NGF/ TrKA 信号通路在膝骨关节炎疼痛中的研究进展

李明超 王培民 殷松江 张 力 黄正泉 邢润麟

1.江苏省昆山市第三人民医院骨科，江苏昆山 215300；2.南京中医药大学附属医院骨伤科，江苏南京 210029

膝关节骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是引起膝关节疼痛的主要原因[1]，60 岁以上人群中，约9.6%的男性和18.0%的女性患有症状性骨关节炎[2]，该病已成为公共卫生的挑战[3]。目前尚无有效阻止该病进展的治疗方法[4-5]。阻断神经生长因子（nerve growth factor，NGF）对减轻KOA 疼痛有较好疗效，引起了临床对NGF及其主要功能受体原肌球蛋白受体激酶A（tropomyosin receptor kinase A，TrKA）和下游分子的关注。NGF 激活疼痛伤害感受的疼痛信号，引起疼痛和痛觉敏化。阻断NGF及其受体后，疼痛减轻。本文围绕NGF/TrKA 通路及其下游分子与KOA 疼痛的关系作一综述。

1 KOA 疼痛机制

疼痛伤害感受器广泛分布于皮肤、肌肉、关节，可对机械、温度、化学刺激等产生应答，并将信息传递到中枢神经。长期慢性疼痛使神经纤维激活的阈值降低，在较低的炎症刺激时即可被激活，引起痛觉敏化。KOA 疼痛包括炎症性疼痛和神经病理性疼痛，其神经生物学机制尚未阐明，但两者之间相互影响[6]。

2 NGF/TrKA 通路与KOA 疼痛

NGF 可调节神经元的生长发育，对慢性疼痛、KOA 疼痛有重要作用。TrKA 是NGF 的特异性高亲和力受体。NGF与TrKA 结合激活Ras/MAPK、PI3K/Akt、PLCγ 等多种信号通路[7]（图1A），对神经元的发育和存活以及痛觉具有重要作用。缺乏NGF 会导致深度痛觉丧失；缺乏TrKA 时不仅对疼痛刺激没有反应，还伴有无汗和智力低下[8]。

有研究发现，向大鼠后足局部注射NGF，会引起痛觉过敏，注射促进TrKA 激活的非NGF 因子也会引起痛觉过敏；而使用TrKA 抑制剂可阻止NGF 引起的痛觉过敏[9]。NGF 呈TrKA 依赖性地诱导的膝关节痛觉敏感性[10]，这表明NGF 通过TrKA 诱导疼痛和痛敏反应。

当膝关节局部机械应力增加或受到刺激时，免疫细胞合成NGF 增多，刺激肥大细胞表达组胺、5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、H+及释放更多的NGF，形成正反馈环路（图1A）。NGF 又可进一步激活瞬时感受器电位香草酸受体1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1）和其他离子通道，导致膝关节痛觉过敏[11]。

3 NGF/TrKA 通路与KOA 疼痛相关病理变化

KOA 早期，疼痛为活动后加重，休息可缓解；中期，疼痛时间增加，出现夜间痛；晚期，多为持续疼痛、静息性疼痛。这种不同时期的不同疼痛表现，可能与病理变化不同有关。KOA 患者关节液和血液中NGF与TrKA 的表达也随疾病进展而增加[12]，提示NGF/TrKA 通路与KOA 疼痛相关的病理变化有关。

3.1 痛觉敏化

痛觉敏化是KOA 疼痛的主要原因之一[13]，分为外周敏化和中枢敏化。NGF、TrKA 结合后，一方面促进Ca2+内流传导疼痛，调节TRPV1 过表达；另一方面，NGF/TrKA 复合体转运至背根神经节（dorsal root ganglion，DRG），影响DRG 神经元中TRPV1 的表达和激活，触发电压门控钠通道、缓激肽受体、酸敏感离子通道，参与DRG 中伤害感受器表面受体的表达，引发外周敏化[14]（图1B）。同时，NGF/TrKA 通路可促进神经末梢释放降钙素基因相关肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）、P 物质（SP）、痛觉肽等。这些神经肽又与中枢神经元相关受体结合，产生中枢敏化（图1C）。

图1 NGF/TrKA 信号通路与KOA 疼痛、痛觉敏化的关系

3.2 炎症

膝关节镜检查中，50%以上的KOA 患者有滑膜炎表现[15]。滑膜组织含有较多的TrKA 阳性神经纤维，因此，NGF/TrKA 通路可能通过滑膜炎症引起痛觉敏化。Neogi 等[13]在对KOA 的研究中，证明KOA 中的滑膜炎可导致广泛的痛觉敏化。

