紫杉醇诱发神经病理性疼痛和认知功能损伤的相关机制

曹静 王秀丽

河北医科大学第三医院麻醉科，石家庄 050051

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(1):77-81.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20200730‑00463

 基金项目 

国家自然科学基金（81971001）

REVIEW ARTICLES

【综述】

随着肿瘤检出率逐年攀升，化疗药物广泛应用于肿瘤的临床治疗。紫杉醇常用于乳腺癌、卵巢癌和肺癌患者的化疗中 ，但其在临床使用过程中表现出剂量依赖的神经毒性至今困扰着医学界，现仍缺乏有效治疗手段。研究发现，在化疗过程中紫杉醇所引起的周围神经病变发生率为60%~70% ，化疗相关认知障碍（chemotherapy‑induced cognitive impairment, CICI）高达75%，也被称为“化疗脑”，其中35%患者在化疗结束后认知损伤可持续数月 。这种剂量依赖性的细胞毒性、神经毒性大幅度降低了患者的生活质量，从而严重影响化疗患者的预后。紫杉醇诱发神经痛的大鼠γ‑氨基丁酸B型（gamma aminobutyric acid B, GABAB）受体表达下调，集中于海马、纹状体、大脑皮质等与痛觉调控及认知功能密切相关的神经核团 。紫杉醇可诱发内质网应激，启动细胞凋亡程序，从而诱发神经病理性疼痛及认知障碍。本文拟通过对中枢GABAB受体和内质网应激潜在机制进行综述，以期为紫杉醇诱发疼痛合并认知损伤的防治提供新依据。

1 紫杉醇

紫杉醇是从短叶红豆中分离得到的一种二萜类假生物碱，是微管的稳定剂 。α/β‑微管蛋白异二聚体可组成为微管。微管形成纺锤丝和纺锤体，把染色体拉向两极，进而分裂成两个细胞 。紫杉醇可结合β‑微管蛋白以稳定微管结构，从而抑制纺锤丝、纺锤体的形成，阻止细胞的有丝分裂，最终引起线粒体损伤和细胞凋亡 。血脑屏障功能障碍已被认为是全脑神经系统疾病和许多神经退行性疾病的原因，血脑屏障的完整性异常可导致直接或间接的神经毒性。化疗引起的血脑屏障完整性破坏增加血脑屏障通透性和脑脆弱性,紫杉醇进入大脑致小鼠脑内多个区域细胞死亡和分裂减少而损伤中枢神经功能 。  

2 GABAB受体      

γ‑氨基丁酸（gamma aminobutyric acid, GABA）是中枢神经系统中重要的抑制性神经递质，主要通过与其特异性受体相互作用发挥重要的生理活性。放射自显影和免疫标志显示GABAB受体广泛分布于哺乳动物中枢神经系统（丘脑、下丘脑、海马、小脑的分子层、大脑皮质、脑脚尖核和脊髓层），还分布在外周神经系统的多种组织当中 。GABAB受体在认知学习中起关键作用。

有学者认为降低脊髓GABA能神经元的抑制性是周围神经损伤后持续性神经病理性疼痛的主要原因 。普瑞巴林（一种GABA递质类似物）及巴氯芬（GABAB受体激动剂）对紫杉醇诱发的神经病理性疼痛有较好的临床效果 。Masocha和Parvathy 研究显示，全身应用γ‑氨基丁酸转运体‑1抑制剂NO‑711对紫杉醇诱导的热和冷痛觉过敏有一定的预防和治疗作用。上述研究结果提示，GABAB受体可能是紫杉醇诱发神经病理性疼痛相关作用受体中的一种重要受体。

许多证据表明GABA系统在抑郁症的病理生理过程中起重要作用 。Li等 通过制备紫杉醇诱发神经痛大鼠模型，结合鞘内给予巴氯芬和NF‑κB通路抑制剂（SN50）发现，多次腹腔注射紫杉醇后，海马神经元GABAB1受体阳性细胞数及蛋白表达量显著减少，认知功能也显著降低。

3 N‑甲基‑D‑天冬氨酸受体（N‑methyl‑D‑aspartic acid receptor, NMDAR）      

NMDAR是离子型谷氨酸受体的一个亚型。NMDAR是一种独特的双重门控通道，既受膜电位控制也受其他神经递质控制。NMDAR被激活后，主要对Ca2+有通透性，介导持续、缓慢的除极过程。NMDAR主要分布在中枢、外周系统中神经细胞的突触前膜和后膜。NMDAR不仅在神经系统发育过程中发挥重要的生理作用，如调节神经元的存活，调节神经元的树突、轴突结构发育及参与突触可塑性的形成等，而且对神经元回路的形成亦起着关键作用。有资料表明NMDAR是学习和记忆过程中一类至关重要的受体。

