缓激肽的作用(缓激肽作用机制)

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张麟临李依泽于泳浩王国林

天津医科大学总医院麻醉科，天津市麻醉学研究所，天津 300052

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(5):545-549.

DOI：10.3760/321761-20210523‑00555

基金项目

国家自然科学基金（82171205，81801107，82071243，81571077）

REVIEW ARTICLES

【综述】

疼痛被公认为世界第五大生命体征，流行病学报告显示，当今全球至少有25%的人口遭受慢性疼痛的折磨。慢性疼痛可表现为自发痛、触诱发痛和痛觉过敏，患者亦可出现失眠、抑郁等精神症状，严重威胁患者身心健康，降低患者生活质量。凡疼痛持续或间接性持续3个月以上者均称为慢性疼痛，主要包括慢性神经病理性疼痛（neuropathic pain, NP）、慢性炎性疼痛、慢性癌性疼痛和慢性肌肉骨骼疼痛。神经元可塑性改变介导的外周敏化和中枢敏化可能是慢性疼痛发生发展的关键环节。现有镇痛药物（如非甾体抗炎药、阿片类药物）对慢性疼痛疗效不佳，可产生多种不良反应，因此有必要深入研究慢性疼痛的发病机制，寻找新的分子靶点从而制订安全、有效的治疗策略。

缓激肽的作用

1 胱天蛋白酶（caspase）家族的生物学特性

caspase家族是一组具有相似结构的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶，通常以无活性酶原形式存在于细胞质内，将其肽链多余部分剪切后即可活化。活化后的caspase具有独特的催化性能，能高度特异性识别其底物的基因序列，并将其底物在天冬氨酸位点后切断，主要参与由多种损伤（细胞因子、趋化因子、炎性损伤、兴奋性中毒等）诱发的细胞凋亡过程。

目前已发现caspase家族有14个成员，根据其功能特点及在细胞凋亡传导通路中位置的不同，可将其分为三类：① 凋亡启动组，caspase‑2、caspase‑8、caspase‑9和caspase‑10；② 凋亡执行组，caspase‑3、caspase‑6和caspase‑7；③ 炎症介质反应调节组，caspase‑1、caspase‑4、caspase‑5、caspase‑11、caspase‑12、caspase‑13和caspase‑14。研究表明，脊髓背角中的胶质细胞活化所介导的神经炎症是慢性痛觉中枢敏化的启动因素。同时，越来越多的资料显示，caspase家族是神经炎症机制网络中的核心，可调控阿尔茨海默病、帕金森病和多发性硬化等多种神经系统疾病的病理生理过程。近年来对caspase家族，尤其是caspase‑1和caspase‑6介导的神经炎症和突触可塑性改变在慢性疼痛中的作用取得了较多的进展。现就caspase家族参与慢性疼痛的机制进行综述，以期为慢性疼痛的临床防治及针对caspase信号通路相关药物的研发提供理论依据。

2 caspase‑1在慢性疼痛中的作用

2.1caspase‑1与NP

NOD样受体蛋白3（NOD‑like receptor protein 3, NLRP3）炎症小体是一个多蛋白复合体，包含caspase‑1前体。当caspase‑1前体被招募到NLRP3炎症小体中，就会裂解为成熟的caspase‑1，后者进一步介导IL‑1β的细胞外分泌，从而促进痛觉信息传递。Xu等研究报道，在坐骨神经慢性压迫损伤（chronic constriction injury, CCI）模型中，小鼠脊髓背角浅层神经元和星形胶质细胞中NLRP3、活化的caspase‑1表达增多，并伴有疼痛样表型，抑制caspase‑1激活可缓解CCI诱发的机械触诱发痛和热痛觉过敏。Grace等研究证实，吗啡治疗可反常性延长CCI介导的NP，其机制可能是诱发p38磷酸化，上调NF‑κB的p65亚基、Toll样受体4和嘌呤能离子通道型受体7（purinergic receptor 2X7, P2X7R）的表达，共同参与caspase‑1的活化，引起下游炎症因子IL‑1β的分泌，导致持续的伤害性感受神经元活性和兴奋性增加，调控慢性疼痛的形成与维持。

除CCI模型外，在脊神经结扎模型诱发NP小鼠的脊髓背角中，NLRP3和活化的caspase‑1表达也显著升高。同时，脊神经结扎大鼠背根神经节中caspase‑1的合成也显著增多，提示外周神经系统中caspase‑1的活化是慢性NP痛阈降低的病理生理基础。Qian等研究发现，在脊髓损伤模型中，抑制caspase‑1活化可有效减少细胞因子IL‑1β和IL‑18的合成，进而降低慢性疼痛敏感性。

