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背根神经节在疼痛机制和治疗中的作用姜雨鸽,徐龙河3,张 宏(中国人民解放军总医院麻醉科,北京 100853)摘要:背根神经节作为痛觉传入的第一级神经元在痛觉的外周机制中起着极为重要的作用。对背根神经节中特有的或者主要在背根神经表达的受体、离子通道的认识,对于阐明疼痛的机制和治疗有重要意义。本文对感觉神经元特有的Nav118通道,主要在背根神经节表达的Nav117,Nav119,TRPV1,TRPA1,TRPM8通道及P2X3受体的分布、生理特点及在疼痛机制和治疗中的作用进行了详细的阐述。关键词:神经节,脊;离子通道;疼痛;感受器,感觉中图分类号:R741.02,R971.1 文献标识码:A 文章编号:167420440(2008)0120018205Effects of dorsal root ganglia on the pa in mechan ism s and treatmentsJiang Yu2ge,Xu Long2he,Zhang Hong(Depart m ent of Anesthesiology,Chinese PLA General Hospital,Beijing100853,China)Abstract:As the primary afferent neurons of pain,dorsal root ganglias play very important roles in pe2ripheralmechanisms of pain.Cognition of the receptors and ion channels specifically ormainly expressedon dorsal root ganglias can help us know the mechanis ms of the pain and provide new thoughts for choo2sing targets of analgesics.This review focuses on the distribution,physiological features and importanteffects on pain mechanisms and treatments of Nav1.8 that is exclusively expressed on sensory neurons,Nav117,Nav119,TRPV1,TRPA1,TRPM8 and P2X3that are mainly expressed on dorsal root ganglias.Key words:ganglia,spinal;ion channels;pain;receptors,sensory 收稿日期:2007209225 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.30300327)作者简介:姜雨鸽,女,在读博士研究生,研究方向:心血管药理和麻醉药理,Tel:[phone],E2mail:3 通讯作者:徐龙河,男,博士,副主任医师,研究方向:疼痛和麻醉药理,Tel:[phone],E2mail:近年来,对背根神经节(dorsal root ganglia,DRG)的研究得到了长足的发展,DRG作为痛觉传入的第一级神经元,在痛觉的外周机制中起着极为重要的作用。DRG神经元不仅含有传递伤害性感觉的神经递质和调质,如速激肽、兴奋性氨基酸等,也含有起突触前调制作用的受体,如 氨基丁酸(GABA)、阿片、嘌呤等受体,以及一些离子通道。这些物质不仅在疼痛的发生机制中起重要作用,而且有些可能成为疼痛治疗的有效靶点。这些物质中有些是感觉神经元特有的,有些主要在DRG中表达。以这些物质为靶点治疗疼痛,具有镇痛效果好副作用小的优点。本文将DRG中特有的、主要在DRG中表达的、与疼痛密切相关的受体和离子通道,以及它们在疼痛机制和治疗中的作用研究进展综述如下。1 电压门控性钠通道电压门控钠通道(VGSC)是可兴奋细胞产生电冲动的特异性蛋白分子,位于心肌、骨骼肌和神经元等可兴奋细胞的细胞膜上。根据对神经毒素河豚毒(TTX)的敏感性不同,分为TTX敏感(TTX2S)和不敏感(TTX2R)两类。与其他离子通道相似,VGSC由1个大的 亚单位(约260 ku)和多个附属的 亚单位(3036 ku)组成。目前共有9种 亚单位(Nav111Nav119)和4种 亚单位。亚单位是钠通道的主要功能单位,可单独发挥生理作用,其他81International Journal of Phar m aceutical Research2008 Feb;35(1)亚单位只起辅助和调节作用。