張 欣，申 樂，黃宇光

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院麻醉科，北京 100730

糖尿病神經(jīng)病理性疼痛(diabetic neuropathic pain，DNP)是糖尿病最常見的并發(fā)癥之一，是全球重大的公共衛(wèi)生問題。我國成年人糖尿病的患病率為10.4%，病程較長的患者易發(fā)生明顯的多神經(jīng)病變[1]。麻木、疼痛和痛覺異常是DNP的主要癥狀[1]。近年來有關(guān)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)在DNP中樞和外周敏化中的機制研究越來越多。研究顯示，MAPKs的激活與DNP相關(guān)[2- 3]。本文主要總結(jié)近年來MAPKs在DNP中樞敏化和外周敏化中的機制以及治療的研究進展。

MAPKs信號通路概述

MAPKs是一組絲/蘇氨酸蛋白激酶，能夠感受細胞外刺激并引發(fā)廣泛的細胞內(nèi)應(yīng)答。經(jīng)典的MAPKs由細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)1/2、c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)1/2/3、p38亞型(α，β，γ和δ)和ERK5組成。每一組經(jīng)典的MAPKs由MAPK、MAPK激酶(MAPK kinase，MAPKK)、MAPKK激酶(MAPKK kinase，MAPKKK)這3個進化上非常保守的激酶組成，MAPKKK激活后可以激活MAPKK，進而激活MAPK引發(fā)一系列下游的生物學(xué)效應(yīng)，能夠介導(dǎo)增殖、分化、凋亡、免疫、炎癥等一系列細胞活動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[4- 6]。

中樞敏化和外周敏化

中樞敏化在疼痛的傳輸過程中，脊髓依賴局部興奮或者抑制性中間神經(jīng)元、N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)受體的激活、腦干的下行傳導(dǎo)系統(tǒng)等機制調(diào)控疼痛信號的輸出。在急性高強度的C纖維刺激、外周神經(jīng)損傷和炎癥的作用下，這些調(diào)節(jié)機制會發(fā)生轉(zhuǎn)變，使得脊髓對外界刺激的反應(yīng)性增高，進而導(dǎo)致中樞敏化[7]。涉及的機制主要包括NMDA受體的激活和5-羥色胺3(5-hydroxytryptamine 3，5-HT3)受體的激活。

外周敏化外周敏化是一種刺激物引發(fā)的傷害性感受器重塑[8]。受損細胞或者炎癥細胞釋放各種炎性介質(zhì)，使得損傷和炎癥部位的傷害性感受器功能發(fā)生改變，原本不足以引發(fā)或者不能引發(fā)傷害性信號傳導(dǎo)的刺激就可以產(chǎn)生疼痛的信號傳導(dǎo)，產(chǎn)生痛覺。致敏物質(zhì)包括白細胞介素- 1(interleukin- 1，IL- 1)、前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)、神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)、H+、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、CC趨化因子配體3(CC chemokine ligands 3，CCL3)、膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(glial cell-derived neurotrophic factor，GDNF)等，這些物質(zhì)與其受體或者傷害性感受器結(jié)合激活下游的蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)、磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)和ERK等信號，主要使瞬時受體電位(transient receptor potential，TRP)通道和電壓門控鈉離子通道受體發(fā)生磷酸化，導(dǎo)致外周敏化。

