吳松斌 楊少敏 黃佳彬 孫武平 熊東林 肖禮祖
(華中科技大學(xué)協(xié)和深圳醫(yī)院疼痛科,深圳市疼痛學(xué)實(shí)驗(yàn)室,深圳, 518052)
水痘-帶狀皰疹病毒 (varicella zoster virus, VZV)是一種人類(lèi)嗜神經(jīng)皰疹病毒[1]。VZV 的原發(fā)性感染通常會(huì)導(dǎo)致水痘,水痘痊愈后病毒可在神經(jīng)節(jié)中建立潛伏感染(見(jiàn)圖1)[2]。健康人群中潛伏感染的VZV 并不具備致病性,而在老年人或免疫系統(tǒng)低下人群中,潛伏的VZV 可能會(huì)重新激活,并導(dǎo)致帶狀皰疹(herpes zoster, HZ),表現(xiàn)為急性局部皰疹樣皮膚損傷[3]。研究表明,5%~30%的HZ 病人在皮膚損傷恢復(fù)后可能會(huì)遭受持續(xù)超過(guò)3 個(gè)月的劇烈疼痛,這種由VZV 誘發(fā)的神經(jīng)病理性疼痛稱為帶狀皰疹后神經(jīng)痛 (postherpetic neuralgia, PHN)[4]。
圖1 感覺(jué)神經(jīng)神經(jīng)節(jié)VZV 潛伏期的建立以及HZ 的發(fā)病示意圖 [4]
據(jù)報(bào)道,接種VZV 疫苗可以在一定程度上預(yù)防HZ 和PHN 發(fā)生,但不能用于HZ 和PHN 治療,同時(shí)疫苗也缺乏長(zhǎng)期的上市后監(jiān)測(cè)。HZ 發(fā)病后,缺乏有效的治療方法用于預(yù)防或延緩PHN 發(fā)生。抗病毒藥物與糖皮質(zhì)激素(如潑尼松)的聯(lián)合使用在臨床上具有降低PHN 風(fēng)險(xiǎn)的潛力,但在皰疹皮損發(fā)生后的有效用藥時(shí)間較短[5]。發(fā)病早期及時(shí)、有效用藥意味著需要在HZ 或病毒重新激活的早期狀態(tài)下進(jìn)行快速診斷,但在臨床上很難實(shí)現(xiàn)。即使HZ 病人得到了快速的診斷和治療,其對(duì)預(yù)防和減輕相關(guān)疼痛的效果仍然有限[6]。PHN 病人長(zhǎng)期伴有的頑固性疼痛將導(dǎo)致其身體殘疾、睡眠不良和心理社會(huì)功能障礙等。這不僅嚴(yán)重干擾他們的正常生活,同時(shí)也極大增加了家庭和社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[7,8]。由于全球老齡化人口不斷增長(zhǎng),在未來(lái)十年中,HZ 和PHN的發(fā)病率將呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì),PHN 的有效防治將成為亟待解決的健康問(wèn)題[9]。
目前,對(duì)于PHN 的治療方法雖多種多樣,但從根本上均無(wú)法徹底治愈PHN,仍有相當(dāng)一部分病人得不到有效地控制,究其根本原因在于PHN 的病理機(jī)制尚未明確[10]。動(dòng)物疾病模型是醫(yī)學(xué)科學(xué)研究不可或缺的重要工具,可被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)病理學(xué)、實(shí)驗(yàn)生理學(xué)和治療藥物篩選等研究。鑒于PHN在臨床治療上的種種難題以及未知的致病機(jī)理,如能尋找到與臨床癥狀相似的PHN 動(dòng)物模型用于PHN 的病理機(jī)制研究將有助于PHN 的有效治療。