白细胞介素1β、转化生长因子β 等炎症因子，可直接作用于疼痛伤害感受器，产生炎症性疼痛；持续的炎症性疼痛引起外周敏化，敏化的神经末梢又可引起促炎因子分泌增加，形成恶性循环。这种炎症性疼痛与神经病理性疼痛之间的相互作用，可能是晚期KOA 疼痛反复发作、难以治愈的原因。

3.3 血管生成

血管生成，即从先前存在的血管生长出新的血管，是急性炎症向慢性炎症转变的关键步骤。在KOA患者的滑膜和软骨交界处可观察到血管生成和感觉神经分布，这些新生血管周围的神经纤维含有SP 和CGRP，具有促进血管形成和引起疼痛双重作用。

NGF/TrKA 通路促血管生成作用表现在：①NGF与内皮细胞表面TrKA 受体结合刺激内皮细胞增殖和毛细血管形成；②促进感觉神经末梢SP 和CGRP的释放，刺激血管生成；③NGF与巨噬细胞上的TrKA结合可释放血管内皮生长因子，刺激血管生成。见图2。

图2 NGF 的促血管生成作用

3.4 神经芽生

NGF 可诱导外周和中枢神经纤维芽生。研究发现，NGF/TrKA 通路可影响骨软骨交界处的感觉神经密度，通过抑制TrKA 可以减少骨软骨交界处的感觉神经密度[16]。用MRI 对骨髓损伤区域的微阵列分析显示，骨髓损伤区域促神经生长和炎症的相关基因均上调，最终神经与新血管生长并穿透关节软骨，使正常无神经支配的软骨结构有了新的疼痛感受器[16]。

3.5 软骨损伤

软骨退变是KOA 的基本病理改变，KOA 早期患者软骨中NGF 水平较低，而晚期NGF 水平升高[17]。NGF 和TrKA 的表达随KOA 阶段进展而增加。NGF通过增加硫酸黏多糖和基质金属蛋白酶的释放，增加软骨内基质的降解，参与软骨退变[18]。

4 NGF/TrKA 通路相关药物

4.1 西药进展

许多学者希望通过靶向NGF/TrKA 通路缓解疼痛[19]。目前，阻断该通路主要有以下方式：①NGF 抑制剂，可同时阻止NGF与TrKA 和p75NTR 两种受体的作用[19]；②抑制NGF与TrKA 结合；③选择性抑制TrKA[20]。

4.2 中药进展

部分天然药物也可通过抑制NGF/TrKA 通路下游信号分子TRPV1 起到止痛作用，如蜂毒能通过抑制大鼠DRG 中TrkA/TRPV1 通路起到镇痛作用[21]。但选择性TRPV1 拮抗剂多具有体温增高等不良反应[22-23]，局部外用药未出现该类效应[24]，具有更好的安全性。

5 结论及展望

目前，仍没有可以逆转KOA 病理进程的药物或方法。KOA 疼痛机制复杂，涉及多种关节结构[25]。有学者将KOA 分类为炎症表型、疼痛表型和代谢表型，这种分类有助于确定不同病理特征[4]、制订个体化治疗方案[26]，对于炎症表型为主者，以抑炎药物为主；对伴有神经病理性疼痛者，可结合阻断痛觉敏化的药物。

X 线检查可反映KOA 的病程进展，但与KOA 疼痛程度相关性较弱[27]。随着MRI 应用，发现滑膜炎症、骨髓损伤、关节积液等病理改变与疼痛程度相关性较高[13,28]，两种检查的影像主要在滑膜、软骨、骨髓水肿、积液等病理改变的成像中有差异，其中滑膜组织大多表达TrKA，骨髓水肿时NGF、TrKA 表达增加，由此可以发现MRI 能评估疼痛可能与NGF/TrKA通路有关。

NGF 通过促进炎症因子分泌和诱导神经元敏化来增加疼痛[28]。由于大分子抗NGF 单克隆抗体同时抑制NGF与P75NTR 受体的生理功能，存在安全隐患，增加关节置换机会[19]，因此美国食品药品监督管理局一度停止了抗NGF 的临床试验[29]。通过选择性抑制TrKA 或其下游信号通路[30]，可有效地缓解疼痛和痛觉敏化，又不阻断NGF与p75NTR 结合的生理功能，具有安全性上的优势。

综上所述，KOA 疼痛与炎症和痛觉敏化有关。炎症主要表现为滑膜炎，可促进KOA 病程进展[31]，通过治疗可减轻炎症性疼痛[32]；NGF/TrKA 信号通路与外周敏化关系密切，可加重炎症环境，是晚期KOA 疼痛反复发作的关键点。目前针对NGF/TrKA 信号通路开发的药物表现出较好的缓解疼痛作用，同时暴露出一些副作用，对该类药物的研发仍不成熟，对该通路进一步研究，可能为减轻KOA 疼痛、研发新型药物等提供新的思路。