初级感觉神经元与巨噬细胞的交互作用在痛觉敏化中的作用

艾章然王云

首都医科大学附属北京朝阳医院麻醉科，北京 100020

国际麻醉学与复苏杂志,2023,44(02):221-224.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20220609-00746

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【综述】

伤害性感受是机体应对有害刺激作出的保护性过程，当机体受到重复且强烈的伤害性刺激会导致机体降低伤害感受阈值，放大对后续的输入反应，由此急性疼痛发展为慢性疼痛。一般认为，慢性疼痛由神经元活动改变引起，这种活动的改变造成外周初级感觉神经元敏化或中枢敏化。国际疼痛研究协会将痛觉敏化定义为伤害感受器神经元对正常或阈下传入刺激反应性的增加。痛觉敏化可进一步分类为痛觉过敏（正常疼痛刺激的反应增加和延长）或痛觉超敏（由正常无害的刺激引起的痛苦反应）。初级感觉神经元是将外周伤害性刺激传至脊髓背角或脊髓上中枢的第一感觉神经元，其细胞体位于背根神经节（dorsal root ganglia, DRG）和三叉神经节，其传入纤维广泛分布于皮肤、肌肉、关节等组织。DRG能够对伤害性刺激进行整合并产生动作电位将信号投射入脊髓背角或大脑的二级伤害感受神经元。有证据表明，神经损伤后，在损伤神经周围、脊髓背角以及DRG都可观察到免疫细胞激活、炎症细胞浸润等免疫反应。初级感觉神经元与免疫细胞之间的这种交互作用引起了广泛关注，在此我们重点综述DRG内巨噬细胞与初级感觉神经元在痛觉敏化发病机制中的作用。

1 与痛觉敏化有关巨噬细胞的来源

除大脑外，其他组织的常驻巨噬细胞主要来源于卵黄囊中出现的红系‑骨髓祖细胞的造血过程，少量来源于造血干细胞分化的单核细胞。组织常驻巨噬细胞在组织中长期存活，且独立于骨髓造血干细胞进行自我更新维持。Shepherd等发现，使用MAFIA基因系小鼠选择性耗竭神经损伤部位的单核细胞和常驻巨噬细胞能够减轻神经损伤引起的机械性超敏反应。相反，Peng等发现，选择性耗竭小鼠的外周单核细胞和巨噬细胞而保留DRG巨噬细胞对疼痛程度影响并不明显。该结果也得到了近期一项研究的支持，Yu等发现，消耗损伤部位常驻巨噬细胞并不会对小鼠的机械性超敏反应产生影响，认为DRG常驻巨噬细胞对痛觉敏化的产生与维持起着关键作用，且认为阻断感觉神经元和巨噬细胞之间的交互作用能够成为控制病理性疼痛的新靶点。因此，目前学术观点一致认为，神经常驻巨噬细胞在痛觉敏化的发生、发展中起到更关键作用，但尚未明确是DRG常驻巨噬细胞或是损伤神经巨噬细胞占主导作用。

2 巨噬细胞的表型和作用

巨噬细胞的3个主要功能为吞噬、提呈抗原和产生细胞因子，在维护内环境稳定方面起着关键作用。成熟的巨噬细胞通常分为两种主要表型：促炎表型（M1）和抗炎表型（M2）。当初级感觉神经受损后，神经常驻巨噬细胞增殖合并外周巨噬细胞的浸润，共同聚集于损伤部位和DRG周围，M1样巨噬细胞产生大量炎症介质激活多种痛觉感受器细胞信号通路，进而促使伤害性感受器兴奋或致敏，而M2样巨噬细胞会抑制这种兴奋。

2.1　参与巨噬细胞与DRG交互作用的促炎症介质

2.1.1　炎症细胞因子和趋化因子

目前认为，由巨噬细胞释放多种炎症细胞因子和趋化因子仍然是介导痛觉敏化最关键的分子，如IL‑1β、IL‑6、TNF、C‑C趋化因子2（C‑C motif chemokine 2, CCL2）等，这些细胞因子作用于初级感觉神经元的神经末梢或细胞体的细胞因子受体，导致细胞因子受体产生Ca2+或者环腺苷酸（cyclic adenylic acid, cAMP）等第二信使，再进一步激活蛋白激酶信号通路［如Janus激酶‑信号传导与转录激活因子信号通路和丝裂原激活蛋白激酶（mitogen activation protein kinase, MAPK）通路］，最终通过调节关键转导因子［如瞬时受体电位通道香草素亚型1（transient receptor potential vanilloid, TRPV1）、瞬态电压感受电位锚定蛋白1（transient receptor potential cation channel subfamily A member 1, TRPA1）］或关键传导分子（如电压门控钠通道Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9以及Cav3.2 T型通道）导致神经元兴奋或致敏。最新研究表明，巨噬细胞分泌的IL‑23借助IL‑17A激活雌性小鼠C纤维伤害性感受器的TRPV1受体，从而导致痛觉敏化的发生。此外，IL‑17A也作为胶质细胞与神经元相互作用的重要信号分子介导中枢敏化的发生机制。在DRG中，神经损伤可以激活伤害性感受器的Toll样受体，介导髓样分化因子88上调CCL2的表达，促使DRG常驻巨噬细胞的增殖和活化以及外周巨噬细胞的浸润，同时还可以激活表达TRPV1伤害感受器上的β趋化因子受体2共同诱导外周致敏。此外，参与轴突变性和神经损伤的关键分子Sarm1介导Jun激酶磷酸化触发DRG神经元中CCL2的表达。目前，广泛用于多种免疫介导疾病和炎症的免疫球蛋白已被临床前期研究证实能够显著改善硼替佐米/紫杉醇诱导的神经毒性。