事實(shí)上,一些PHN 嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型已被報(bào)道。1999 年,F(xiàn)leetwood-Walker 等[10]首次證實(shí)了足底接種VZV 感染物能夠誘發(fā)大鼠產(chǎn)生異常疼痛行為。然而,該模型不能有效模擬PHN 病人的所有臨床特征。此外,由于VZV 病毒感染具有嚴(yán)格的人類(lèi)特異性,使得VZV 在動(dòng)物模型中無(wú)法建立有效的復(fù)制性感染,這成為了阻礙病毒增殖與皰疹相關(guān)疼痛之間關(guān)系的研究[11]。為了解決這一難題,研究人員已經(jīng)嘗試用替代的建模方法來(lái)研究VZV 感染,包括接種人類(lèi)胎兒組織的嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷(severe combined immune deficiency, SCID)小鼠模型的VZV病毒感染[12];用猴水痘病毒(simian vari cella virus,SVV,一種導(dǎo)致猴水痘皰疹的VZV 同源病毒)接種恒河猴[13];接種單純皰疹病毒1 型(herpes simplex virus, HSV-1,一種類(lèi)似于VZV 的嗜神經(jīng)病毒)。其中,已有相關(guān)報(bào)道HSV-1 感染可在嚙齒動(dòng)物模型中誘發(fā)PHN 樣皰疹性疼痛,并且由于能夠模擬自然病毒感染和易于成模,使得HSV-1 受感染的嚙齒動(dòng)物模型更為常用[14,15]。
本文主要綜述目前國(guó)內(nèi)外PHN 動(dòng)物模型的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹VZV 與HSV-1 誘導(dǎo)的PHN 動(dòng)物模型的建立方法和疼痛行為學(xué)表現(xiàn)。該模型的應(yīng)用對(duì)于PHN 病理機(jī)制探索和相關(guān)藥理學(xué)研究具有重要的價(jià)值。
VZV 和HSV-1 屬于人類(lèi)嗜神經(jīng)性α 皰疹病毒,通常在人類(lèi)生命早期感染[16]。初次感染后,VZV和HSV-1 都在人類(lèi)外周神經(jīng)節(jié)中建立潛伏期。VZV是水痘的病原體,其再激活會(huì)導(dǎo)致帶狀皰疹,而潛伏的HSV-1 可能反復(fù)激活,臨床上表現(xiàn)為典型的唇皰疹[17]。
VZV顆粒為多邊形至球形,直徑約150~200 nm,由三個(gè)蛋白質(zhì)層組成:含有病毒雙鏈DNA (dsDNA)基因組的核衣殼、圍繞核衣殼的被覆層和病毒糖蛋白朝外的包膜(見(jiàn)圖2)[18]。HSV-1 和VZV 基因組結(jié)構(gòu)中均有一個(gè)獨(dú)特的長(zhǎng)UL和一個(gè)由重復(fù)區(qū)域(RL和RS)組成的獨(dú)特的短US 區(qū)域。盡管VZV 的UL區(qū)域的方向與HSV-1 的方向相反,且基因組大小比HSV-1 病毒基因組較小得多,但它們的基因組結(jié)構(gòu)高度相似[19]。
圖2 VZV 和HSV-1 基因組 [18]
由于VZV 感染具有嚴(yán)格的種屬特異性,在動(dòng)物身上還不能激活潛伏的帶狀皰疹病毒,因而難以模擬與臨床癥狀相似的典型的帶狀皰疹后神經(jīng)疼痛癥狀[20]。長(zhǎng)期以來(lái),眾多研究者致力于尋找一種與PHN 臨床癥狀相近的動(dòng)物模型。最初,F(xiàn)leetwood-Walker 等[21]將VZV 感染非洲綠猴腎細(xì)胞(CV-1細(xì)胞),待細(xì)胞出現(xiàn)80%病變時(shí),將50 μl 含有4×106個(gè)病變細(xì)胞的PBS 磷酸鹽溶液注射到大鼠后肢足墊皮下,并利用vonFrey 尼龍絲和熱板裝置評(píng)估大鼠的疼痛行為學(xué)。結(jié)果顯示在病毒注射后33 天內(nèi)可引發(fā)大鼠顯著的神經(jīng)病理性疼痛,表現(xiàn)為異常的機(jī)械痛敏和熱痛敏行為。在后續(xù)研究中,Dalziel 等[22]以4~8×106個(gè)VZV 感染的CV-1 細(xì)胞(VZV 組)或未感染的CV-1 細(xì)胞(對(duì)照組)注射到大鼠左后爪足墊中,并將vonFrey 尼龍絲測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)至VZV 注射后100 天,結(jié)果顯示大鼠足墊接種病毒3 天后可出現(xiàn)持續(xù)的異常性疼痛,隨后發(fā)展為慢性機(jī)械性異常性疼痛,疼痛至少持續(xù)60天,并在VZV 注射后100 天內(nèi)逐漸緩解(見(jiàn)圖3)。