神经元损伤、凋亡的重要机制是谷氨酸兴奋性毒性。兴奋性谷氨酸释放导致谷氨酸能神经传递过度和NMDAR激活，从而引起神经元损伤和死亡 。NMDAR，特别是NMDAR的2B亚型，在学习记忆及神经病理性疼痛中起关键作用 。普瑞巴林可逆转紫杉醇诱导的突触前NMDAR介导的谷氨酸释放，显著缓解痛觉过敏 。由此证明谷氨酸释放、NMDAR激活是紫杉醇神经毒性作用的关键环节。

紫杉醇诱发氧化应激后，细胞兴奋性增高、谷氨酸释放增加、激活NMDAR，使细胞外Ca2+依浓度梯度内流，最终激活内源性凋亡途径，引起神经元凋亡，诱发神经毒性，导致认知功能障碍。Noda等 研究发现，NMDAR参与了记忆的形成，MP（NMDA拮抗剂美金胺衍生物）可缓解细胞凋亡和认知障碍。以上研究证实紫杉醇可激活NMDAR，而NMDAR是学习和记忆过程的关键部位，可诱导CICI发生。

4 内质网应激      

内质网是真核细胞中蛋白质合成、折叠与分泌的重要细胞器，也是Ca2+储存的重要场所。当细胞受到刺激时，使错误折叠的蛋白质累积至一定程度、Ca2+平衡紊乱，从而发生内质网应激。内质网膜上有3种感知腔内未折叠蛋白异常堆积的感受器：即双链RNA依赖的跨膜蛋白激酶1（inositol requiring enzyme 1, IRE1）、转录激活因子（activating transcription factor, ATF）6和蛋白激酶R样内质网激酶（protein kinase R‑like endoplasmic reticulum kinase, PERK）。3种感受器分别介导3条经典的信号通路：IRE1α/X‑盒结合蛋白1、ATF6/重链结合蛋白、PERK/磷酸化真核细胞起始因子2α/激活作用转录因子4。如果内质网功能紊乱持续，细胞将最终启动细胞凋亡程序。内质网应激诱导细胞凋亡的途径主要有3条：内质网应激相关蛋白CCAAT/增强子结合蛋白同源性蛋白（CCAAT/enhancer binding protein‑homologous protein, CHOP）的表达；通过IRE1/凋亡信号调节激酶/c‑Jun氨基末端激酶激活细胞色素C，介导细胞死亡；半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）‑12通过钙调蛋白酶或caspase‑7的加工被激活，激活不依赖于细胞色素C的细胞死亡 。

内质网应激已被证明与神经病理性或炎症性疼痛有关 。Andoh等 通过应用芍药苷下调CHOP的表达，表明内质网应激受到抑制，减轻紫杉醇诱导的痛觉超敏；而芍药苷腺苷A受体拮抗剂8‑环戊基‑1、3‑二丙酰黄嘌呤可抑制细胞中CHOP水平的下调，使小鼠机械性痛觉过敏缓解。

中枢内质网应激与人类神经系统疾病导致的认知功能障碍关系密切。紫杉醇可激活IRE1、PERK、起始因子‑2α‑激酶‑3基因/磷酸化重组人真核翻译起始因子2亚基1α/激活作用转录因子4轴，产生促肿瘤因子IL‑6、IL‑8、重组人趋化因子1、粒细胞‑巨噬细胞集落刺激因子和转化生长因子β‑2，介导细胞死亡 。用紫杉醇处理的细胞中发现，磷酸化真核细胞起始因子2α、CHOP以及活化的caspase‑4和caspase‑3显著增加 。紫杉醇诱导凋亡信号调节激酶1、c‑Jun氨基末端激酶、丝裂原激活蛋白激酶和细胞外调节蛋白激酶活化，并下调解耦联蛋白2的表达，激活活性氧，增强转录因子激活蛋白‑1、ATF2和Ets样转录因子的DNA结合活性，最终致细胞色素C被释放，caspases‑3、caspases‑9以及聚腺苷二磷酸核糖聚合酶被破坏，从而诱导细胞凋亡 。由上述研究可知，紫杉醇诱导的神经毒性部分是通过激活内质网应激反应来实现的。

