小胶质细胞上α7nAChR/BDNF/TrkB信号通路与神经病理性疼痛的关系研究

贾丹丹，黄 诚

（1.赣南医学院2019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）

国际疼痛学会（International association for the study of pain，IASP）将神经病理性疼痛（Neuropathic pain，NP）定义为“由躯体感觉神经系统的损伤或疾病而直接造成的疼痛”［1］，神经病理性疼痛为慢性疼痛，临床表现为自发性疼痛、疼痛过敏、异常疼痛和感觉异常等。传统观念认为神经病理性疼痛与神经元结构功能改变有关，但近年大量研究表明胶质细胞在痛觉的发生与发展过程中起关键作用，其中小胶质细胞与神经病理性疼痛关系密切。小胶质细胞是中枢神经系统（Central nerve system，CNS）中的巨噬样细胞，调节脑和脊髓的内稳态［2］，小胶质细胞通过其受体和信号通路等参与神经病理性疼痛的调制作用［3］。在正常生理条件下，小胶质细胞占胶质细胞总数的5%～20%，但神经损伤后，小胶质细胞的细胞形态、增殖能力、基因表达和功能发生改变［4-6］，小胶质细胞由静息态变为阿米巴样的激活态［7］。此外，小胶质细胞激活的极化状态分为M1型（促炎型）和M2 型（抗炎型），正常情况下，二者保持动态平衡，但神经损伤后，活化的小胶质细胞更倾向于M1 型，产生促炎因子［8］。综上所述，小胶质细胞通过复杂的信号通路和释放神经活性物质参与疼痛信号的转导与调控，本文主要探讨小胶质细胞上α7nAChR 及其介导的BDNF/TrkB 信号通路与神经病理性疼痛的关系。

1 小胶质细胞上α7nAChR与神经病理性疼痛

1.1 α7nAChR 的分子生物学特点乙酰胆碱受体（Acetylcholine receptor，AChR）包括烟碱型乙酰胆碱受体（Nicotinic acetylcholine receptor，nAChR）和毒蕈碱型乙酰胆碱受体（Muscarinic acetylcholine receptor，mAChR）。nAChRs 属于半胱氨酸环受体家族，半胱氨酸环类离子通道受体还包括A 型γ-氨基丁酸受体（GABAAR）、5-羟色胺受体（5-HT3R）、甘氨酸受体（GlyR），每个受体由5个单独的亚单位组成，亚单位聚集在一起形成五聚配体门控离子通道，人类基因组中，这些亚基由16个基因编码，包括α1～α7、α9、α10、β1～β4、δ、ε 和γ8。α4β2 和α7 两种亚型在中枢神经系统中分布最多，而α7nAChR（α7-niccotinic acetylcholine receptor）是其中特殊的一种亚型，由5个相同的亚单位构成，每个亚基由502个氨基酸组成，包括胞外结构域、4个跨膜结构域（Transmembrane domain，TM）、胞内结构域。其中TM2 跨膜结构域构成中心孔道的内壁，形成通道的门控结构［9-11］。在神经系统内，α7nAChRs 主要分布于皮层、海马、外侧膝状体核、纹状体、脊髓背角神经元和胶质细胞等［12-13］。研究表明，α7nAChR 不仅表达于神经元，还存在于星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞、前体细胞和脑内皮细胞等非神经元细胞［14-16］。α7nAChR在突触前膜、突触后膜、突触周围或突触外部位发挥作用，突触前膜α7nAChR兴奋可增强囊泡和突触前膜的融合、胞吐及钙内流兴奋电压依赖性钙通道，使突触前膜去极化，进而增加或激发递质释放，如谷氨酸、多巴胺和GABA等，突触后膜α7nAChR 兴奋既能直接兴奋神经元，又能调节GABA 的释放［17］，提示α7nAChR 具有调节神经元的功能。

1.2 小胶质细胞的α7nAChR 与神经病理性疼痛越来越多的研究证明，小胶质细胞对神经病理性疼痛的发展与维持起关键作用［3］。研究表明，α7nAChR 激活后可产生明显的抗伤害性刺激和镇痛作用，且作用部位位于脊髓［18］。Lemairamin（又称wgx-50）为α7nAChR 的激动剂，它可以激活小胶质细胞α7nAChR并通过脊髓IL-10/β-内啡肽途径产生镇痛效果［19］。BAGDAS D 等［20］的研究证实了GAT107（α7nAChR 的变构激活剂和正向调节剂）在慢性炎症和神经病理性疼痛小鼠模型中的抗炎和镇痛作用。反复给予选择性α7nAChR 激动剂可降低神经病理性疼痛模型大鼠的痛觉超敏反应，并逆转神经炎症和神经退行性病变（如巨噬细胞浸润，轴突致密性和直径减少，髓鞘明显丢失）［21-22］。研究发现，强啡肽A 有助于神经病理性疼痛的发生和维持，通过激活小胶质细胞α7nAChR 降低强啡肽A 的表达是治疗神经病理性疼痛的潜在靶点［23］，组织被破坏时发生的炎症反应可导致机体疼痛信号通路的激活，使得痛觉过敏和异常疼痛的敏感性增强［24］。因此，炎症与神经病理性疼痛有着密切关系，而小胶质细胞上的α7nAChR 能通过胆碱能抗炎通路参与抑制炎症反应［25］。

