硫化氫參與疼痛調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展

代韻柯，秦榜勇

(遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院疼痛科，貴州 遵義 563003)

國際疼痛學(xué)會(huì)對(duì)疼痛的定義是與實(shí)際的或潛在的組織損傷相關(guān)的一種不愉快的感覺和情感經(jīng)歷。疼痛是臨床上最常見的病癥之一，極大地危害著人們的身心健康，而闡明疼痛的機(jī)制是解決疼痛的基礎(chǔ)。硫化氫被列為繼一氧化氮和一氧化碳之后的第三種氣體信號(hào)分子，有著廣泛的病理生理學(xué)效應(yīng)，如舒張血管平滑肌，調(diào)節(jié)突觸活動(dòng)，誘導(dǎo)海馬長(zhǎng)時(shí)程電位，參與炎癥、細(xì)胞凋亡等，同時(shí)也參與了痛覺的調(diào)制作用。研究表明，硫化氫能夠調(diào)節(jié)內(nèi)臟性、軀體性、神經(jīng)病理性以及癌性疼痛等臨床上常見的疼痛。硫化氫的細(xì)胞和分子效應(yīng)包括激活離子通道、調(diào)節(jié)第二信使(環(huán)腺苷酸、環(huán)鳥苷酸、游離鈣)水平和蛋白質(zhì)硫化等[1]。離子通道是第一個(gè)被認(rèn)為是硫化氫靶標(biāo)的細(xì)胞蛋白家族[2]，之后關(guān)于硫化氫調(diào)節(jié)離子通道的報(bào)道迅速增加[3-4]。硫化氫對(duì)疼痛的調(diào)節(jié)并不限定于任何特定種類的離子通道(如電壓或配體門控通道)，其具體機(jī)制尚未完全闡明?，F(xiàn)對(duì)硫化氫的生理特性、在不同類型疼痛中的作用及其與離子通道的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 硫化氫的生理特性

硫化氫是一種無色有毒的具有臭雞蛋氣味的氣體，生理狀態(tài)下主要以HS-形式存在，其次為游離的硫化氫(比例大致為3∶1)。與一氧化氮和一氧化碳相似，硫化氫具有良好的脂溶性，在沒有特定轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白時(shí)可以快速穿過細(xì)胞膜[5]。由單個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的內(nèi)源性硫化氫的作用范圍可以超過200個(gè)相鄰細(xì)胞。硫化氫的生理分子機(jī)制主要是通過與各種氧化劑物質(zhì)直接反應(yīng)[6]，或通過增加細(xì)胞谷胱甘肽水平[7]，或通過刺激細(xì)胞內(nèi)各種抗氧化劑“主開關(guān)”(例如Nrf2)[8]等來發(fā)揮抗氧化作用。而關(guān)于硫化氫的生理濃度，一直是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，目前認(rèn)為它在哺乳動(dòng)物細(xì)胞及組織中以低微摩爾級(jí)濃度存在[9]。

硫化氫以L-半胱氨酸為底物，通過胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthetase,CBS)、胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase，CSE)以及3-巰基丙酮酸轉(zhuǎn)硫酶聯(lián)合半胱氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶催化生成。其中，CBS和CSE是硫化氫的主要合成酶，CBS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中占優(yōu)勢(shì)，在腦、脊髓及背根神經(jīng)節(jié)中含量豐富，而CSE主要在心血管系統(tǒng)及外周組織表達(dá)，是外周組織硫化氫的主要來源[10-11]。

硫氫化鈉是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)最常用的硫化氫供體，可以迅速解離后生成硫化氫。抑制硫化氫合成酶可以減少內(nèi)源性硫化氫的產(chǎn)生，氨基氧乙酸(aminooxyacetic acid，AOAA)是CBS最常見的抑制劑。雖然AOAA對(duì)CBS的抑制為非特異性的，但由于抑制作用強(qiáng)大且目前尚未發(fā)現(xiàn)較之更好的替代物，故大量用于在體及離體實(shí)驗(yàn)中[9]。CSE最常用的抑制劑包括DL-炔丙基甘氨酸(DL-propargylglycine，PAG)和b-氰基-L-丙氨酸[12]。另外，也可以運(yùn)用特異性的反義核苷酸敲除相關(guān)基因，以達(dá)到使相應(yīng)蛋白沉默表達(dá)的目的。