圖3 VZV 誘發(fā)大鼠異常性疼痛的持續(xù)時(shí)間[22]
Hasnie 等[23]以Dumas 和Ellen 兩種不同的VZV病毒株感染原代人胚肺成纖維細(xì)胞,以50 μl 平均密度為6~8×106個(gè)細(xì)胞/75 cm2培養(yǎng)瓶的原代人胚肺成纖維細(xì)胞(病毒誘導(dǎo)80%的細(xì)胞發(fā)生病變)接種到大鼠左后肢足墊中,研究不同VZV 病毒株和不同病毒接種量與大鼠機(jī)械超敏反應(yīng)之間的關(guān)系,結(jié)果表明大鼠的機(jī)械超敏反應(yīng)與接種的VZV病毒株類(lèi)型無(wú)關(guān),所有病毒株的感染均與劑量依賴性機(jī)械性超敏反應(yīng)有關(guān),但與熱或冷痛超敏反應(yīng)無(wú)關(guān)。此外,為評(píng)估VZV 感染動(dòng)物能否產(chǎn)生焦慮樣行為以及該焦慮樣行為是否與機(jī)械超敏反應(yīng)相關(guān)。Hasnie 等[23]在上述Dumas-VZV 病毒株誘發(fā)的PHN大鼠模型中,通過(guò)在開(kāi)放區(qū)域(100 cm×100 cm)和中央?yún)^(qū)域(40 cm×40 cm)的曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明,VZV 感染的大鼠表現(xiàn)出類(lèi)似焦慮的活動(dòng)模式(即減少進(jìn)入開(kāi)放區(qū)域的中央?yún)^(qū)域),并且與機(jī)械性超敏反應(yīng)呈正相關(guān)。這也顯示了由VZV 誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性疼痛大鼠模型可反映出與臨床相似的疼痛相關(guān)的合并癥,如焦慮、抑郁(見(jiàn)圖4)。
圖4 VZV 誘發(fā)大鼠產(chǎn)生類(lèi)似焦慮的活動(dòng)模式 [23]
將VZV 接種到大鼠中可誘發(fā)機(jī)械性異常性疼痛和熱痛覺(jué)過(guò)敏,卻不會(huì)引起帶狀皰疹。與VZV同屬α 皰疹病毒亞科的HSV-1,能夠克服種屬特異性,對(duì)小鼠具有較強(qiáng)的感染性并能在小鼠各種組織臟器中復(fù)制[24]。臨床上,初次感染HSV-1 后,HSV-1 也能潛伏于感覺(jué)神經(jīng)節(jié)中,在感覺(jué)神經(jīng)節(jié)中潛伏的HSV-1 重新激活將導(dǎo)致單純皰疹,這在一定程度上提示了單純皰疹可以作為一種有效模擬帶狀皰疹引發(fā)PHN 的可能性[14]。
Takasaki 等[25]在模型制作3 天前利用脫毛膏將6 周齡雌性BALB/c 小鼠右側(cè)腹部以下區(qū)域的毛發(fā)除去,并以接種量為1×106菌斑形成單位(plaque-forming units, pfu) 的HSV-1 病毒液接種到小鼠右后肢(脛骨或股骨)皮膚下,通過(guò)vonFrey尼龍絲評(píng)估小鼠疼痛行為,并通過(guò)聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction, PCR)檢測(cè)病毒基因組復(fù)制情況。結(jié)果顯示,在HSV-1 接種第5 天后小鼠接種側(cè)出現(xiàn)帶狀皰疹樣皮膚病變同時(shí)伴隨著異常性疼痛和痛覺(jué)過(guò)敏,該現(xiàn)象可持續(xù)到第8 天(見(jiàn)圖5)[26]。同時(shí),HSV-1 接種后第2 天至第8 天內(nèi)可在小鼠背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglion, DRG)中檢測(cè)到HSV-1 DNA,病毒DNA 含量在第5 天達(dá)到峰值。
