神經病理性疼痛模型研究進展

國際疼痛研究會（npp）將戲劇理性疼痛定義為由外部或中樞神經系統的直接損傷和功能障礙引起的疼痛。它屬于一種慢性疼痛,疼痛表現為自發性疼痛(Spontaneouspain),痛覺過敏(Hyperalgesia),異常疼痛(Allodynia)和感覺異常等臨床特征,人群發生率超過1%。由于病因多種多樣,發病機制較為復雜,屬于難治性疾病。近年來,隨著神經痛動物模型的建立和完善以及相關學科(生理學、分子生物學、藥理學、臨床治療學等)迅速發展,特別是分子生物學,基因治療學先進技術的發展,對該疾病發病機制的認識越來越深入,為今后研究開發新型安全有效的抗NPP鎮痛藥奠定了堅實的理論基礎。目前,有關NPP發病機制的探索,新的藥物作用靶標以及新型的有效防治藥物的尋找,為目前重要的研究方向。本文針對NPP研究模型、發病機制和藥物治療依次闡述。1神經損傷的臨床特征目前多采用神經損傷的動物模型,包括外周神經損傷和中樞神經損傷模型。由于臨床上中樞與外周神經損傷的致傷因素多樣,傷情傷類復雜,因此,實驗性中樞與外周神經損傷的動物模型也只能從一定角度,一定側面,一定程度反應其臨床的實際。各種動物模型疼痛發生機制不同,模擬的臨床癥狀也不一樣。理想的神經損傷動物模型不僅要反映人類神經源性損傷的癥狀和感覺變化,而且模型必須能夠引起可靠的行為學和功能性痛覺變化以反映相應部位的持續性高痛敏或疼痛,并且能夠引起與疼痛行為和功能變化相關的神經化學和神經生理學變化。其中坐骨神經慢性壓迫性損傷模型(Chronicconstrictioninjuryofthesciaticnerve,CCI),坐骨神經部分結扎模型(Partialsciaticnerveligationmodel,PSL),L5/L6脊髓神經結扎模型(L5/L6spinalnerveligationmodel,SNL)這3種動物模型為目前國際上常用的外周神經性疼痛模型。1.1材料一:從“左、右”到“骨神經”該模型多用于模擬腫瘤壓迫,重金屬離子中毒,缺氧或代謝異常等誘發的神經病理性慢性痛的研究以及用于模擬臨床慢性神經壓迫性損傷,如卡壓性神經病變和椎間盤突出導致的神經根刺激癥狀。操作方法:沿坐骨神經切跡作一切口,充分暴露出大鼠坐骨神經干,用4-0鉻制羊腸線在大鼠股骨中部水平松弛結扎坐骨神經(左側或者右側),結扎強度以引起小腿肌肉輕度顫動反應為宜。術后第五~七天開始出現痛反應,10~14d達高峰,持續2個月后痛反應消失。用該方法復制出的大鼠疼痛模型表現為自發痛(自發抬起損傷肢體,時而舔足、咬足或甩足、避免損傷側的負重)、輕度或中度的自殘現象。動物損傷足對熱輻射爪退縮閾值明顯下降,提示有熱痛敏;用vonfrey(0.4~2.0g)和冷刺激(0~4℃)檢測,損傷足對機械和冷刺激反應次數顯著增多,提示有機械痛敏、異常痛敏和冷痛敏。該手術操作較簡單,創傷小,并發癥少,動物存活率高,模型制作成功率高。通過輕度結扎坐骨神經,使粗的有髓鞘神經纖維選擇性損傷,而保留大部分傳遞疼痛的無髓鞘C類纖維。該模型有其缺點:由于鉻腸線結扎的松緊度完全取決于實驗操作,可影響疼痛產生的強弱,甚至會導致該側后肢癱瘓,所以該模型產生疼痛的反應具有較大的變異性。CCI模型不僅在機械痛而且在熱痛上其敏感性均增加,說明它具有神經病理性疼痛和炎性疼痛雙重成分。1.2坐骨神經的熱痛行為這是一種與CCI模型相似的神經病理痛模型。