力敏感离子通道参与机械性痛觉过敏的研究进展
发布日期:2019-09-23 10:32   来源:未知   阅读:

  皮肤或周围组织损伤可引起各种感觉敏感性增强的疼痛称痛觉过敏。痛觉过敏是外周和中枢敏感化的结果。什么是国际足联比赛日? 2019-08-17外周敏化导致初级痛觉过敏,表现为对来自损伤区域的刺激产生夸大的疼痛反应。中枢敏化导致次级痛觉过敏,表现为损伤区域外的刺激也能产生增加的疼痛反应。

  根据诱发疼痛的方式,痛觉过敏分为热痛觉过敏、冷痛觉过敏以及机械性痛觉过敏。机械性痛觉过敏发生在损伤周围的正常组织,表现为对机械刺激的反应增强,如轻触刺激诱发疼痛。临床上神经病理性疼痛、炎性疼痛、阿片类药物滥用以及术后组织损伤等均可以诱导机械性痛觉过敏的发生。

  机械转导是从细菌到人类等所有生物有机体所共有的特征,包括离子通道、特异性细胞骨架蛋白、细胞连接分子和G蛋白耦合受体等在内的一大类细胞膜分子都与机械转导相关。有机体通过细胞机械转导来感受环境中的机械刺激,从基本的细胞过程(如增殖、分化以及凋亡)到最常见的感觉(如痛觉、触觉和听觉等)。

  而力敏感离子通道(mechanosensitiveionchannel,MSC)在机械转导中非常重要。它能够将细胞和有机体受到的环境中机械信号通过某些途径转化成电信号及化学信号,最终传输到大脑。位于外周神经末梢的MSC被机械刺激激活,产生膜的除极,除极达到一定的值时,引发动作电位,动作电位沿着感觉神经传到脊髓,信号经中间神经元处理或者直接传输到投射神经元,最后把信号传到大脑特定区域,感知疼痛。所以MSC在感知疼痛的过程中有重要作用。

  MSC在真核生物中广泛存在,如TRP家族、压电(Piezo)家族等。本综述重点介绍了分布较广泛的、生理效应重要TRP家族,其中瞬时受体电位锚蛋白1(transientreceptorpotentialankyrin1,TRPA1)、受体电位香草醛亚家族(transientreceptorpotentialvanilloid,TRPV)1和TRPV4作为MSC在机械性痛觉过敏中发挥重要作用,以及近年来被发现在感知压力和疼痛方面较重要Piezo2通道。

  TRP通道是一类广泛分布在外周、中枢神经系统的力敏感离子通道蛋白。由于氨基酸同源性的差异,TRP通道被分为TRPC、TRPV、TRPM、TRPML、TRPP、TRPA、TRPN等7个亚家族。TRP通道的N末端和C末端也是位于细胞膜内侧,它们的特点是具有6次跨膜蛋白,其第5和第6跨膜结构域共同构成通道孔。TRP通道可形成功能性的同源或异源四聚体,从而在信号转导中发挥作用。TRP通道可被多种因素调节,包括温度、机械力、渗透压、pH值以及一些内外源性配体和细胞内信号分子等。

  到目前为止,在哺乳动物很多组织中都发现了TRP通道。它们既存在于神经组织,表达TRP通道的细胞类型(有神经细胞如感觉神经元,也有非神经细胞如血管内皮细胞、上皮细胞和平滑肌细胞),又参与维持机体内环境的稳定,对机体许多生理功能的正常完成具有重要意义。目前,它们公认的功能是介导感觉信号的传递。

  TRPA1属非选择性阳离子通道,对钙离子具有适中通透性,在初级感觉神经元中,TRPA1、TRPV1、P物质以及降钙素相关肽共表达。最初,TRPA1通道被认为是可以感受有害的冷刺激,同时在感觉神经元中是力的传导者。Petrus等研究表明,TRPA1通道的特异性抑制剂AP18可以减弱弗氏完全佐剂所致小鼠的机械性痛觉过敏,然而对TRPA1基因敲除小鼠没有作用,证实TRPA1在机械性痛觉过敏的发生阶段起重要作用。

  此外,daCosta等发现无论是在外周还是在脊髓水平上,并在天平高速秦州工程标段销售车用柴油,香港TRPA1与机械性痛觉过敏的发生和维持阶段相关联。同样地,TRPA1在肌肉急性机械性痛觉过敏的发展阶段以及持续疼痛和痛觉过敏的维持阶段发挥重要作用,可能是因为在炎性条件下,TRPA1作为感受伤害的下游靶点(如咬肌传入通路中P2X3和NMDA受体)表达增加,使其在肌肉持续疼痛和痛觉过敏的维持中起作用。

  局部注射氯化镁通过激活外周神经系统的TRPA1、NMDA受体以及一氧化氮的产生导致外周机械性痛觉过敏。这些实验结果证实TRPA1参与机械性痛觉过敏的发生和发展,然而,具体的机制十分复杂,尚不清楚。但是为TRPA1的选择性抑制剂作为治疗机械性痛觉过敏候选药物提供了理论基础。

  Watanabe等发现,小鼠经过TRPV1基因敲除后,在急性期(10~60min),由角叉藻聚糖所致同侧足的机械性痛觉过敏可以明显减弱,说明急性期TRPV1在炎性介质所致的机械性痛觉过敏发展中有重要作用。正常小鼠注射角叉藻聚糖后也会引起对侧足发生机械性痛觉过敏,称为次级痛觉过敏,在TRPV1基因敲除小鼠中对侧足不产生机械性痛觉过敏,说明TRPV1在对侧足产生的次级痛觉过敏中起重要作用。