MAPKs信號通路與DNP

MAPKs信號在疼痛的發(fā)生和發(fā)展中有著重要的作用。最新研究表明，PKC/ERK信號通路和下游信號的激活是疼痛發(fā)生和鞏固的必要條件[9]，組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)1/c-Jun復(fù)合體通過JNK信號通路促進神經(jīng)損傷導(dǎo)致的神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生[10]，p38參與的炎性信號通路是骨癌痛發(fā)生的機制之一[11- 12]。在以DNP為模型的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)MAPKs在脊髓和脊髓背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglion，DRG)中都呈激活狀態(tài)，在不同的模型和不同的組織中，其細胞定位也不相同。在功能上，ERK激活后可以通過激活下游環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)、NMDA等信號導(dǎo)致DNP；p38主要通過上調(diào)DRG中疼痛相關(guān)離子通道蛋白以及炎癥因子的表達來引發(fā)DNP；JNK則通過與NMDA、單核細胞趨化蛋白- 1(monocyte chemotactic protein- 1，MCP- 1)相互作用來參與DNP的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，一些臨床藥物和新發(fā)現(xiàn)的活性物質(zhì)都能以上述機制為靶點，來緩解DNP中樞和外周敏化的癥狀。

ERK與DNPERK1是哺乳動物MAPK家族中第1個被鑒定出來的成員。生長因子、細胞因子、滲透壓的變化、G蛋白偶聯(lián)受體的配體都可以通過Raf/MAPK激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MEK)/ERK通路激活ERK，引發(fā)下游生物學(xué)效應(yīng)。

中樞敏化：ERK的激活是DNP中樞敏化的機制之一。1型糖尿病大鼠腰段脊髓背角中ERK1和ERK2的mRNA和蛋白表達量都顯著上升，其中，ERK1和ERK2蛋白的表達量呈時間依賴性，在注射鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)后3周達到高峰，鞘內(nèi)注射MEK抑制劑PD 198306可以使疼痛得到緩解[13]，另一項研究用鞘內(nèi)注射另一種ERK抑制劑U0126的方法驗證了ERK的磷酸化程度與疼痛呈正相關(guān)[14]。

活化的ERK在不同DNP模型中表達在不同的細胞中。在1型糖尿病大鼠DNP模型中，磷酸化的ERK1/2主要表達在脊髓背角的神經(jīng)元及小膠質(zhì)細胞中，而星形膠質(zhì)細胞中卻無表達[14]。另一篇研究的熒光共染結(jié)果則沒有發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元中磷酸化ERK的表達[15]，因此，磷酸化ERK是否在神經(jīng)元中表達存在一定爭議。在小鼠2型糖尿病模型中，ERK在脊髓背角中的激活主要發(fā)生于星形膠質(zhì)細胞中，神經(jīng)元細胞中也有少量激活，而在小膠質(zhì)細胞中沒有明顯激活[16]。

ERK激活后可以通過影響其他蛋白的變化來產(chǎn)生下游生物學(xué)效應(yīng)。1型糖尿病大鼠脊髓背角中神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞中的磷酸化ERK可以使NMDA受體的NR1亞基發(fā)生磷酸化，進而導(dǎo)致痛閾的下降[17]。在大鼠2型糖尿病模型中，脊髓背角中ERK、CREB和NMDA受體NR2B亞基的磷酸化水平與DNP的發(fā)生顯著相關(guān)[18- 19]，姜黃素可以抑制脊髓背角中ERK和CREB的磷酸化來緩解DNP癥狀[20]。

外周敏化：ERK在DNP外周敏化中的機制研究較少。Daulhac等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在1型糖尿病大鼠DNP模型中，DRG中磷酸化ERK1/2的表達量呈顯著上升趨勢，但他們并沒有指出在哪些類型細胞中表達增高。Dang等[18]研究結(jié)果顯示，在大鼠2型糖尿病模型中，DRG中的ERK和CREB磷酸化水與DNP的發(fā)生顯著相關(guān)。有研究提出，姜黃素也可以通過抑制DRG中ERK和CREB的激活來緩解DNP[20]。

p38與DNPp38α于1994年首先被發(fā)現(xiàn)，隨后p38β、p38γ和p38δ也相繼被鑒定出來。由于p38α表達量顯著高于其他亞型，所以絕大多數(shù)文獻中的p38 MAPK指的是p38α。當細胞受到應(yīng)激和炎癥因子刺激時，p38會被顯著激活，在免疫、炎癥、細胞增殖等方面發(fā)揮重要作用。