缓激肽的作用

除神经损伤诱发NP外，重复腹腔注射化疗药物紫杉醇也可诱导大鼠形成外周NP，且紫杉醇注射后3周，L4~L6节段的背根神经节及相应的坐骨神经中NLRP3和caspase‑1活化，抑制caspase‑1裂解激活可减少化疗药物引起的NP 。同样，在化疗药物奥沙利铂介导的外周NP模型中，大鼠脊髓背角caspase‑1和NLRP3的活性也显著升高。

2.2caspase‑1与炎性疼痛

有研究表明，在大鼠踝关节注射完全弗氏佐剂（complete Freund's adjuvant, CFA）制备的慢性炎性疼痛模型中，组织对热刺激和机械刺激的痛觉敏感性增加，并伴有脊髓背角P2X7R水平升高、caspase‑1活化及下游IL‑1β分泌增多；鞘内注射P2X7R抑制剂A740003可通过下调caspase‑1/IL‑1β信号通路缓解炎性疼痛。Matsuoka等的研究显示，小鼠足底注射CFA和神经酰胺可诱发局部神经组织炎症反应，L5节段背根神经节小尺寸神经元中NLRP2/caspase‑1/IL‑1β表达上调，鞘内注射caspase‑1抑制剂Z‑YVAD‑FMK可通过减少IL‑1β分泌而提高机械触诱发痛阈值、延长热缩足潜伏期。Liang等在小鼠足底切口痛模型中也发现，局部注射caspase‑1抑制剂VRTXSD727可有效缓解慢性炎性疼痛，并显著减少切口周围巨噬细胞炎性蛋白‑1α、粒细胞集落刺激因子、前列腺素2、IL‑1β的合成与释放。

2.3caspase‑1与癌性疼痛

Chen等研究发现，脊髓NLRP3、衔接蛋白凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis‑associated speck‑like protein containing CARD, ASC）和caspase‑1表达持续增多，单次和重复腹腔注射NLRP3抑制剂MCC950均可有效缓解癌性疼痛并下调ASC、caspase‑1的表达。这些结果提示，NLRP3/ASC/caspase‑1信号通路的激活是引发和维持骨癌慢性痛觉敏化的重要机制。

3 caspase‑6在慢性疼痛中的作用

3.1caspase‑6与炎性疼痛

Berta等研究发现，caspase‑6特异性分布于脊髓背角浅层C‑纤维轴突末端，且与降钙素基因相关肽共表达，提示肽能初级传入神经元中的caspase‑6可以被转运到脊髓中枢末端，维持疼痛相关突触效能。而且，足底注射甲醛或缓激肽可诱导背角神经元caspase‑6裂解活化，脊髓注射caspase‑6选择性抑制剂ZVEID或caspase‑6中和抗体，或坐骨神经周围注射caspase‑6 干扰小RNA（small interfering RNA, siRNA）均可有效缓解甲醛诱发的炎性疼痛。同样，caspase‑6基因敲除可减轻缓激肽介导的自发痛，CFA诱发的机械触诱发痛和角叉菜胶引起的热痛觉过敏。此外，脊髓注射外源性重组caspase‑6可诱发小胶质细胞释放TNF‑α，增强兴奋性突触后电位。这些结果表明，caspase‑6可通过介导神经元‑小胶质细胞的相互作用参与痛觉突触可塑性改变，进而调控持续性炎性疼痛。

3.2caspase‑6与NP

有研究发现，外周神经损伤可引起轴突末端分泌转录激活因子3和caspase‑6，并作用于周围小胶质细胞，促进小胶质细胞活化介导p38磷酸化，进而释放TNF‑α和脑源性神经营养因子，最终作用于伤害性感觉神经元，参与中枢敏化和慢性疼痛维持的调控。抑制背根神经节中caspase‑6可有效减轻小鼠坐骨神经分支选择性损伤诱发的机械性触诱发痛。此外，caspase‑6基因敲除可减少紫杉醇和CCI诱发的外周NP的发生。

3.3caspase‑6与肌肉骨骼疼痛

Cui等研究发现，骨折小鼠机械性触诱发痛和冷刺激诱发痛发生于术后3 d，于7~14 d达高峰，可持续至少21 d；分子生物学结果表明，骨折小鼠脊髓背角caspase‑6活性增强（表达水平不变），含GluA1亚基α‑氨基‑3‑羟基‑5‑甲基‑4‑异恶唑丙酸(α‑amino‑3‑hydroxy‑5‑methyl‑4‑isoxazolepropionic acid, AMPA）受体靶向突触后膜转运增加，成熟树突棘增多，且鞘内注射caspase‑6抑制剂和caspase‑6中和抗体能有效抑制AMPA受体膜上位并减少背角神经元树突棘重塑，从而减轻疼痛；电生理实验结果显示，抑制caspase‑6活性可阻断AMPA受体介导的兴奋性突触后电流。上述结果证明，caspase‑6介导兴奋性突触结构和功能可塑性改变是骨折后慢性疼痛形成的重要机制。但caspase‑6又是通过何种途径引起AMPA受体膜上位最终引发和维持肌肉骨骼疼痛未有定论。同时，除了影响受体转运的机制研究外，是否还存在干扰受体表达的遗传学机制？仍需进一步研究。