  研究中还发现辣椒素和辣椒平分别作为TRPV1的激动剂和拮抗剂,都可以减弱由炎性介质导致的机械性痛觉过敏,因此,TRPV1通道有可能成为镇痛的作用目标。外周TRPV1通道在初级传入神经元表达,与急性期的初级痛觉过敏有关,而中枢神经系统TRPV1通道与亚急性期的次级痛觉过敏相关。次级痛觉过敏可能与炎症直接激活γ氨基丁酸能神经元的TRPV1通道,通过G蛋白耦联受体发挥作用,还可能与TRPV1通道激活神经胶质细胞及小胶质细胞有关。

  Lee等指出对大鼠三叉感觉神经元研究中,发现NMDA受体和TRPV1共同通过钙调蛋白激酶Ⅱ和蛋白激酶A(proteinkinaseA,PKA)信号级联反应在机械性痛觉过敏中起重要作用,由此提出了TRPV1作为双配体门控通道的机制,进一步证实在病理条件下TRPV1可能是“信号整合者”。

  Flynn等提出,TRPV1的C末端基序可使其亚基整合,而中干扰亚基整合可以减弱炎症诱发的机械性痛觉过敏,这为研制新型TRPV1的抑制剂提供了靶点,同时为疼痛治疗提供了新思路。

  Suzuki等研究认为TRPV4通道经A类纤维和C类纤维传导皮肤的触压觉。对低阈值机械刺激敏感的Ruffini末梢上部分参与机体对低阈值机械刺激的感知。体外研究发现TRPV4对细胞膜的变形并没有反应,说明TRPV4不可能直接受到细胞膜上机械力的调控,借此,Alessandri-Haber等提出TRPV4可能与其他力传导分子功能性耦合共同介导机械性痛觉过敏的产生。经过研究发现,整联蛋白、Src酪氨酸激酶信号系统和TRPV4共同介导机械性痛觉过敏。

  同样地,TRPV4在炎症介质协同作用产生的机械性痛觉过敏中有重要作用,体外研究表明,炎症介质参与TRPV4介导敏化的机制是通过对离体的初级传入神经元的直接作用。行为学观察表明在TRPV4依赖性的痛觉过敏的机制中,cAMP环路的充分激活需要多种介质参与。而Grant等发现蛋白酶激活受体2通过激活第二信使激酶,使得TRPV4Ca2+信号和电流敏化,以增加通道依赖性的感受伤害缩氨酸释放,从而引起机械性痛觉过敏。

  Piezo离子通道是2010年被发现的一类机械敏感性离子通道,是一种可以被机械力刺激直接激活的非选择性阳离子通道,在皮肤以及背根神经节有丰富的表达。该通道家族目前含有Piezo1和Piezo2两个成员,Piezo长度约为2500个氨基酸,根据对其疏水区域的分析推测它有10到38个跨膜单位,可以组装成三聚体而不需要其他蛋白来激活。两者的电流相似,但Piezo2失活更快,表达水平和整体电导率都比Piezo1更低。Piezo离子通道可以被机械刺激直接激活而不需要其他蛋白的参与,在敲除了Piezo2的小鼠背根神经细胞中,快反应机械敏感电流被抑制,因此Piezo离子通道被认为在细胞的机械力感受方面有重要的作用。

  在以往的研究中,已发现Piezo离子通道对疼痛感受、上皮细胞数量的自我平衡控制、血细胞比容调控以及泌尿道上皮细胞张力激活的Ca2+内流和ATP释放中有重要作用。Dubin等提出bDKRb2的激活可以引起Piezo2电流幅度的增加以及失活速度减慢,证实了通过Piezo2的敏化可能有助于PKA和蛋白激酶C介导的机械性痛觉过敏的产生。

  另外,Ferrari等发现在内皮素诱导的刺激依赖性痛觉过敏和化学疗法导致的外周神经病理性疼痛中,外周的Piezo2参与机械性痛觉过敏,并且在内皮细胞中介导机械力传导。内皮素-1激活伤害感受器末端的内皮素受体,直接导致痛觉过敏,同时,激活的内皮素受体可以使含有Piezo2通道的内皮细胞敏化,位于内皮细胞上的Piezo2通道感受到刺激信号,在无害的机械性刺激条件下细胞释放ATP,作用于伤害感受器的P2X2/3受体,导致内皮素-1产生刺激依赖性痛觉过敏。然而,Piezo2通道感受机械力的过程、门控的发生以及参与机械性痛觉过敏的详细机制仍需要进一步的探索。

  综上所述,目前对机械性痛觉过敏产生和维持机制的研究主要在3个方向:将机械刺激转化为电信号及化学信号的MSC的研究,外周和中枢系统中参与机械性痛觉过敏的相关因子及相关通路改变的研究,感觉神经元兴奋性在机械性痛觉过敏产生和维持机制中的相关研究。然而,一种MSC参与机械性痛觉过敏时可能并非通过单一的机制,如机械刺激转化为电信号及化学信号。机械性痛觉过敏的产生和维持过程也可能是由一种或者几种MSC共同参与其中。虽然已有大量关于MSC在机械性痛觉过敏中作用的研究,但仍有许多MSC尚未涉及,且其具体明确的机制需进一步的研究,以期为机械性痛觉过敏的治疗提供新的药物靶点。

  来源:杜项荣,王菁菁,张赭, 等.力敏感离子通道参与机械性痛觉过敏的研究进展[J].国际麻醉学与复苏杂志,2019,40(3):266-269.

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