中樞敏化：脊髓中p38的磷酸化也是DNP發(fā)生的機制之一。研究發(fā)現(xiàn)，DNP模型脊髓背角中磷酸化p38顯著增加[14，21]。Sweitzer等[22]研究發(fā)現(xiàn)，單次或連續(xù)6 d給予p38抑制劑SD- 282都可以提升1型糖尿病大鼠的機械痛閾，對于熱痛閾來說，SD- 282可以阻止C纖維介導(dǎo)的熱痛閾降低，但對Aδ纖維介導(dǎo)的熱痛閾下降沒有影響。

p38的激活存在于小膠質(zhì)細胞[23]和神經(jīng)細胞中[14]，并且是一種慢性過程。研究表明，STZ誘導(dǎo)的大鼠1型糖尿病造模后1周至6個月，p38在脊髓背角中的小膠質(zhì)細胞中持續(xù)發(fā)生顯著激活，并且伴隨著神經(jīng)元數(shù)量的顯著減少[23]。

某些干預(yù)措施可以通過影響脊髓背角中p38的激活來緩解DNP癥狀?？虏蟮萚24]研究結(jié)果顯示，腹腔給予DNP大鼠NMDA拮抗劑MK- 801可以顯著抑制脊髓中p38磷酸化和NR1 mRNA表達量上調(diào)，進而緩解DNP癥狀，可見NMDA是p38的上游分子之一。除了基礎(chǔ)科研用的抑制劑外，腹腔給予氯胺酮能夠抑制脊髓中p38磷酸化來提升DNP大鼠痛閾[25]。持續(xù)腹腔給予臨床常用藥物利多卡因可以抑制1型糖尿病小鼠脊髓背角小膠質(zhì)細胞中p38的激活[26]，大麻素也有相似的效果和變化，其機制可能由大麻素受體2介導(dǎo)[27]。米諾環(huán)素可以顯著降低脊髓背角中p38磷酸化、小膠質(zhì)細胞激活及TNF-α、IL- 1β和iNOS的表達量，進而緩解DNP[28]。國內(nèi)少量關(guān)于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)針灸刺激的研究結(jié)果顯示，電針刺激DNP大鼠足底可以降低脊髓中p38磷酸化水平，進而緩解疼痛[29- 30]。

外周敏化：有研究顯示，DNP大鼠DRG中的磷酸化p38顯著增加[24，31]。在1型糖尿病大鼠DNP模型中，p38并未在DRG中的小膠質(zhì)細胞中激活，p38在DRG中激活細胞的定位也尚不清楚[32]。在2型糖尿病小鼠的DRG中，p38持續(xù)激活至少10周，在第8周達最高峰，經(jīng)免疫熒光證實，p38激活主要在神經(jīng)元中，其激活可能由NGF介導(dǎo)[33]。

p38的激活與疼痛相關(guān)離子通道蛋白表達的變化密切相關(guān)。Pabbidi等[34]發(fā)現(xiàn)，1型糖尿病小鼠DRG中瞬時受體電位香草酸亞型1(transient receptor potential vanilloid type 1，TRPV1)蛋白表達量和p38的激活量都呈上升趨勢，他們在體外細胞實驗中發(fā)現(xiàn)，給予p38抑制劑SB203580后，TRPV1蛋白的表達量顯著下降?？梢?，DNP小鼠熱痛閾的下降可能與DRG中激活的p38上調(diào)了TRPV1蛋白有關(guān)。Chattopadhyay等[35]研究結(jié)果顯示，給DNP大鼠接種能表達腦啡肽的質(zhì)粒后，大鼠的機械痛、熱痛、冷痛閾值都得到一定程度的回升，其主要機制可能是通過抑制PKC激活來抑制p38激活，進而下調(diào)DRG神經(jīng)元Nav1.7的表達。