2 硫化氫在不同類型疼痛中的作用

2.1內(nèi)臟性疼痛 內(nèi)臟性疼痛為深部痛，一般定位不準(zhǔn)確，是臨床上一種常見而難治的疼痛。在膀胱疼痛小鼠中，由CSE和CBS產(chǎn)生的內(nèi)源性硫化氫引起巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子介導(dǎo)的痛覺過敏[13]，表明了內(nèi)源性硫化氫在內(nèi)臟痛中的正向調(diào)節(jié)作用。硫化氫能夠在初級(jí)感覺神經(jīng)元中引起內(nèi)臟痛覺過敏，但其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用還有待進(jìn)一步研究。最近有研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸炎癥模型的新生大鼠脊髓背角膠質(zhì)細(xì)胞的谷氨酸能突觸活動(dòng)頻率明顯增強(qiáng)，而鞘內(nèi)注射AOAA能顯著減少其突觸活動(dòng)頻率，并減輕結(jié)腸炎癥誘發(fā)的內(nèi)臟超敏反應(yīng)，硫化氫可能通過脊髓背角神經(jīng)膠質(zhì)的突觸前機(jī)制調(diào)節(jié)疼痛信號(hào)[14]。而大鼠弓狀核中CBS的上調(diào)可能在慢性胰腺炎的疼痛超敏反應(yīng)中起重要作用[15]。但是硫化氫既能促傷害，又能抗傷害，它對(duì)內(nèi)臟傷害性感受的影響仍難以確定。比如，硫化氫通過一氧化氮合酶依賴性機(jī)制下調(diào)小鼠結(jié)腸傳入的敏感性，減輕由結(jié)腸擴(kuò)張所引起的痛覺過敏反應(yīng)，說明硫化氫在內(nèi)臟痛中也具有抗傷害作用[16]。

2.2軀體性疼痛 軀體性疼痛的部位在軀體淺部，多為局部性，疼痛劇烈、定位清楚。文獻(xiàn)報(bào)道，皮下注射AOAA能夠減輕完全弗氏佐劑誘導(dǎo)顳下頜關(guān)節(jié)炎所致的口面部疼痛[17]。Santos等[18]發(fā)現(xiàn)，局部或全身運(yùn)用PAG可顯著減少這種口面部疼痛，而局部注射對(duì)減輕傷害性反應(yīng)更為有效。此外，局部PAG給藥引起毛細(xì)血管通透性降低，從而使顳下頜血管血漿外滲減少。另外有研究發(fā)現(xiàn)，硫化氫可以促進(jìn)與偏頭痛有關(guān)的三叉神經(jīng)節(jié)神經(jīng)纖維的傷害性放電過程[19]。以上研究結(jié)果均表明硫化氫參與軀體性疼痛的發(fā)生。

2.3神經(jīng)病理性疼痛 神經(jīng)病理性疼痛由軀體感覺系統(tǒng)損傷或疾病引起，主要表現(xiàn)為自發(fā)性疼痛、痛覺過敏和痛覺異常。神經(jīng)病理性疼痛病情重、病程長(zhǎng)，給患者身心上造成了極大痛苦。研究顯示，在坐骨神經(jīng)慢性縮窄性損傷所致的神經(jīng)病理性疼痛模型中，L4～6脊髓CBS的表達(dá)及硫化氫的合成增加，疼痛閾值減小，腹腔內(nèi)給予AOAA能顯著逆轉(zhuǎn)坐骨神經(jīng)慢性縮窄性損傷所引起的痛覺過敏[20]，所以CBS-硫化氫信號(hào)有望成為治療神經(jīng)病理性疼痛的一個(gè)靶點(diǎn)。而在大鼠腰椎間盤突出模型中，鞘內(nèi)給予AOAA可顯著降低背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的興奮性，并減輕疼痛[21]。另外，也有研究發(fā)現(xiàn)外源性硫化氫對(duì)神經(jīng)病理性疼痛具有緩解作用。比如，異硫氰酸酯(緩釋硫化氫的供體)通過釋放硫化氫減輕紫杉醇或奧沙利鉑誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性疼痛[22]。有研究報(bào)道，坐骨神經(jīng)慢性縮窄性損傷模型小鼠連續(xù)7 d、8 h/d吸入硫化氫與空氣的混合物，其機(jī)械痛與熱痛閾值增加，同時(shí)脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞的激活被抑制，表明吸入的硫化氫可能通過抑制脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞的活化來阻止小鼠神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)展[23]。這些研究有助于進(jìn)一步理解內(nèi)源性和外源性硫化氫在神經(jīng)病理性疼痛作用之間的差異。

2.4癌性疼痛 癌性疼痛由腫瘤壓迫、浸潤(rùn)周圍器官、神經(jīng)引起，而慢性癌痛中最常見的就是骨癌痛。研究報(bào)道，骨癌痛患者的血清硫化氫水平與疼痛評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，而在骨癌痛大鼠模型中，硫化氫預(yù)處理(即吸入硫化氫)顯著減少骨癌痛，表現(xiàn)為熱痛覺過敏和機(jī)械性異常疼痛減輕，其機(jī)制可能涉及脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞失活和炎癥抑制[24]。

3 硫化氫與痛覺相關(guān)離子通道

3.1硫化氫與Cav3.2通道 低電壓激活型的鈣離子通道，即T型鈣離子通道，生理?xiàng)l件下可在靜息膜電位被激活。T型鈣離子通道在背根神經(jīng)節(jié)和脊髓后角兩級(jí)神經(jīng)元中均有表達(dá)，在中樞和外周神經(jīng)元的興奮性中起關(guān)鍵作用。目前已經(jīng)克隆出3個(gè)T型鈣離子通道的編碼基因，分別是Cav3.1、Cav3.2和Cav3.3。硫化氫特異性地調(diào)節(jié)Cav3.2通道從而參與對(duì)疼痛的調(diào)制作用，而Cav3.1和Cav3.3通道對(duì)硫化氫不敏感，這可能與Cav3.2通道具有高度的氧化還原性及金屬敏感性有關(guān)[25-26]。

