNF（pro-BDNF）和 成 熟BDNF（mBDNF）［13］共同组成的。这两种蛋白各自通过与不同受体（p75受体和TrkB受体）结合发挥生理作用。如今，BDNF在神经病理性疼痛中的作用也得到了越来越多的关注。有研究报道，鞘内注射外源性BDNF后可促进脊髓星形胶质细胞和小胶质细胞活化，增加促炎细胞因子释放，导致机械痛敏发生［14］。且在大鼠神经损伤后，脊髓小胶质细胞激活所释放的BDNF增强了对兴奋性神经元的突触传递，但减弱了对抑制性神经元的突触传递，最终导致脊髓背角神经元的兴奋性升高［15-17］。另有实验发现，BDNF可增强大鼠脊髓背角广动力范围（Wide dynamic range，WDR）神经元的兴奋性，并产生痛敏行为。随后在小鼠神经损伤后发现［18］，巨噬细胞集落刺激因子1（CSF-1）通过小胶质细胞释放的BDNF激活突触前和突触后TrkB受体，引起谷氨酸释放和N-甲基-D天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）受体功能改变，从而提高了兴奋性背角神经元的兴奋性突触传递。而BDNF截短型受体TrkB.T1的缺失可减轻神经炎症及疼痛反应的发生［19］。进一步研究表明，BDNF通过参与调控情绪的脑区来影响疼痛行为［20-21］，如吻侧前扣带皮层（Rostral anterior cingulate cortex，rACC）、杏仁核和中脑导水管周围灰质（Midbrain periaqueductal grey，PAG）等，并对疼痛所引起的一些负性情感进行了更进一步的探索。随着表观遗传学的快速发展，发现BDNF基因与疼痛的超敏反应也有着很大联系。CHAO等实验显示，BDNF基因启动子的去甲基化在调控背根神经节（Dorsal root ganglion，DRG）中的表观遗传增强，并介导痛觉过敏［22］。以上结果表明，BDNF及其下游信 号 通路，比 如PI3K/Akt、ERK和mTOR等均参与神经病理性疼痛的发生发展进程［11，23-24］。因此，BDNF不仅对神经元的存活发育和凋亡起着重要作用，且在神经损伤后，通过与TrkB受体结合致使神经炎症的发生及背角兴奋性神经元的过度兴奋，从而进一步调控神经病理性疼痛的脊髓中枢机制。

2 PI3K/Akt信号通路在神经病理性疼痛的作用

在生理条件下，PI3K/Akt信号通路的激活可通过以下4种途径来实现：酪氨酸激酶RTK、G蛋白偶联受体、整合素及细胞因子［25］。其中主要通过细胞膜上的磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）达到激活PI3K的目的。具体活化的方式是RTK或RAS激活的Ⅰ类PI3K磷酸化PIP2，使PIP2转变成磷脂酰-3，4，5-三磷酸（PIP3）［26］，并随着细胞外环境的特定信号刺激诱导细胞内膜组成成分的变化，随后募集具有PIP3结合域的蛋白质（丝氨酸/苏氨酸激酶PDK1和Akt）［25-27］。3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1（PDK1）在Ther308和Ser473处磷酸化Akt，最终激活PI3K/Akt信号通路［28］，并对细胞的基本功能，例如增殖、生长、细胞迁移、代谢和存活产生重要影响。早有实验报道，在骨癌痛模型中，单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）可能通过PI3K/Akt信号通路激活脊髓小胶质细胞导致神经炎性疼痛的发生［29］。在坐骨神经慢性挤压伤模型（Chronic constriction injury model，CCI）中，抑制PI3K/Akt信号通路能够抑制脊髓星形胶质细胞、小胶质细胞及神经生长因子的表达，减轻机械痛阈值［30］。同时抑制PI3K/Akt信号通路，阻止炎症反应发生，缓解神经病理性疼痛［31-33］。在CCI模型中，PI3K/Akt信号通路能引起大鼠脊髓背角神经元兴奋性的增强，进而导致中枢敏化的发生［34］。在神经病理性疼痛诱导的负性情绪下，抑制PI3K/Akt信号通路能改善神经病理性疼痛大鼠的痛敏行为和认知障碍［35］。因此，在神经病理性疼痛状态下，抑制PI3K/Akt信号通路可影响炎症反应发生并干预中枢敏化形成，从而缓解疼痛反应。