麻醉及無菌操作下,在股段高位暴露大鼠坐骨神經,將一條8-0號硅化絲線縫入神經干內,使神經的背側1/3~1/2被收在線套內,然后扎緊線套。PSL的不同之處在于疼痛相關行為出現比較早,該模型也有抬足、舔足等自發痛行為表現,但無自噬傷肢行為,動物損傷肢體有對輻射熱刺激和CO2激光照射敏感的熱痛敏、對vonfrey纖維刺激敏感的異常機械痛敏。由于這一水平支配外周區域的神經纖維在坐骨神經中是隨機分布的,不會造成特定區域的感覺喪失,且損傷纖維之定量也無法確知。因此,難以確定哪段脊髓節段損傷最為嚴重,其重復性和定量分析較差。該模型模擬外周神經損傷后的燒灼痛,多用于同節段內的損傷神經元及正常神經元之間活動的相互影響的研究。1.3術后大鼠骨髓炎反應模型1992年,Chung等人成功制作的一種在脊髓水平切斷神經傳導的模型。該模型結扎部位和結扎強度變異小,動物個體差異僅來自于動物的生物學變異,盡可能的排除了實驗誤差;脊髓損傷和非損傷節段完全分開,有利于對比研究損傷和非損傷脊髓節段的初級傳入是否或如何參與疼痛的誘導和維持機制。具體操作方法如下:在大鼠L4~S1水平切取一側椎旁肌肉,切除L6脊椎橫突,分離L4~L6脊神經,用6-0醫用絲線分別緊緊結扎L5和L6脊神經,或僅結扎L5脊神經。術后動物出現步態異常,但手術側后肢除了輕度外翻、足趾緊收外,無其他畸形改變。機械痛敏和異常痛敏出現于手術后12~20h,持續10周左右;熱痛敏也可在手術后1d出現,手術后3d最顯著,而后持續5周左右恢復術前水平,持續時間長達4個月。該模型常用于模擬神經叢和背根的損傷。制備SNL模型時,手術操作復雜,損傷大,易感染,不利于大量制備疼痛模型。1.4腓腸神經的機械異常痛敏Decosterd和Woolf等人建立的模型,于大鼠后肢上緣切開皮膚,分離肌肉,暴露坐骨神經主干及分支—脛神經、腓總神經和腓腸神經,結扎并剪斷脛神經和腓總神經,保留細小的腓腸神經,應避免任何損傷。術后24h后肢足底和足背外側緣腓腸神經的支配野出現顯著的機械異常痛敏,14d達高峰,持續7~8月;此外后肢足底內側緣隱神經支配野也出現機械異常痛敏,但較腓腸神經支配野弱;腓腸神經支配野熱痛閾無變化,但是熱刺激引起抬足的維持時間延長;在機械痛效果方面,SNI產生疼痛過敏和異常的時間最早,僅對機械刺激敏感,是一種較理想的疼痛模型。該模型造成的神經損傷程度固定,模型穩定,產生的神經病理性痛行為學表現持久,長達7個月,可模擬臨床神經病理性痛的多個特點。1.5神經瘤的生成用結扎、切斷、冷凍或者電切坐骨神經,然后將斷端的神經干用聚乙烯管套住,保留的斷端在9到40天會生成神經瘤。多用于研究臨床上截肢引起的疼痛。術后動物表現自殘行為,對動物自噬傷殘肢體現象是由于痛敏或異常痛敏,還是因為局部失去知覺而被當作異物咬掉,一直存在爭議。1.6神經生物學模型糖尿病神經源性疼痛模型(diabeticneuropathicpainmodel,DNP)和帶狀皰疹神經性疼痛模型(postherapeuticneuralgiamodel,PHN)是兩種常見的由疾病引起的外周神經源性疼痛模型。如通過注射細胞毒藥物如四氧嘧啶或鏈脲佐菌素建立的糖尿病神經病理性模型;感染大鼠單純帶狀皰疹病毒開發出了急性皰疹和帶狀皰疹神經痛模型的毒性神經病變。除了結扎,橫切,炎性物質損傷神經之外,還有采用低溫損傷建立起來的模型(SCN),該模型潛在的優勢在于神經干的損傷是可逆的,還有修復的可能,因此該模型適用于研究暫時性外周神經損傷引起的神經源性疼痛的影響及損傷后修復過程。