2.1.2　前列腺素E2（prostaglandin E2, PGE2）

PGE2是一种主要的伤害性前列腺素，作为炎症介质调节神经元兴奋性。在介导PGE2功能的四种G蛋白耦联前列腺素E受体（prostaglandin E receptor, EP）（EP1~EP4）中，EP4被认为是PGE2诱发的炎症性疼痛超敏反应和感觉神经元致敏的主要介质。经小鼠骨关节炎模型验证得知，PGE2通过兴奋DRG神经元的电压门控钠通道Nav1.8增加神经元敏感性。Saleem等提出的新型纳米级药物能够靶向调节受损神经和DRG相关巨噬细胞中环氧化酶2和PGE2的表达，以及巨噬细胞M1/M2比值，在大鼠体内实现了持久镇痛的效果。通过局部给药靶向受损神经中的环氧化酶2/PGE2/雌激素受体信号转导为镇痛治疗开辟了新的治疗途径。

2.1.3　高迁移率族蛋白1（secrete high mobility group box 1, HMGB1）

HMGB1是一种DNA结合非组蛋白，参与调控基因转录和复制。活化后巨噬细胞能够分泌HMGB1，释放到胞外的HMGB1激活表达于伤害性感受器上的膜受体，如晚期糖基化终产物受体和Toll样受体4，参与促炎的损伤相关分子模式作用。而晚期糖基化终产物受体的激活又会上调Cav3.2 T型Ca2+通道的转录，这些变化共同参与痛觉敏化的发病机制。HMGB1能够被内皮血栓调节蛋白或凝血酶系统降解，且能够降解HMGB1的药物ART‑123在日本被批准用于治疗弥散性血管内凝血。依据该药物结合HMGB1产生抗炎作用的机制，一项随机、对照、双盲的Ⅱa期临床研究表明ART‑123对奥沙利铂诱导的痛觉过敏具有治疗作用，且耐受性良好。因此，靶向HMGB1的药物有望应用于临床镇痛。

2.1.4　血管紧张素Ⅱ受体（type 2 angiotensin Ⅱ receptor, AT2R）

最新研究表明，外周巨噬细胞的AT2R激活是神经损伤部位痛觉敏化的关键触发因素。AT2R拮抗剂在临床前期研究中被证实能够有效缓解神经病理性疼痛、炎症痛和癌痛，并且AT2R拮抗剂EMA401在Ⅱ期临床试验中显示出对带状疱疹后神经痛治疗有效。基于上述报道，Shepherd等将血管紧张素Ⅱ（angiotensin, AngⅡ）注射到小鼠后爪中诱导产生痛觉超敏反应，对AngⅡ的致痛机制进行研究，结果显示，神经损伤后AngⅡ激活外周巨噬细胞AT2R产生活性氮氧化合物，进而通过半胱氨酸修饰通道反向激活表达于小鼠或人DRG感觉神经元的TRPA1受体，从而参与机械性和冷刺激痛觉敏化的发生。这一系列研究再一次强调了外周巨噬细胞与感觉神经元之间的信号通路在痛觉敏化形成中的关键作用，同时还提供了多种药物镇痛靶点。

2.2　参与巨噬细胞与DRG交互作用中的促修复介质

巨噬细胞在促进神经修复过程中也发挥重要作用，主要通过释放多种抗炎症介质实现，以IL‑10和IL‑4为主。

2.2.1　细胞因子

IL‑10能够通过多种机制抑制DRG神经元的自发活动和过度兴奋。LysM（+）髓样细胞的G蛋白耦联受体激酶2介导巨噬细胞分泌IL‑10作用于神经元表达的IL‑10受体，并下调DRG神经元中的钠通道，从而抑制DRG神经元的兴奋性，并缩短痛觉过敏的持续时间。此外，IL‑10对神经性疼痛的治疗作用被证明与组蛋白脱乙酰酶6（histone deacetylase 6, HDAC6）有关。HDAC6是一种主要由微管蛋白和热休克蛋白组成的Ⅱb类组蛋白去乙酰化酶，具有去乙酰化的功能。使用HDAC6抑制剂下调巨噬细胞HDAC6表达可促进IL‑10的产生，促进健康线粒体的轴突运输正常化，进而改善化疗引起的周围神经病变。截至目前，已有研究利用单纯疱疹病毒构建载体向糖尿病周围神经病变模型鼠体内持续给予IL‑10，发现能够减少IL‑1β的分泌，并抑制p38MAPK和蛋白激酶C信号通路，最后减轻痛觉敏化。IL‑4诱导产生的M2样巨噬细胞能够释放大量的阿片类肽，与伤害性感受器的阿片类受体结合发挥镇痛作用（如β内啡肽），并且该镇痛效果在阻断阿片类受体后消失。因此，聚焦于神经免疫间交互作用机制的药物逐渐被发现并进入实验证实阶段，为神经性疼痛的治疗提供了多个靶点。

