肠道菌群在神经病理性疼痛中作用的研究进展

吕彦函，余卓颖，李 民

北京大学第三医院 麻醉科，北京 100191

神经病理性疼痛(neuropathic pain，NP)是指由躯体感觉系统的损害或疾病导致的疼痛，在普通人群中的患病率为6.9%～10%[1]。NP表现为自发性或诱发性疼痛、痛觉过敏和痛觉超敏，由此引起的不愉快的感觉会导致睡眠、疲劳和情绪障碍[2]。然而，神经病理性疼痛的主要机制仍不清楚，推荐作为一线治疗的药物的止痛效果并不令人满意。

目前，大量研究表明肠道菌群的产物可以通过调节免疫反应来调节痛觉[3]，在腹痛、阿片类药物耐受、头痛、炎性疼痛和NP中起着关键作用[4]。 Toll样受体(Toll-like receptor，TLRs)可以识别微生物来源的配体，当被激活时，它们的下游信号通路有助于持续产生多种免疫促炎介质[5]，调节肠道和中枢神经系统的炎性反应。本文主要对肠道菌群及其通过Toll样受体在NP方面的研究进展进行综述。

1 肠道菌群与中枢神经系统

肠道菌群和中枢神经系统(central nervous system, CNS)之间的通讯，称为微生物-肠道-脑轴。肠道菌群通过免疫、 激素和神经信号在肠道和中枢神经系统(包括大脑和脊髓)之间的双向交流中起着至关重要的作用。

随着医学研究的深入，肠道菌群及微生物-肠道-脑轴与疼痛调节的关系越来越受到关注。在慢性疼痛中，肠道菌群介导TLRs、 GABA受体、瞬时受体电位(transient receptor potential，TRP)和酸敏感离子通道(acid-sensing ion channels，ASICs)激活，可以直接或间接地调节周围神经系统神经元的兴奋性[6]。在中枢神经系统中，肠道菌群通过激活小胶质细胞、免疫浸润细胞，调节神经炎性反应来对中枢敏化进行诱导和维持[4]。

2 肠道菌群在NP中的作用

NP可能源于糖尿病、感染性疾病(带状疱疹病毒感染)、脊髓压迫损伤和自身免疫性疾病等。在目前常见的NP动物模型中，肠道菌群的作用研究已取得不同程度的进展。

2.1 SNI模型

肠道菌群可能在啮齿动物神经性疼痛以及抑郁样表型(包括快感缺乏)中发挥关键作用[7]，将快感缺乏样表型的坐骨神经损伤(spared nerve injury，SNI)模型大鼠的粪便菌群移植(fecal microbiota transplantation，FMT，也称为微生物群治疗)到假无菌小鼠，显著加重了这些小鼠的疼痛以及抑郁样和快感缺乏样表型。相比之下，来自耐药大鼠的粪便微生物群移植显著地恢复了假无菌小鼠的疼痛以及抑郁样和快感缺乏样表型。这表明肠道菌群在周围神经损伤引起的NP中可能起着重要作用。

2.2 CCI模型

小胶质细胞极化参与介导胶质细胞-神经元的相互作用，在中枢致敏和疼痛超敏反应发挥重要作用，肠道菌群通过产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)可能诱导海马和脊髓小胶质细胞的激活并向促炎表型极化，高度参与了NP的发展[8]，服用抗生素可诱导肠道菌群发生变化并减轻坐骨神经慢性压迫损伤(chronic constriction injury of the sciatic nerve，CCI)模型小鼠NP的发展。另有研究发现，肠道菌群通过调节促炎和抗炎 T 细胞对CCI导致的NP起着关键作用[9]。

2.3 CIPN

化疗诱导的外周神经病理性疼痛(chemotherapy-induced peripheral neuropathy, CIPN)是临床上由某些化学治疗药物(长春新碱、紫杉醇、铂金等)导致的不良反应，可导致肠道菌群失调，诱导促炎介质的产生[10]。目前发现肠道菌群可调节由未知分子信号通路引起的CIPN，在施用奥沙利铂后，经抗生素治疗组小鼠背根神经节(DRG)中巨噬细胞和细胞因子(IL-6和TNF-α)的浸润相比对照组显著减少[11]，此外，研究表明高浓度的益生菌配方(每袋4 500亿细菌)和SLAB51(一种益生菌制剂)也可以预防紫杉醇诱导的NP[12-13]。

2.4 DNP

糖尿病神经病理性疼痛 (diabetic neuropathic pain, DNP) 是糖尿病最常见的慢性并发症，此外糖尿病可导致肠道菌群发生改变[14-15]。目前有个案报告称，对一名2型糖尿病患者采用FMT，缓解了糖尿病神经性疼痛并且保持了血糖稳定，这表明FMT可能是治疗糖尿病或糖尿病相关并发症患者的一种有前途的治疗方法[16]。此外，NP和血浆 SCFAs水平之间存在潜在联系，肠道菌群/SCFAs及其下游途径可能是改善早期肥胖和早期糖尿病引起的NP的目标[17]。