圖5 HSV-1 感染小鼠產(chǎn)生帶狀皰疹樣皮膚損傷 [26]
Sasaki 等[27]將10 μl 感染復(fù)數(shù)為1×106pfu 的HSV-1-7401H 病毒液接種于雌性C57BL/6J 小鼠右后爪股骨的皮膚上,并利用vonFrey 尼龍絲評(píng)估小鼠疼痛行為學(xué)表現(xiàn),結(jié)果顯示接種HSV-1 小鼠的接種部位和同側(cè)足底區(qū)域產(chǎn)生皰疹樣囊泡,皮損從病毒接種后第4 天開(kāi)始形成,第7 天最為嚴(yán)重,可持續(xù)到第21 天,并且在皰疹出現(xiàn)階段可觀察到小鼠出現(xiàn)舔、抓病變皮膚等行為。疼痛行為學(xué)測(cè)定結(jié)果顯示,在HSV-1 接種3 天后,可誘發(fā)小鼠產(chǎn)生異常性疼痛;在接種HSV-1 第7 天后,所有小鼠均產(chǎn)生異常性疼痛,且從病毒接種后第7 天至第21 天異常性疼痛程度略有增加。隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng),即使由HSV-1 誘導(dǎo)的皮損愈合(HSV-1 接種后第21~42 天),所有小鼠也顯示出異常性疼痛。
Silva 等[28]在模型制作3 天前,利用剃毛器和脫毛膏將雄性57BL/6 小鼠(20~25 g)腹部右側(cè)和右腳脫毛,3 天后,用砂紙?jiān)谛∈笥液笞γ劰瞧つw上刮出面積為5 mm×5 mm 傷痕后涂抹20 μl 感染復(fù)數(shù)為2×105pfu 的HSV-1 病毒液,并通過(guò)vonFrey細(xì)絲評(píng)估小鼠的疼痛行為學(xué)表現(xiàn)。結(jié)果顯示,接種HSV-1 可誘發(fā)60% (n= 6/10)的小鼠產(chǎn)生帶狀皰疹樣皮膚損傷,皮損從病毒感染3 后天可見(jiàn),到第7天逐漸愈合。此外,在HSV-1 感染后5~21 天內(nèi)觀察到小鼠產(chǎn)生機(jī)械性疼痛超敏反應(yīng)(見(jiàn)圖6)。
圖6 脛骨皮膚感染HSV-1 的小鼠具有皰疹性神經(jīng)痛特征 [28]
VZV 從潛伏期到激活狀態(tài)是PHN 的誘因,但從VZV 激活到PHN 的發(fā)病過(guò)程目前尚未明確。通過(guò)對(duì)已有嚙齒動(dòng)物模型的研究,使得PHN 可能的發(fā)病機(jī)制被逐漸解析。
與其他神經(jīng)病理性疼痛不同,PHN 是由于潛伏在神經(jīng)節(jié)中的VZV 激活感染所致。一些研究結(jié)果顯示,VZV 感染神經(jīng)元后,病毒基因在神經(jīng)元中的轉(zhuǎn)錄可能是慢性疼痛的誘因,即通過(guò)炎癥機(jī)制的誘導(dǎo)或是影響蛋白質(zhì)的表達(dá)(如VZV 轉(zhuǎn)錄物作為改變宿主細(xì)胞基因表達(dá)模式的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)劑)[25,28]。VZV 編碼基因63 (ORF63) 被認(rèn)為對(duì)維持病毒潛伏期至關(guān)重要,因?yàn)樵跐摲贠RF63 具有高豐度表達(dá)[29]。在VZV 感染的大鼠DRG 中檢測(cè)到IE62 和IE63 病毒蛋白,其中IE62 蛋白與A 和 C 傳入感覺(jué)神經(jīng)元的標(biāo)記物共表達(dá)[30]。在HSV-1 誘導(dǎo)的PHN小鼠模型中,病毒能夠在DRG 和初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元中增殖,病毒基因組可在20%至30%的DRG 神經(jīng)元中檢測(cè)到[31,32]。HSV-1 基因的表達(dá)在病毒接種后第4 至7 天顯著增加,隨后迅速下降,在此期間,伴隨著帶狀皰疹樣皮損在接種皮膚中爆發(fā)[25,28]。