除了動物模型之外還有細胞模型,實驗證明細胞模型是有效的,它可以模擬體內疼痛信號在細胞與細胞之間的傳遞。常用的有原代感覺神經元的,永久性感覺神經元的培養。以上模型從不同的角度說明神經病理性疼痛的發病機制,它們的復雜性與臨床上疼痛癥狀的多樣性一致。每種模型都有其適用與局限的地方,研究者需要根據自己的要求選擇合適的模型。2其他特殊受體的作用神經病理性疼痛病因具有多樣性、復雜性,從實驗動物模型解剖學,生物化學,分子生物學,臨床病人的病理表現及用藥的有效結果等方面研究,總結如下:2.1電生理基礎許多實驗證明,損傷部位神經傳入纖維異位電流釋放增加。這種現象可能與神經元細胞膜上鈉離子通道重分布、數量和功能的改變有關。臨床實踐證明,應用鈉離子通道阻滯劑如:抗痙攣劑、局部麻醉劑、抗心律不齊等都能緩解神經病理性痛。除此之外,外周神經損傷后鈣通道表達的改變在NPP形成中起重要作用,缺乏N型電壓敏感性鈣通道的小鼠,神經痛的程度受到抑制。2.2解剖學基礎研究發現,神經性病理性疼痛的大鼠模型表現出背根神經節交感神經異常芽生,電鏡發現神經受傷部位交感神經纖維增多。交感軸突長芽,并且外周神經損傷能誘發被損傷的傳入纖維的胞體、雪旺氏細胞和成纖維細胞釋放神經生長因子和白細胞抑制因子。交感神經纖維的增生引起脊神經感覺神經元對機械,冷熱刺激的敏感性增強。同時發現,初級傳入有髓低閾Aβ神經纖維占據了高閾值C纖維的位置,并且與原來的C纖維形成新的突觸,激活了原本對C纖維無反應的神經元。這是Aβ神經纖維參與神經性疼痛的解剖基礎。2.3分子神經生物學機制2.3.1NMDA受體的作用:大量研究表明,突觸后神經元內Ca2+濃度升高是誘導長時程增強效應(LTP)所必需的。應用NMDA受體非競爭性拮抗劑MK2801等可以阻斷病理性痛覺過敏的產生,減輕自發性疼痛和痛覺超敏。中樞敏化中NMDA受體和蛋白激酶C在維持中樞敏化中發揮重要作用。2.3.2P2X受體的作用:ATP不僅是一種貯能、供能物質,還是一種重要的神經調質。ATP門控的離子通道受體(P2X受體)廣泛分布于傷害性信息傳遞有關的外周或中樞神經細胞中,它們與傷害性刺激的感受及傳遞關系密切。外周神經損傷可以調節P2X受體的表達,其變化程度取決于損傷的類型。有研究發現,坐骨神經切斷后L4~L5DRG的P2X3受體水平下調,而外周神經損傷后脊髓小膠質細胞P2X4受體表達水平上調,預示外周神經損傷后P2X4活化對異常痛敏的產生是必要的。神經病理性模型,交感軸突長芽與背根神經節神經元接觸,交感末梢釋放的ATP可激活背根神經節P2X3受體。P2X受體阻滯劑蘇拉明可以減輕坐骨神經結扎大鼠的觸誘發痛,預先給予P2X3通道的反義核苷酸治療也可以阻止機械痛敏的發生,而腎上腺素能受體阻滯劑酚妥拉明無此作用。2.3.3炎性介質的作用:外周神經損傷與神經干局部炎癥密切相關,并且這些炎癥介質可以敏化軸突損傷的神經纖維,因此炎癥介質在NPP的形成和維持中非常重要。外周組織損傷引起速激肽釋放,與炎癥性痛敏密切相關。組織損傷后PGE2和PGI2迅速產生是炎癥性疼痛的重要促使因素。NPP動物給予環化酶抑制劑治療后,可以緩解溫度和機械性痛敏,小鼠足底注射PGI2激動劑可引起痛敏反應。炎癥介質通過活化細胞內蛋白激酶,進而調控細胞膜表面不同離子通道的活性。