5 Toll样受体4（Toll‑like receptor 4, TLR4）信号通路      

Toll样受体是单个的跨膜非催化性蛋白质，可以识别来源于微生物的具有保守结构的分子。TLR分布十分广泛，主要表达于单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、淋巴细胞及自然杀伤细胞等，可以识别不同病原相关分子并进行结合，引发一系列信号传导，进而诱导炎性介质释放。紫杉醇是一种已知的TLR4配体,不难推测TLR4受体在紫杉醇所致副作用中起重要作用。TLR4的激活促进局部和全身炎症，导致多个回路诱导细胞凋亡。紫杉醇激活小胶质细胞TLR4可使小胶质细胞迅速释放IL‑1β，其作用于星形胶质细胞，导致钙活性升高，谷氨酸摄取受到抑制 。从而诱发炎症反应，诱导细胞凋亡。TLR4信号通路分为髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88, MyD88）依赖性和MyD88非依赖性两条途径。TLR4、MyD88和NF‑κB组成TLR4/MyD88/NF‑κB信号通路，在炎症机制中发挥重要作用。通过抑制TLR4/MyD88/NF‑κB信号通路，可以减少炎症细胞因子的释放 。紫杉醇被认为可以激活MyD88依赖的信号通路，并模仿脂多糖的作用，发生微管解聚，表现出钙浓度增加，激活巨噬细胞中炎症通路 ，大量炎症因子释放，诱发细胞凋亡，造成神经元损伤致认知功能能障碍。Li等 通过实验证实，紫杉醇+水蛭素复合物可促进TLR4/MYD88/NF‑κB途径中MyD88的降解，从而降低TLR4和NF‑κB p65的活性，减轻脂多糖诱导的IL‑1β、IL‑6和TNF‑α的炎性反应，从而减轻神经病理性疼痛。紫杉醇还可通过激活脊髓TLR4信号通路致TNF‑α从胶质细胞释放，促发肿瘤坏死因子受体相关蛋白1（tumor necrosis factor receptor‑associated protein 1, TRAP1）在背根神经节神经元中表达增加，激活NF‑κB启动神经元细胞的凋亡，诱发神经病理性疼痛 。

有学者发现TLR4缺失的巨噬细胞不存在紫杉醇诱导的微管相关蛋白激酶（mitogen‑activated protein kinase, MAPK）活化和NF‑κB核转位，而MyD88基因敲除巨噬细胞保留了MAPK活化和NF‑κB核转位 。由此推测，紫杉醇在产生炎症介质方面不仅具有TLR4/MyD88依赖的途径，而且还具有TLR4依赖/MyD88不依赖的途径，导致MAPK和NF‑κB的活化。紫杉醇通过激活脊髓TLR4信号通路致TNF‑α从胶质细胞释放，促发TRAP1在背根神经节神经元中表达增加，激活NF‑κB启动神经元细胞的凋亡诱发神经病理性疼痛 。上述研究证实，TLR4/TRAP1/NF‑κB是紫杉醇诱导神经元细胞凋亡的又一机制。

紫杉醇诱导中枢GABAB受体的下调，不但与内质网应激通过CHOP促进GABAB受体内化、抑制该受体的膜表达有关，而且还与内质网应激对GABAB受体不同亚基的影响有关，从而减弱其抑制性调控作用，促使谷氨酸能神经元递质释放增多，激活NMDAR，增强兴奋性毒性而致细胞损伤，诱发疼痛和细胞凋亡。紫杉醇增加海马TLR4、MyD88和NF‑κB的蛋白表达，而脑室注射程序性坏死抑制剂后，上述蛋白表达下调，认知损伤得到明显改善，提示TLR4/Myd88/NF‑κB通路参与了紫杉醇诱发认知损伤的形成 。MyD88非依赖性途径，TLR4/TRAP1/NF‑κB信号通路在细胞凋亡中也起重要作用。当细胞受到饥饿、缺氧、DNA损伤等内外界生理生化刺激时可引起内质网Ca2+平衡被打破，引发内质网应激诱导细胞凋亡。 

6 紫杉醇诱发神经病理性疼痛及认知损伤的临床治疗现状

电压门控钙通道α2δ亚基的配体（如普瑞巴林）在神经病理性疼痛动物模型中显示出降低机械敏感性的效果，有效缓解神经病理性疼痛 。加巴喷丁可治疗紫杉醇引起的周围神经病变，改善患者的神经功能状态，提高患者的生活质量 。米诺环素在一些人类神经系统疾病的实验模型中被认为具有神经保护作用，其机制可能是通过抗炎、抗凋亡和抗氧化途径介导的，因此已被用作乳腺癌患者化疗所致CICI的神经保护剂 。纳米白蛋白结合型紫杉醇是一种人血清白蛋白稳定的紫杉醇制剂，但由于其容易透过血脑屏障，临床使用剂量下，纳米白蛋白结合型紫杉醇对疼痛行为的影响比标准紫杉醇更加强烈 。目前尚未发现可完全替代紫杉醇的药物，只能针对其诱发的神经毒性进行防治。

7 结 语      

综上所述，紫杉醇可影响中枢神经元GABAB受体的表达，诱发内质网应激，利用GABAB受体激动剂/阻断剂结合干扰小RNA技术可调控中枢内质网应激反应，探讨内质网应激信号通路相关靶蛋白及GABAB受体表达变化对神经病理性疼痛及认知功能的影响，明确中枢神经元在紫杉醇作用下通过GABAB受体和内质网应激介导神经病理性疼痛和认知损伤及其相关分子机制，为防治其中枢毒性提供新的理论依据。