最初,免疫炎癥反應(yīng)被認(rèn)為是帶狀皰疹相關(guān)性疼痛的一個(gè)關(guān)鍵因素,因?yàn)閹畎捳钆c神經(jīng)節(jié)的炎癥以及伴隨的運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)根退化有關(guān)。在HSV-1誘導(dǎo)的PHN 小鼠模型中,巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞組成的白細(xì)胞浸潤(rùn)病毒感染的DRG,浸潤(rùn)的白細(xì)胞負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)TNF-α 和S100A9 等炎性介質(zhì)的產(chǎn)生,并導(dǎo)致皰疹性神經(jīng)痛的發(fā)展[28,33]。通過(guò)分子(靶向S100A9)或藥理學(xué)(抗炎藥物)等手段抑制免疫炎癥反應(yīng),能夠有效緩解病毒引起的機(jī)械性疼痛[33,34]。
臨床證據(jù)表明,PHN 可能是由神經(jīng)節(jié)中神經(jīng)元甚至脊髓神經(jīng)元的興奮性改變引起的,特別是由病毒引起神經(jīng)系統(tǒng)受損區(qū)域神經(jīng)元的過(guò)度興奮[35]。VZV注射于大鼠足墊誘導(dǎo)的PHN 顯示出外周神經(jīng)支配的減少和神經(jīng)元群體的改變[36]。在HSV-1 誘導(dǎo)的疼痛模型皰疹樣皮損和DRG 中,C 纖維神經(jīng)元顯著減少,但A 纖維神經(jīng)元保持不變,這也表明了PHN 動(dòng)態(tài)異常性疼痛主要與感覺(jué)C 纖維神經(jīng)元損傷有關(guān)[32]。
Silva 等[33]首次報(bào)道了感覺(jué)神經(jīng)節(jié)中的神經(jīng)免疫-膠質(zhì)細(xì)胞相互作用是維持急性皰疹性神經(jīng)痛的發(fā)生的關(guān)鍵因素。Kong 等[37]和Zhang 等[38]的結(jié)果顯示,VZV 誘導(dǎo)的PHN 大鼠模型中脊髓背角星形膠質(zhì)細(xì)胞被顯著激活,鞘內(nèi)給予L-α-氨基己二酸(星形膠質(zhì)細(xì)胞特異性抑制劑)可顯著減輕機(jī)械性異常疼痛。
離子通道的異常表達(dá)也是PHN 神經(jīng)元過(guò)度興奮的原因。在PHN 大鼠的DRG 中,α2δ1 鈣通道、Nav1.3 和Nav1.8 離子通道的表達(dá)增加,這被認(rèn)為與VZV 誘導(dǎo)的神經(jīng)性疼痛有關(guān)[30]。在HSV-1 誘導(dǎo)的疼痛模型中,TNF/TNFR1 信號(hào)通路通過(guò)下調(diào)衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞中內(nèi)向整流的K+通道Kir4.1 并損害K+穩(wěn)態(tài)來(lái)介導(dǎo)皰疹性神經(jīng)痛發(fā)生[28]。
Guedon 等[36]利用基因微陣列芯片研究VZV誘導(dǎo)的PHN 大鼠模型,基因微陣列數(shù)據(jù)顯示DRG基因表達(dá)模式發(fā)生顯著變化,其中包括傷害感受相關(guān)基因NTRK2、TRPV1 和Calca (CGRP) 的表達(dá)上調(diào)。