p38激活可以介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，是DNP發(fā)生的主要原因之一，通過影響p38的磷酸化水平可以緩解DNP癥狀。研究顯示，在2型糖尿病小鼠的DRG中，iNOS、COX- 2和TNF-α顯著增加，給予p38抑制劑后，糖尿病小鼠的痛閾得到回升，DRG中炎性相關(guān)分子(iNOS、COX- 2和TNF-α)顯著下降，這些炎癥蛋白的變化主要發(fā)生在DRG神經(jīng)元中[33]。Khan等[36]研究發(fā)現(xiàn)，一種新型藥物anomalin可以緩解DNP小鼠的機械痛閾下降，抑制硝普鈉誘發(fā)的 N2a細胞中p38磷酸化，降低暴露于高糖環(huán)境的DRG原代神經(jīng)元中TNF-α、IL- 1β、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)和CCL- 2 mRNA的表達量。在原代培養(yǎng)的小膠質(zhì)細胞中，利多卡因可以顯著抑制小膠質(zhì)細胞中p38磷酸化和干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)導(dǎo)致的炎性因子釋放[26]。

中和炎性因子以及促進炎癥消退的策略在DNP模型中也取得一定療效。給DNP大鼠模型接種可溶性TNFα受體或IL- 10載體都可以通過影響p38的磷酸化和炎性因子釋放來緩解DNP癥狀[31，37]。體外實驗證明，Toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)拮抗劑可以顯著降低高糖環(huán)境下DRG神經(jīng)元磷酸化p38、TNF-α及熱休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)的表達[37]。

JNK與DNPJNK與p38 MAPK相似，在熱休克、電離輻射、氧化應(yīng)激、DNA損傷等細胞應(yīng)激狀態(tài)下激活，其主要功能與細胞增殖或者凋亡有關(guān)。

中樞敏化：DNP大鼠脊髓中的JNK也呈顯著激活狀態(tài)[14，38]，主要發(fā)生在神經(jīng)元細胞和小膠質(zhì)細胞中[14]。鞘內(nèi)注射JNK抑制劑SP600125可以使機械痛閾顯著回升。

JNK的激活處于通路的中間環(huán)節(jié)。給予NMDA受體抑制劑后，JNK的磷酸化程度顯著降低，DNP大鼠的痛閾也得到回升，說明NMDA的激活是JNK激活的上游[14]。鄭昌健等[39]研究發(fā)現(xiàn)，JNK/MCP- 1在DNP的發(fā)生中起到了重要的作用，抑制JNK激活可以顯著緩解DNP，加入MCP- 1激動劑可以逆轉(zhuǎn)這一效果，但不能促進JNK磷酸化，說明MCP- 1是JNK激活的下游分子。

目前關(guān)于通過抑制中樞JNK激活來抑制中樞敏化的研究較少。僅有國內(nèi)一篇研究報道，姜黃素可以呈劑量依賴性抑制DNP大鼠脊髓背角中的JNK和核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)磷酸化[40]。

外周敏化：DNP大鼠DRG傷害性感受神經(jīng)元和坐骨神經(jīng)軸突中的磷酸化JNK顯著增高，給糖尿病大鼠非達司他處理后，上述變化得到一定緩解[41]。姜黃素可以呈劑量依賴性地抑制DNP大鼠DRG中JNK和NF-κB的磷酸化[40]；加巴噴丁能顯著降低DRG中、小神經(jīng)元中JNK的激活，進而緩解大鼠DNP的癥狀[42]。

總 結(jié)

近年研究結(jié)果已經(jīng)充分顯示，DNP與脊髓、DRG和坐骨神經(jīng)中MAPKs的過度激活密切相關(guān)，抑制上述MAPKs的過度激活可以顯著緩解DNP的疼痛癥狀。然而，目前干預(yù)措施主要在動物水平，缺乏高質(zhì)量的臨床研究。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)和藥物研發(fā)的不斷進步，相信會有以過度激活的MAPKs為靶點、能夠顯著改善DNP癥狀的藥物進入臨床，提高DNP人群的生活質(zhì)量。