神经炎症参与各种神经退行性疾病和精神疾病的发生发展，如中风、脊髓损伤、多发性硬化症、帕金森病、阿尔茨海默病、抑郁症、精神分裂症、神经病理性疼痛和癫痫等［26-27］。神经炎症主要由小胶质细胞和星形胶质细胞等中枢神经胶质细胞介导，激活小胶质细胞α7nAChR能够抑制多种促炎分子的产生，进而调节小胶质细胞的活性。此外，α7nAChR上调小胶质细胞上谷氨酸转运体GLAST（Glutamateaspartate transporter），从而增强突触谷氨酸的清除作用，最后起到神经保护作用［16］。也有研究发现，α7nAChR 的抗炎作用是通过抑制核转录因子-κB（Nuclear factor kappa B，NF-κB）和激活Janus 活化激酶2/信号传感器和转录激活子3（JAK2/STAT3）细胞内信号通路实现的［28］。综上所述，小胶质细胞的α7nAChR激活是抗炎镇痛途径的核心因素。

2 小胶质细胞的BDNF/TrkB信号通路与神经病理性疼痛

2.1 BDNF 的生物学特性脑源性神经营养因子（Brain derived neurotrophic factor，BDNF）是于1982年由德国神经化学家BARDE 等首次从猪脑中分离纯化出具有促进神经生长活性的一种蛋白质［29］。人的BDNF 基因位于11 号染色体的近端短臂上（11q13），由11个外显子组成，是单拷贝基因［30］，BDNF 基因有4个5′外显子（外显子I-I V）与不同的启动子相关，1个3′外显子（外显子V）编码成熟的BDNF 蛋白［31-32］。BDNF 分子单体是由119个氨基酸残基组成的分泌型成熟多肽，分子量为13 kD，主要由β 折叠和无规卷曲组成，含有3个二硫键，为一种碱性蛋白质，分析表明BDNF 的氨基酸序列有相当一部分与神经生长因子（Nerve growth factor，NGF）相同，故通称为神经营养因子（Neurotrophic factor，NTF）。BDNF分布于嗅球、皮层、海马、下丘脑、脑干和脊髓等［33］中枢神经系统内，对神经元生长发育、分化成熟及抵御外来侵袭等起重要的调节作用［34］。

2.2 小胶质细胞的BDNF/TrkB 信号通路与神经病理性疼痛BDNF 有两类受体，一类为高亲和力的受体Trk（原肌球蛋白受体激酶）家族，Trk 家族包括TrkA、TrkB 和TrkC 三种蛋白，分别由NTRK1、NTRK2 和NTRK3 基因编码，TrkA 与神经营养因子（NGF）结合，TrkB与BDNF和神经营养因子4（NT-4）结合，TrkC与神经营养因子3（NT-3）结合；另一类为低亲和力受体脑源性神经营养因子前体（P75 neurotrophin receptor，P75NTR），除了可促进神经元的生长，还可调控细胞的死亡［35］。

通过对STZ 构建的糖尿病神经病理性疼痛（Diabetic neuropathic pain，DNP）大鼠模型的研究，发现氯胺酮可激活脊髓背根的BDNF/TrkB 通路，促进神经突起再生，对DNP 有着明显改善作用［36］。另有研究显示，巴马汀通过抑制BDNF/TrkB 通路和ERK1/2 磷酸化减少疼痛传递［37］。此外，电针可通过抑制脊髓小胶质细胞的激活并阻断BDNF/TrkB信号通路来达到镇痛效果［38］。以上证据表明，BDNF/TrkB在神经病理性疼痛起着重要的作用。