3.4caspase‑6与阿片类药物引发的痛觉过敏

阿片类药物引发的痛觉过敏不仅降低其镇痛效价，增强机体对伤害性刺激的敏感性，甚至导致术后疼痛慢性化。最新文献表明，瑞芬太尼持续输注可诱导脊髓背角神经元caspase‑6活化，引起突触后趋化因子CCL21表达增多并释放在小胶质细胞周围，与其特异性受体（趋化因子CXC亚家族受体3）在小胶质细胞膜表面结合，使小胶质细胞活化，进而通过介导小胶质细胞‑神经元相互作用参与中枢敏化和阿片类药物引发的痛觉过敏调节。但caspase‑6又是通过何种下游靶点分子上调CCL21的合成则需进一步探讨。

4 其他caspase在慢性疼痛中的作用

近年来，多项研究显示caspase‑1和caspase‑6参与了慢性疼痛的发生和维持，而caspase家族的其他成员也参与了慢性疼痛的调节。

缓激肽的作用

Wu等提出，CCI模型所诱发的坐骨神经损伤可引起脊髓背角caspase‑3表达增多并导致caspase‑3依赖的背角神经元凋亡，进而上调生长相关蛋白43，最终参与NP的发生与维持。行为学结果也证实，脊髓注射caspase‑3选择性抑制剂Z‑DEVD‑FMK或caspase‑3 siRNA能有效减少CCI所介导的热痛觉过敏和生长相关蛋白43的表达。同时，有文献报道，caspase‑3依赖的背角神经元凋亡可能是受体型酪氨酸蛋白激酶亚家族EphB及其配体ephrinB信号通路参与CCI诱发NP形成的机制之一，该通路有望成为临床治疗慢性NP的新靶点。He等认为，骨癌痛大鼠脊髓背角活化的caspase‑3和内质网应激的标志产物（如葡萄糖调节蛋白78、转录激活因子6和磷酸化的肌醇需求激酶‑1等）表达水平显著升高。抑制背角神经元内质网应激反应可明显减轻骨癌痛症状并减少caspase‑3、葡萄糖调节蛋白78、转录激活因子6和磷酸化的肌醇需求激酶‑1的合成。这些结果提示，内质网应激能激活caspase‑3依赖的兴奋性初级感觉神经元凋亡从而诱发骨癌痛相关的慢性痛觉过敏。Zhang等的研究也发现，小鼠胫骨骨折可上调脊髓背角caspase‑3的表达，进而参与富亮氨酸重复跨膜蛋白1介导的兴奋性神经突触可塑性改变，诱发慢性中枢敏化，最终调控机械触诱发痛的形成与维持。然而，尚无研究报道骨折创伤是通过何种途径调控caspase‑3活化进而介导慢性疼痛的发生。

最新研究显示，在脂多糖诱发的炎性疼痛模型中，小鼠脑和脊髓中caspase‑11、NLRC4、ASC和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶表达增多。应用代谢型谷氨酸受体1拮抗剂可通过减少脊髓背角caspase‑7的合成并抑制caspase‑7依赖的神经元凋亡过程，进而预防CCI诱发的NP 。但caspase‑11和caspase‑7抑制剂能否确切缓解慢性疼痛则是亟待解决的科学问题。

5 结语

我们总结了caspase家族在多种慢性疼痛形成与维持中的作用机制，以期为慢性疼痛的防治提供新的思路。虽然相关的基础研究已取得较大进展，但多数实验只停留在行为学层面，且对其上下游分子机制的深入探讨阐述较少，故仍有许多问题亟待解决，未来的研究应包括以下几个方向：① 针对caspase‑1、caspase‑6或caspase‑3研发的选择性抑制剂均可通过抑制动物模型中的神经炎症、兴奋性突触可塑性改变或神经元凋亡发挥其减轻慢性疼痛的作用；但这些抑制剂能否缓解患者的慢性疼痛并安全应用于临床，仍需要进一步的探索。② 除上述介绍的caspase‑1、caspase‑6、caspase‑3、caspase‑7和caspase‑11外，caspase家族中的其他成员分子是否也参与了慢性疼痛的调控尚未有定论。③ 就caspase家族在慢性疼痛发生、发展中作用的探讨，绝大多数都是选用雄性动物进行研究，考虑到慢性疼痛的形成机制存在性别差异，因此caspase信号通路是否参与雌性动物慢性疼痛的形成则是今后研究的另一个重点。上述方向的研究成果将进一步为慢性疼痛的防治策略提供新的干预靶点，并推动针对caspase家族信号通路相关药物的研发。

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国际麻醉学与复苏杂志

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