9种亚单位中至少有6种存在于DRG神经元,其中,Nav118是感觉神经元特有的,Nav117和Nav119是主要存在于DRG中的亚单位。111Nav117Nav117(也称hNE9或PN1)几乎特异性地在DRG表达,集中在小直径C纤维伤害感受器,在中直径的A和大直径的A纤维表达较少。Nav117是TTX2S的快电流,具有再激活慢的动力学特征,慢失活的动力学使得Nav117能被小的去极化斜坡电流(如感觉发生器电位所产生的电流)激活。Nav117局限在感觉末梢分布的特点和电生理特征使其能在传递疼痛刺激中起主要作用。证据表明,Nav117门控特征的改变可导致疼痛感觉的增加。对遗传性红斑性肢痛症(erythromelal2gia)患者的研究表明,编码Nav117的SCN9A基因至少有9个位点发生了明显突变,导致Nav117氨基酸序列发生了改变1。这些突变被认为是遗传性红斑性肢痛症患者手足慢性严重烧灼性疼痛的发病基础,可导致电压依赖的激活曲线中去极化作用明显移位2。用包含两个不同的遗传性红斑性肢痛症突变基因的Nav117重组体转染DRG,DRG神经元反应动作电位阈值降低,并且对阈上刺激反应的频率较正常高2。最近的研究表明,Nav117点突变是常染色体显性遗传性慢性疾病 阵发性极度疼痛障碍(PEPD)的发病基础3。PEPD的特征是直肠、眼睛严重烧灼样感觉和下颌痛感,与遗传性红斑性肢痛症基因突变主要引起Nav117激活作用增强不同,PEPD点突变引起Nav117失活作用减弱。Nav117在遗传性红斑性肢痛症和PEPD中的作用表明,Nav117的改变足以在人类引起慢性疼痛。Nav117特征的改变与常见的疼痛是否相关呢?在糖尿病神经病理性疼痛大鼠模型中4,Nav117蛋白表达水平增加,TTX2S电流同时增加,特别是出现了斜坡电压激活的电流,这是Nav117通道的特征。更直接的证据是,用含shRNA的病毒敲除成年小鼠DRG中的Nav117基因,炎性疼痛相关的行为学减少5。这些研究表明,Nav117与炎性疼痛和糖尿病神经病理性疼痛密切相关。但是,有研究表明在伤害性感受器特异性删除Nav117基因,并不能消除小鼠神经病理性疼痛的行为学改变6,。该研究结果与人类先天性痛觉缺失症的发病基础是Nav117功能缺失的研究结果7 不一致。这可能是由于Nav117在小鼠和人类中的作用不一致有关,因为Nav117全部缺失的小鼠在出生后死亡。综上所述,Nav117在疼痛中起重要作用,可能是发展新型镇痛药的一个理想靶点,Nav117在各类疼痛治疗中的作用有待进一步研究,以Nav117为靶点的药物研究还未见报道。112Nav118Nav118(也称SNS)是TTX2R Na+通道,它是感觉神经元特有的,主要表达在DRG小直径C纤维神经元细胞上,在中枢神经系统的其他部位没有发现。与经典的TTX2R电流类似,Nav118电流激活和快失活速率较TTX2S的电流慢。相对于其他钠通道,Nav118具有较高的激活电压阈值与稳态失活电压阈值,这与伤害性感觉传入神经元需要较高阈值的刺激才能激活的特征相符,而较高的稳态失活电压阈值又可使神经元持续去极化,是周围神经损伤后出现重复性持续性点火(firing)机制的基础。Nav118缺失的小鼠或者用反义寡核苷酸敲除Nav118 mRNA表达的小鼠,均表现出对伤害性热刺激反应降低并出现延迟的热痛觉过敏8。说明Nav118在正常的痛觉功能和炎性疼痛中起重要作用。在坐骨神经切断的大鼠,DRG神经元中Nav118mRNA表达出现持续的下调,蛋白和电流明显降低9。但有趣的是,Lai等10 鞘内注射反义寡核苷酸有效降低了坐骨神经结扎的大鼠DRG中Nav118基因的表达,大鼠触觉诱发电位及热痛敏阈值也明显降低。一个可能的解释是:神经病理性疼痛中,未损伤神经Nav118的改变在损伤引起的痛觉过敏和兴奋性增高中起重要作用。随后的研究表明,神经损伤后尽管DRG中Nav118表达下降,但损伤部位近端的外周神经内Nav118离子通道蛋白是增加的11。Roza等12 报道,与野生的小鼠比较,Nav118缺失小鼠损伤的感觉神经轴突的自发性活动明显降低,表明Nav118在神经损伤引起的兴奋性增高中是必需的。Dong等13 的研究表明,用小干扰RNA敲除Nav118,可逆转坐骨神经慢性挤压伤大鼠的机械性诱发痛。相反,其他Nav118缺失小鼠的研究表明,Nav118在神经病理性疼痛中没有任何作用。现在还不清楚如何解释所观察到的Nav118在神经病理性疼痛机制中的差异。不能排除反义敲除技术中的非特异作用,也不能排除Nav118缺失小鼠中其他通道的代偿作用及大、小鼠物种差异的影响。