BDNF 与长时程增强（Long-term potentiation，LTP）的诱导和维持有关，而LTP 又是突触可塑性的表现形式之一。BDNF 可以调节活性依赖突触可塑性，TrkB 也与之相关，N-甲基-D 天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体和α-氨基-3 羟基-5 甲基-4异恶唑（Alpha-amino-2-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic add，AMPA）受体与突触可塑性密切相关。NMDA 受体是由NR1、NR2A 和NR2B 亚基组成的异聚体，NR2B 的激活会影响NMDA 受体介导中枢敏化，BDNF 与TrkB 受体结合引发NMDAR 介导的中枢敏化，增强突触传递能力［39-41］，而中枢敏化在神经病理性疼痛的产生和维持中发挥重要作用。

钾氯联合转运蛋白2（K+-Cl-cotransporter 2，KCC2）和钠钾氯联合转运蛋白1（Na+-K+-Cl-cotransporter 1，NKCC1）主要调节神经系统氯离子稳态，KCC2 使氯离子转运到胞外，NKCC1 将氯离子转运到胞内，共同调节神经元的兴奋性［42］。有研究发现，在周围神经损伤后模型中，鞘内注射KCC2 拮抗剂或敲除KCC2 基因，可以显著降低大鼠痛阈，KCC2 的表达下降，可使GABA 向兴奋性转化，进而促进神经病理性疼痛的形成［43］。众所周知，中枢GABA 能神经元对痛觉感受神经元有抑制性突触作用，可调制痛觉信息。GABAA受体为GABA 受体亚型之一，而KCC2/NKCC1 改变会导致氯离子失衡，进而使GABAA受体抑制性转为兴奋性，神经损伤后会降低GABA 受体介导的抑制性突触传递，调节疼痛。NMDA 受体和GABAA受体存在交互作用，NMDA 受体亢进，钙蛋白酶激活，水解KCC2，使KCC2 下降，会使GABA 能神经元去抑制，产生痛觉超敏［44-47］。有研究表明，坐骨神经松结扎可使脊髓背角BDNF 表达上调，KCC2 则呈现下降趋势，而给予TrkB 拮抗剂会逆转KCC2 的表达下调，并抑制疼痛［48］。这提示，神经损伤后，抑制BDNF/TrkB 通路，下调KCC2表达后，会缓解神经病理性疼痛。

3 小胶质细胞的α7nAChR/BDNF/TrkB 与神经病理性疼痛

在正常情况下，小胶质细胞处于静息状态（胞体较小、分支较多，呈多角形或扁形），静息状态下小胶质细胞起免疫监控作用。当神经损伤或发生炎症后，小胶质细胞被激活，表现为胞体较大、突起回缩，呈变形虫样［49-51］，分泌生长因子、细胞因子和活性氧。活化的小胶质细胞在不同的环境下呈现两种状态：M1 型（促炎性，为经典激活）和M2 型（抗炎型，为替代激活），M1 型分泌肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）和CD16/32等，M2型分泌BDNF、神经胶质细胞衍化营养因子（GDNF）、转化生长因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β）、肿瘤坏死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF）、白介素-4（IL-4）和白介素-10（IL-10）等［52-53］。在CCI 模型中，脊髓后角的M1 和M2 型小胶质细胞呈活化状态，在术后第7 d 和14 d，小胶质细胞转为M1 型，这些结果表明，M1/M2 的合理转换可缓解神经炎症和神经病理性疼痛［54］。

胶质细胞的α7nAChRs 通过调节兴奋性下行通路（如NMDA 受体诱发痛觉过敏）和抑制性下行通路（BDNF/TrkB/KCC2），起到抑制炎症反应和中枢敏化的作用。有研究发现，α7nAChRs 变构激活剂可明显缓解瑞芬太尼诱发的大鼠术后痛觉过敏，脊髓水平α7nAChRs 激活会抑制小胶质细胞活化，进而减少BDNF 和TrkB 的表达，提高KCC2 含量，减轻痛觉过敏［55］，神经损伤或疾病可激活小胶质细胞，小胶质细胞α7nAChR 表达下降，致使抗炎能力减弱，M1/M2型动态平衡被打破，趋向于M1型，此外，BDNF大量表达，通过TrkB信号通路来调控慢性疼痛。

4 展 望

神经病理性疼痛是神经科常见症状之一，因病因多种多样，机制更是繁琐复杂，现有药物疗效有限，且不良反应较大，导致治愈难度加大，一直影响患者身心健康，并严重影响人们生活质量。近年来大量研究表明，小胶质细胞在神经病理性疼痛的发生发展过程中起关键作用，本文所述，激活小胶质细胞α7nAChR，通过抑制BDNF/TrkB 信号通路，可缓解神经病理性疼痛。近几年，随着中医药事业的快速发展，中草药不良反应小，治疗潜能巨大。因此，研发可用于α7nAChR/BDNF/TrkB 通路的中草药，有望成为开发镇痛药物的新切入点，为患者带来福音。