神經損傷后,P物質(SubstanceP,SP)大量釋放,作用于脊髓背角的NK1受體,激活磷酯C(PLC),PLC能使細胞內的三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)的濃度增加。IP3能夠動員內質網內的Ca2+,使細胞內游離的度增加;DG則與Ca2+一起激活PKC,使NMDA受體磷酸化,提高NMDA受體的功能,對誘導脊髓背角敏感化有重要作用。2.3.4中樞抑制系統削弱:在正常情況下,抑制性中間神經元可抑制C纖維中樞端釋放神經遞質和脊髓背角神經元的興奮性,起著抑制傷害性信息傳遞的作用。形態學研究發現,神經損傷可引起形態的改變。研究還發現,神經損傷后,脊髓背角I板層和II板層抑制性中間神經元出現了跨突觸的興奮毒性改變,出現了所謂的“暗神經元”(darkneurons),說明神經損傷可以引起中樞抑制性中間神經元的死亡。此外,如前所述,在神經損傷后,蛋白激酶系統被激活,引起GABA受體的磷酸化,也可導致中樞抑制性中間神經元對傷害性信息傳遞的抑制作用減弱,從而產生痛覺過敏。鞘內注射GABA受體激動劑,可拮抗外周神經損傷所引發的痛覺過敏。進一步證明,中樞抑制性中間神經元功能下降是引起神經病理性疼痛的重要因素。2.3.5高位中樞敏感化:外周神經損傷不僅引起脊髓部位突觸連接發生變化,也引起脊髓以上的高位中樞的功能發生改變。研究表明,脊髓以上的丘腦、大腦皮質軀體感覺區及中腦灰質的神經元參與痛覺過敏,而神經損傷后,下行易化調制系統功能的改變則可能參與脊髓敏化的維持。延髓頭端腹內側區是下行易化系統的上位中樞,該部位的神經緊張素可能在激活下行易化系統過程中發揮重要作用;外周神經損傷后,從延髓頭端腹內側區的下行易化系統對脊髓背角神經元的作用增強。對于NPP的脊髓上高位中樞的確切作用機制,仍需要進一步研究,為尋求藥物作用靶點提供依據。3藥物治療3.1酸受體阻滯作用抗抑郁藥的作用機理是:①阻止5-HT和NE的再攝取;②鈉離子通道阻滯作用;③天門冬氨酸(NMDA)受體阻滯作用。包括三環類和非三環類的抗抑郁藥。鎮痛劑量比抗抑郁劑量低,并且起效更快。如三環類阿米替林每日鎮痛劑量平均為75mg,低于其抗抑郁劑量(150~300mg),鎮痛作用在服藥后1~7天起效,而抗抑郁作用通常需2周。3.2減弱不良刺激,抑制痛覺抗癲癇藥物可以針對疼痛發生機制中的多個環節,如阻滯Na2+和Ca2+通道,提高GABA水平或抑制GABA降解,抑制緩激肽釋放,阻止動作電位形成,減弱不良刺激向心傳導,抑制異位放電,提高痛覺閾值等發揮作用,從而減少疼痛的產生和(或)抑制痛覺形成。第二代抗癲癇藥加巴噴丁,是目前推薦神經性疼痛首選治療藥物中唯一的抗癲癇藥物。加巴噴丁治療神經性疼痛的臨床研究報道較多,治療對象大多為糖尿病性神經痛和帶狀皰疹后疼痛。加巴噴丁結構與GABA類似,能調節GABA受體的活性及GABA的釋放;并具有抑制電壓依賴型Ca2+通道,抑制興奮性氨基酸釋放,減少大腦去甲腎上腺素的釋放等作用,從而抑制神經性疼痛。3.3藥片類及安全性阿片類鎮痛藥用于治療慢性疼痛還存在爭議,但近年來研究發現,在一部分慢性疼痛患者中長期使用阿片類的鎮痛藥不但有效,而且安全。所有服用鴉片類鎮痛藥的患者都會產生藥物依賴(當突然停藥或迅速減藥時出現撤藥癥狀),必須提醒患者不能突然停止治療。新型的鎮痛藥,如緩控釋劑型芬太尼透皮吸收劑,羥可酮控釋片,大大減小了阿片藥的副作用,廣泛用于慢性疼痛