但到目前为止，肠道菌群介导的疼痛进展的具体机制很大程度上仍不清楚，所以还需要进一步研究肠道菌群影响 NP的途径，并寻找潜在的治疗策略来减轻 NP症状。

3 Toll样受体

Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)是一类跨膜模式识别受体家族，通过识别外源性配体、致病相关分子模式和危险相关分子模式来介导先天免疫和获得性免疫，不仅在免疫系统中表达，在神经系统的神经元和非神经细胞(如星形胶质细胞和小胶质细胞)中也有表达[18]。

当组织或细胞在受到损伤或其他情况时,可释放出一类物质被Toll样受体等识别诱导免疫应答的发生，这类物质被称为损伤相关分子模式(damage associated molecular patterns, DAMPs)。源自肠道微生物群的病原体相关分子模式 (pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)，如脂多糖(Lipopolysaccharide, LPS)、肽聚糖(peptidoglycan, PGN)和其他细胞成分包括SCFAs、鞭毛蛋白等作为慢性疼痛外周致敏的关键介质，可被不同的TLR识别，然后通过一系列蛋白质级联反应激活细胞因子，从而有效地激活天然免疫系统， 致使免疫细胞释放了大量的细胞因子和趋化因子，进而改变了伤害性感觉神经元的传导和传递[19]。

3.1 LPS与TLR4

TLR4在NP的发生中可能起着不可或缺的作用。LPS通过TLR4独立和膜分隔方式激活TRPA1(transient receptor potential A1) 引起伤害性神经元去极化和放电，支持 TRPA1在NP中的作用[20]。另一方面，LPS还通过TLR4激活辣椒素受体TRPV1介导的辣椒素反应，包括细胞内钙积累和内向电流，并诱导伤害感受神经元的激活。此外，用外源配体直接刺激TLR，例如LPS对TLR4的刺激，也会引起疼痛[21]。

伊立替康化学治疗后，小鼠的空肠、回肠和结肠的肠黏膜结构遭到破坏，导致肠黏膜通透性增加。细菌易位通过释放LPS导致星形胶质细胞和小胶质细胞的激活，TLR4识别LPS并促进胶质细胞活化后，触发了一系列TLR4介导的信号传导通路并引发持续性NP，而Tlr4敲除小鼠可以缓解这种疼痛[22]。

3.2 SCFAs与TLR4

在中枢神经系统中，TLR4和TLR2 主要表达在神经胶质细胞中，并有助于神经损伤诱导的脊髓神经胶质细胞活化，这是神经性疼痛发展所必需的。SCFAs可以通过TLR4/NF-κB信号通路激活脊髓小胶质细胞[23]。此外，TLR2识别损伤组织释放的DAMPs介导炎性反应，MyD88通过诱导 TLR2激活 NF-κB，增加促炎因子的产生，如TNF-α、IL-1β 和 IL-6[24-25]。TLR2或TLR4缺陷小鼠的小胶质细胞的活性显著降低，同时NP症状也随之减轻，对疼痛的抵抗力更强[26]。

3.3 鞭毛蛋白与TLR5

TLR5与神经丝蛋白-200(neurofilament-200)共同表达于DRG的大直径A纤维神经元中，在神经病理性疼痛诱导中发挥重要作用[27]。当受到鞭毛蛋白刺激时，TLR5也促进免疫细胞释放促炎介质，这有助于NP的发展[28]。TLR5的激活同时也导致膜不通透性利多卡因衍生物钠通道阻滞剂QX-314进入神经元，导致主要位于小鼠DRG的A纤维的钠电流的阻断，并成功地抑制了化学治疗、糖尿病神经病变和神经损伤后的机械性超敏[27]。

4 肠道菌群和Toll样受体：潜在的治疗靶点

尽管 NP难以治疗，其机制至今仍不清楚，但越来越多的研究表明，肠道菌群可能是改善 NP的一个潜在希望。因此，更好地了解肠道菌群与TLRs之间的相互作用，可能有助于对NP机制产生新的认识和开展新的治疗策略。通过饮食和药物的干预靶向作用于肠道微生物群可能是一种治疗NP的新策略。现在多项研究表明益生菌有益于改善肠道上皮屏障功能，作为一种可能与NP相关的免疫信号传导抑制剂[2]，影响细胞因子的产生和 TLR2、TLR4的表达水平，调节免疫系统的活性。目前该领域的研究仍处于探索阶段，益生菌的副作用固然不容忽视，但在急性和慢性疼痛的临床治疗中利用益生菌或益生元，可能是一种治疗有效的方法。