91国际药学研究杂志 2008年2月 第35卷 第1期研究显示,从海锥形螺中提取的芋螺毒素(Mr V I B)阻断Nav118的效能比阻断神经TTX2S电流的效能高610倍。小鼠鞘内注射MrV I B对缓解神经病理性疼痛的行为是有效的,同样的剂量下副作用较利多卡因轻14。研究发现,A2803467是一种高效且有较高选择性的Nav118小分子抑制剂,能阻断大鼠感觉神经元的自发和诱发电位,并且在许多疼痛模型上都有效,包括机械性疼痛、炎性疼痛和神经病理性疼痛15。这些研究表明,高选择性的Nav118抑制剂可能比目前的非特异性VGSC阻断剂对疼痛具有更好的疗效。由于Nav118仅在感觉神经元表达,选择性Nav118阻断剂对疼痛疗效更好,副作用更小。113Nav119Nav119(也称NaN或SNS2)也是TTX2R类Na+通道,选择性地在受损的神经元中表达,主要位于小直径C纤维和中直径的A纤维细胞上,少部分位于大直径的A纤维。其通道动力学与Nav118完全不同,介导一种持续性电流,激活电位为-70mV,与静息膜电位相近。尽管Nav119被克隆近10年了,但该通道在异源性表达系统很难表达,并且在电流记录时经常迅速消失,因此很难研究。Nav119缺失的转基因小鼠对福尔马林、角叉菜胶、前列腺素E2诱发的炎性痛觉过敏的高敏性降低,并且对炎症介质如缓激肽、52 羟色胺等敏感性降低16。相反,Nav119缺失的小鼠在两个神经病理性疼痛模型中都没有行为学的改变17。说明和Nav117一样,Nav119在炎性疼痛中起重要作用,而对神经损伤引起的神经病理性疼痛影响较小。Blum等18 发现,脑源性神经生长因子可激活海马中Nav119通道,提示Nav119不只分布于DRG中。Nav119在疼痛机制中的作用仍有待进一步研究。2TRP通道家族瞬时感受器电位(transient receptor potential,TRP)家族是与哺乳动物温度感受密切相关的离子通道。TRP通道家族由6个亚家族组成:TRPC,TRPV,TRPM,TRPML,TRPPP和TRPA。TRP蛋白为非选择性阳离子通道,激活时主要引起Ca2+内流,也属于受体活化钙通道。TRP通道家族中的TRPV1,TRPV2,TRPV3,TRPV4,TRPM8和TRPA1与温度感受密切相关,其中有些可被引起疼痛的炎性介质所激活,提示有些TRP通道与疼痛有关。211TRPV1TRPV1于1997年成功克隆,又称辣椒素受体(capsaicin receptor)或香草酸受体1(VR1)。它主要表达于DRG和三叉神经节的小型神经元中。它参与了急性炎症痛觉过敏形成,用基因敲除的方法也证明TRPV1是热痛 觉敏感产 生 所 必 需 的19。TRPV1在糖尿病神经病理性疼痛模型的化学和热痛觉过敏中起重要作用,利用RNA干扰抑制TRPV1表达可以明显缓解单侧坐骨神经结扎模型的冷触诱发痛20,说明TRPV1在神经病理性疼痛的发生和持续中起重要作用。有趣的是,TRPV1基因缺失的关节炎疼痛模型小鼠的机械痛觉过敏减弱,TRPV1反义寡核苷酸降低脊神经结扎引起的机械痛觉过敏21,表明TRPV1对机械痛觉过敏也有保护作用。TRPV1被认为是参与疼痛信号传递的初级感觉神经元外周末端中伤害性刺激的分子整合者,是第一个同时感受伤害性温度和化学刺激,并与疼痛和痛觉过敏关联的通道,因而成为镇痛药的重要治疗靶标。TRPV1受体激动剂主要是激活TRP受体引起Ca2+内流,导致初级感觉神经元兴奋,长期使用导致神经元脱敏,从而阻断痛觉的传递,产生镇痛作用。辣椒碱是最早发现的TRPV1受体激动剂,用于临床已有数年,适用于神经病理性疼痛和瘙痒等,由于对心血管和呼吸系统的不良反应限制了它的使用,仅作为局部镇痛药应用。辣椒碱类似物SDZ 2942665为一口服有效的抗痛抗敏剂,治疗窗比辣椒碱宽,正在进行 期临床研究22。树胶脂毒素(resinifera2toxin,RTX)是目前发现的作用最强的TRPV1受体激动剂,RTX可避免辣椒碱的缺点且无刺激性,目前也已进入 期临床研究23。由于TRPV1激动剂会产生一定的副作用,如局部使用辣椒碱数天至数周后会导致痛觉丧失,以及对各种有害刺激失去反应,因此,对TRPV1拮抗剂的研究开始受到关注,希望能抑制疼痛信号从外周神经到中枢神经的传导,并能避免神经毒性。目前许多TRPV1拮抗剂被证明在临床前期的疼痛试验中是有效的24。这些报道和利用反义寡核苷酸、RNA干扰敲除TRPV1对疼痛治疗有效的结果一致。现 在,一 些TRPV1拮 抗 剂(SB2705498和MK2295/NGD8243)已经进入 期临床试验。