在過(guò)去的二十年中,已經(jīng)建立了模擬PHN 的嚙齒動(dòng)物模型,并通過(guò)觀察其特定行為來(lái)評(píng)估動(dòng)物的傷害感受。然而,目前沒(méi)有一個(gè)單一的模型能夠詮釋PHN 的全部臨床特征,也沒(méi)有一個(gè)單一的疼痛行為學(xué)測(cè)定能夠在動(dòng)物中完成全面評(píng)估。因此,需要根據(jù)自身的實(shí)驗(yàn)需求以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并謹(jǐn)慎、合理地選擇合適的模型。對(duì)于上述兩種嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型,顯著的區(qū)別在于病毒能否在神經(jīng)系統(tǒng)增殖。HSV-1誘導(dǎo)的疼痛模型不僅可用于研究PHN 的發(fā)病機(jī)制,篩選相關(guān)抗病毒和鎮(zhèn)痛藥物,還可作為其他具有嗜神經(jīng)特性病毒(如脊髓灰質(zhì)炎病毒、狂犬病病毒等)的研究范式。盡管VZV 誘導(dǎo)的大鼠模型缺乏一些臨床表現(xiàn),如皰疹樣皮損和病毒復(fù)制,但由VZV潛在感染引起的異常性疼痛和痛覺(jué)過(guò)敏持續(xù)存在,這也為研究PHN 的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制以及尋找新的鎮(zhèn)痛靶點(diǎn)提供了潛力。
皰疹病毒感染模型的制作需要嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)環(huán)境(特殊的病毒培養(yǎng)室和動(dòng)物接種室),而通過(guò)單次腹腔注射樹(shù)脂毒素(reciniferatoxin, RTX,200 或250 μg/kg),已被報(bào)道可以用于模擬PHN 病人的獨(dú)特感覺(jué)變化[39]。例如,一些PHN 病人表現(xiàn)出機(jī)械痛覺(jué)過(guò)敏增加,但熱痛覺(jué)減退(對(duì)熱不敏感),這種獨(dú)特的感覺(jué)體征在RTX 模型中也可被觀察到,因此該模型也可為了解PHN 獨(dú)特臨床特征背后的機(jī)制和篩選靶向藥物提供了有用的研究工具[40]。
回顧PHN 模型的發(fā)展,主要困難之一是VZV的嚴(yán)格人類(lèi)特異性。類(lèi)似的嗜神經(jīng)病毒(如HSV-1)已經(jīng)嘗試建立PHN 研究的模型。然而,不同的病毒可能通過(guò)不同的生物途徑影響皰疹相關(guān)性疼痛的發(fā)生。由于VZV 是導(dǎo)致PHN 的唯一病原體,如何在嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型中使用VZV 毒株來(lái)克服這種特異性感染是值得研究者思考的方向。也有報(bào)道指出細(xì)胞受體胰島素降解酶(insulin degrading enzyme, IDE)已被鑒定為是VZV 感染的潛在關(guān)鍵受體,其可通過(guò)識(shí)別VZV 糖蛋白IE61 協(xié)助病毒感染,基于此,在嚙齒類(lèi)動(dòng)物中的受體人源化也有可能克服VZV的物種特異性感染[41]。
事實(shí)上,這兩種模型的疼痛是基于急性VZV或HSV-1感染,偏離了人類(lèi)PHN進(jìn)展的正常途徑(病毒從潛伏到激活感染)。迄今為止,尚未有VZV再激活的動(dòng)物模型的報(bào)道。然而,研究者已嘗試通過(guò)免疫抑制等方法在猴水痘病毒(SVV)感染模型中誘導(dǎo)病毒再激活,這為進(jìn)一步優(yōu)化VZV 或HSV-1 誘導(dǎo)的PHN 模型提供了方向[13]。如果能夠開(kāi)發(fā)出一種有效的病毒再激活模型并顯示PHN 樣皰疹性疼痛,將填補(bǔ)PHN 與病毒潛伏-再激活之間未知關(guān)系的空白,并有望成為更為可靠的PHN 動(dòng)物模型。
利益沖突聲明:作者聲明本文無(wú)利益沖突。