2.2.2　神经肽类物质

P物质（substance P, SP）和降钙素基因相关肽（calcitonin‑gene related peptide, CGRP）是常见的神经源性炎症介质，由肽能神经元的周围神经末梢释放。伤害性感受器神经元在受到有害刺激后，通过释放神经肽类物质调控包括巨噬细胞在内的多种免疫细胞的活动。前期研究认为，SP能够激活巨噬细胞产生以巨噬细胞炎症蛋白2和CCL2为主的趋化因子和多种促炎细胞因子；而最新研究表明，SP能够使粒细胞‑巨噬细胞集落刺激因子诱导产生的促炎型巨噬细胞极化为以组织修复功能为主的M2样巨噬细胞。该过程主要通过直接激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白/S6激酶通路并诱导产生精氨酸酶‑1、CD163和CD206，能够被神经激肽‑1受体抑制剂RP67580和特异性信号通路抑制剂抑制。CGRP是与SP有相同来源的另一种神经源性炎症介质，释放到细胞外的CGRP能够与巨噬细胞表面受体活性修饰蛋白1结合，激活下游蛋白激酶A信号通路，诱导cAMP不同途径抑制TNF‑α的同时促进IL‑10的表达。但有研究显示，促分解介质Maresin1（MaR1）具有抗炎和镇痛活性，认为其在炎性痛模型中的作用机制为抑制CGRP的分泌以及其他促炎症细胞因子的产生。因此，在不同病理状态下神经肽类物质的作用或有不同，其致痛或镇痛效果有待进一步探讨。

3 微RNA（microRNA, miRNA）

非编码RNA作为关键转录后调节因子，具有修饰多种mRNA靶点和相应蛋白表达的能力，通过调节初级感觉神经元的基因表达参与神经病理性疼痛的发生、发展。目前，有关miRNA与疼痛相关的研究较为丰富。Willemen等通过鞘内注射miRNA发现，miRNA‑124能够使巨噬细胞M1/M2比值下降，并且能够减弱持续的炎性痛。miR‑let‑7b也被证实是一种能够作用于DRG神经元Toll样受体7激活伤害性感受器的分子，且这一过程依赖TRPA1的参与。随着细胞外囊泡、外泌体概念的出现，越来越多的研究证实外泌体能够携带不同分子，包括miRNA等遗传信息参与体内的多种生物过程。近期研究结果显示，外泌体能够作为神经元与巨噬细胞的通信工具传递信息，同时交换蛋白质和脂质，参与痛觉敏化的产生与维持。Simeoli等发现，携带miR‑21的外泌体能够由外周神经损伤后的DRG神经元释放并且被巨噬细胞吞噬，进而引起巨噬细胞表型倾向于M1样的改变以及促炎因子的释放，而鞘内使用miR‑21抑制剂能够抑制巨噬细胞浸润和神经病理性疼痛发生。他们在研究结果中还提到，感觉神经元释放外泌体的过程是由TRPV1活化调控。Fan等将间充质细胞获取的外泌体利用尾静脉注射方法作用于糖尿病小鼠，结果显示，外泌体治疗能够提高小鼠的热痛阈和机械痛阈，降低巨噬细胞M1/M2比值，抑制促炎型细胞因子的产生。研究还证实，抑制痛觉敏化的发病机制主要是通过外泌体内表达差异的miRNA调节Toll样受体4/NF‑κB信号通路实现。此外，Wang等的研究也得出施万细胞分泌的外泌体作用于糖尿病受损DRG神经元促进神经生长也是利用miRNA对NF‑κB信号通路的调节作用。上述研究结果为使用不同细胞来源的外泌体作为痛觉敏化患者的潜在治疗方案提供了新的前景。

4 小结

持续性炎症可能发展为慢性疾病，包括慢性疼痛、免疫疾病等。而目前现有药物对慢性神经病理性疼痛的治疗效果有限，亟须研究新型治疗策略。免疫系统和感觉神经系统在识别伤害刺激方面具有协同作用，为疼痛的发病机制提供了新思路。抗细胞因子的出现以及以间充质干细胞为基础的纳米给药方式更是为靶向DRG的治疗提供了可行性。根据巨噬细胞与感觉神经元之间的调控关系来研究增强巨噬细胞功能和促进其表型转换的药物有望成为治疗炎症和神经病理性疼痛的新方法。此外，细胞外miRNA提供了神经元和免疫细胞之间相互作用的新方向，也提供了治疗疼痛相关疾病的新靶点。

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