3 BDNF介导的PI3K/Akt信号级联反应在电针治疗神经病理性疼痛的作用

神经病理性疼痛是一种严重影响患者生存质量的神经系统疾病，因其复杂的病理生理学机制，寻找一种有效的治疗手段尤为迫切。在中国及一些亚洲国家，针灸治疗疾病已有三千多年的历史，将针插入特定穴位以达到治疗效果。电针镇痛已广泛应用于临床治疗神经病理性疼痛，且在国际学术界也得到了认可［36］。电针镇痛主要通过调控脊髓胶质细胞的激活、炎症因子及相关神经递质的释放、离子通道及相关信号通路的激活实现。但关于电针的潜在机制仍有待进一步阐明。

有文献报道，BDNF介导的PI3K/Akt信号级联反应具有调控神经元保护、凋亡及发育的作用，对自噬、脑缺血和认知障碍等神经系统疾病都有重要影响［37-39］。而在神经病理性疼痛模型中也发现，脊髓小胶质细胞释放的BDNF能够增强炎症反应与背角神经元的兴奋性［40-42］。NMDAR激活后，BDNF通过PI3K/Akt信号传导诱导突触后致密蛋白-95（Postsynaptic density-95，PSD-95）向树突的转运［43］。众所周知，NMDAR在中枢敏化的形成中有至关重要的地位，也是判断中枢敏化发生的一个经典受体。而脊髓PI3K/Akt信号通路也早已被证明参与了中枢敏化的发生发展［34］，与炎症反应有着密切联系［32-33］，并参与了小胶质细胞激活后的炎症因子释放［44］。因此，在神经病理性疼痛状态下，BDNF与PI3K/Akt信号通路均参与了脊髓水平的炎症反应及中枢敏化形成，这说明BDNF与PI3K/Akt信号通路在神经病理性疼痛的脊髓中枢中可能存在潜在的交互作用，共同影响疼痛行为的发生发展。XU X等研究发现，在坐骨神经损伤（Sciatic nerve injury，SNI）大鼠模型中，抑制脊髓小胶质细胞的BDNF和PI3K分子的表达，能缓解神经病理性疼痛［11］。释放的神经营养因子能上调PI3K/Akt信号通路和下调NF-kB信号通路，从而调节小胶质细胞的极化状态并减轻大鼠的疼痛［45］。这进一步说明脊髓小胶质细胞释放的BDNF与PI3K/Akt信号通路共同参与了炎症反应的发生，且存在相互作用。因此，BDNF通过介导PI3K/Akt信号级联反应导致小胶质细胞激活和炎症反应发生，进而促使中枢敏化形成。

有研究报道，针灸可促进内源性阿片样物质、肾上腺素和5-HT的释放，并通过NMDA/AMPA/KA途径来干扰中枢敏化的进程［46］。XING GG等研究发现，2 Hz电针能够促使L5和L6脊神经结扎（Spinal nerve ligation，SNL）大鼠长时程抑制（Long-term depression，LTD）的形成［47］。我们前期的实验结果说明，电针镇痛机制与α7烟碱乙酰胆碱受体（α7 nicotinic acetylcholine receptor，α7nAChR）引发的胆碱能抗炎系统有重要关联［36］。在神经病理性疼痛模型中，电针能明显下调脊髓水平的炎症反应［48］。这说明，电针可通过干扰中枢敏化和抑制炎症反应的发生，从而达到减缓疼痛行为。而在中枢敏化的发展过程中，BDNF与PI3K/Akt信号通路是极其重要的影响因素。

综上所述，电针镇痛机制与BDNF介导的PI3K/Akt信号级联反应可能存在重要联系。我们认为这种作用机制可能是：在神经病理性疼痛状态下，电针通过BDNF介导的PI3K/Akt信号通路抑制脊髓炎症反应的发生，阻止中枢敏化的形成，从而达到镇痛作用。

4展 望

近年来，神经病理性疼痛的临床治疗方式多依赖于药物，如阿司匹林、扑热息痛或非甾体抗炎药（NSAID）等［49］。但因其不良反应大，对于疼痛患者的治疗仍然达不到理想效果。电针治疗神经病理性疼痛在国内多有运用，在治疗效果和体验感方面都有良好表现，且不良反应小，在国外越来越多的患者也开始接受针灸治疗。因此，关于电针的潜在镇痛机制一直是我们非常关注的科学问题。基于此，我们推测电针的主要镇痛机制可能是通过调控脊髓小胶质细胞释放的BDNF所介导的PI3K/Akt信号通路来抑制炎症反应，阻碍中枢敏化，进而减轻痛敏行为。而进一步探索此机制将对阐明其治疗神经病理性疼痛的新靶点有重要的临床意义。