212TRPA1TRPA1(又称ANKT M1)主要在小直径DRG中表达,Story等25 研究发现TRPA1可以感受比02International Journal of Phar m aceutical Research2008 Feb;35(1)TRPM8更低的温度(17以下),辣椒素、肉桂油等天然的辛辣成分也可激活TRPA1,但它对薄荷醇无反应。TRPA1可能是伤害性冷刺激被反常地感受为灼热痛的原因。与TRPM8同源性较低,而与TRPV1共表达在DRG同一位置,同时TRPA1还在内耳的毛细胞表达,提示可能与听觉有关。在炎症和神经损伤时,TRPA1表达减少;TRPA1缺失时,冷痛觉过敏减弱,而对热和机械痛觉过敏没有影响26。TRPA1在正常冷感觉中的作用尚不明确,但在损伤后寒冷超敏反应中发挥重要作用26。因此,TRPA1可成为冷疼痛病理生理过程中一个有吸引力的靶点。213TRPM82002年TRPM8在三叉神经元成功克隆,它能感受冷刺激并能结合薄荷醇作用的受体,又称冷-薄荷醇敏感性受体(CMR1)。TRPM8主要分布在三叉神经节和背根神经节的小直径神经元。克隆的该通道可被冷刺激(828)激活,也可被薄荷醇激活,使非选择性阳离子通道开放,主要引起Ca2+内流。激活TRPM8可以产生镇痛作用,用TRPM8反义寡核苷酸处理后镇痛作用消失27,提示TRPM8在冷镇痛机制中起重要作用。其在伤害性冷刺激中的作用有待进一步研究。3P2X3受体证据显示,三磷酸腺苷(ATP)是伤害性受体的化学激活剂,在一些条件下可在感觉神经末梢大量释放。ATP的细胞内作用是通过配体门控偶联的P2X受体和G蛋白偶联的P2Y受体介导的。目前通过分子克隆技术已经克隆出7种哺乳动物的P2X受体亚单位(P2X1P2X7),其中P2X3受体亚单位选择性地表达于DRG、三叉神经节和结状神经节的小直径神经元,以同源多聚体(P2X3受体)或与P2X2亚基联合形成异源多聚体(PX2/3受体)形式存在。在DRG和三叉神经节,P2X3受体是主要的P2X受体,而睫状神经节主要表达P2X2/3受体。DRG中P2X3受体主要位于能与B4异凝集素结合的小直径感觉神经元,神经元的中央突起定位于脊髓背角的板层。P2X3受体基因敲除小鼠对福尔马林和ATP引起的疼痛无反应,说明P2X3受体参与了伤害性疼痛反应28。应用RNA干扰技术使大鼠DRG P2X3基因沉默,大鼠对慢性神经病理性疼痛产生明显耐受29,证明P2X3在疼痛中的重要作用。选择性作用于P2X3受体的拮抗剂可能会成为镇痛效果良好且不良反应较小的新药。目前有以下4类药物正在研究之中:(1)P2X3反义寡核苷酸,已用于完全弗氏佐剂诱导的慢性炎性疼痛模型和部分坐骨神经结扎诱导的神经性疼痛模型中,下调P2X3受体,效果良好;(2)P2X3双链小干扰RNA29,已经成功用于慢性神经病理性疼痛模型,以病毒为载体的P2X3shRNA正在研究中;(3)P2X3受体拮抗剂,如A2317491,可缓解慢性炎症和神经性疼痛30,是目前较有应用前景的拮抗剂;(4)腺苷激酶抑制剂,如A2134974,对各种疼痛都有效,由于缺乏特异性,副作用较大。4 结语DRG是感觉传入的第一级神经元,对DRG上特有的或者主要在DRG上表达的受体和离子通道的认识,有助于探讨疼痛的机制并为疼痛药物靶点的选择提供新的思路。对这些受体和离子通道的研究是目前的热点,以这些物质为靶点的药物研发方兴未艾。随着研究的不断深入,这些药物将实现镇痛效果好而副作用小的目标。参 考 文 献1Han C,Rush AM,Dib2Hajj SD,et al.Sporadic onset of erythromelalgia:a gain2of2function mutation in Na(v)1.7 J.AnnNeurol,2006,59:553-558.2Harty TP,Dib2Hajj SD,Tyrrell L,et al.Na(v)1.7 mutantA863P in erythromelalgia:effectsof altered activation and steady2state inactivation on excitabilityof nociceptive dorsal root ganglionneuronsJ.J Neurosci,2006,26:12566-12575.3Fertleman CR,BakerMD,Parker KA,et al.SCN9A mutationsin paroxys mal extreme pain disorder:allelic variants underlie dis2tinct channel defects and phenotypes 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