Cav3.2通道的表達(dá)與疼痛狀態(tài)關(guān)系密切，鞘內(nèi)注射Cav3.2反義核苷酸可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的抗傷害性感受的作用[27]。在大鼠足底內(nèi)和結(jié)腸內(nèi)使用硫化氫供體硫氫化鈉，分別引起軀體和內(nèi)臟的痛覺過敏，其制痛作用可被T型鈣離子通道阻斷劑或Cav3.2的基因沉默所逆轉(zhuǎn)[28-29]。由環(huán)磷酰胺或P物質(zhì)誘導(dǎo)的小鼠膀胱疼痛模型中，CSE蛋白在膀胱中顯著增加，CSE抑制劑、T型鈣離子通道阻滯劑或者鞘內(nèi)注射Cav3.2靶向反義寡聚脫氧核苷酸能顯著抑制小鼠的痛覺過敏[30-31]。總體而言，在疼痛中硫化氫對(duì)Cav3.2通道似乎是正向調(diào)節(jié)的。而Elies等[32]認(rèn)為，在Cav3.2轉(zhuǎn)染的HEK293細(xì)胞或隨機(jī)選擇的大鼠背根神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中，低濃度和高濃度硫氫化鈉分別抑制和增強(qiáng)25%～30%的T型鈣離子電流。也就是說，硫化氫對(duì)Cav3.2的作用并不完全是正向調(diào)節(jié)的，而有可能與硫化氫的濃度有關(guān)。

硫化氫通過Cav3.2通道介導(dǎo)疼痛的機(jī)制還未明確。Cav3.2結(jié)構(gòu)域Ⅰ第二個(gè)胞外環(huán)中第191位的組氨酸殘基(His191)對(duì)氧化還原劑高度敏感，同時(shí)也是Zn2+敏感的結(jié)合位點(diǎn)。對(duì)Zn2+/氧化還原敏感的His191對(duì)硫化氫影響Cav3.2通道似乎起了至關(guān)重要的作用[33]，因此，Zn2+水平對(duì)Cav3.2通道的活性及硫化氫的調(diào)節(jié)產(chǎn)生很大影響[34]。但目前仍然很難了解硫化氫是如何通過對(duì)Cav3.2通道的作用來介導(dǎo)疼痛的。

3.2硫化氫與Nav1.7通道 電壓門控鈉離子通道Nav1.7是對(duì)河豚毒敏感的、緩慢激活和失活的電壓門控鈉通道異構(gòu)體，由SCN9SA編碼，主要在背根神經(jīng)節(jié)的感覺神經(jīng)元中表達(dá)，在傷害感受中起關(guān)鍵作用。Yan等[21]證實(shí)背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中的電壓門控鈉離子通道在腰椎間盤突出的大鼠模型中被致敏，鞘內(nèi)注射AOAA顯著減輕大鼠的疼痛超敏反應(yīng)，同時(shí)還降低神經(jīng)元的興奮性，抑制Nav1.7通道的鈉電流密度及表達(dá)。最近有研究報(bào)道，產(chǎn)前應(yīng)激在母體大鼠中增加了CBS和Nav1.7在mRNA和蛋白水平上的表達(dá)，腹腔注射AOAA可減弱應(yīng)激所誘發(fā)的內(nèi)臟疼痛超敏反應(yīng)，逆轉(zhuǎn)結(jié)腸特異性背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的興奮性，同時(shí)降低Nav1.7的表達(dá)[35]。但有觀點(diǎn)認(rèn)為，Nav1.7通道在內(nèi)臟疼痛信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中不是必需的[36]。Nav1.7通道可能是硫化氫介導(dǎo)疼痛的又一電壓門控離子通道靶點(diǎn)，值得注意的是，其他亞型的電壓門控鈉離子通道也可能受硫化氫的調(diào)控信號(hào)的影響，這需要進(jìn)一步探索。

3.3硫化氫與瞬時(shí)受體電位錨蛋白1(transient receptor potential ankyrin-1，TRPA1)/瞬時(shí)受體電位香草素1(transient receptor potential vanilloid-1，TRPV1)受體 瞬時(shí)感受器電位是一個(gè)基因超家族，目前在哺乳動(dòng)物體內(nèi)克隆的已有30多個(gè)成員，多編碼6次跨膜的非選擇性陽離子通道，是介導(dǎo)炎性痛、神經(jīng)病理性疼痛的關(guān)鍵分子。TRPA1是此家族中的重要成員，在無髓鞘的傷害性感受器的亞群中大量表達(dá)。Miyamoto等[37]報(bào)道，硫氫化鈉誘發(fā)的背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中鈣離子濃度增加受TRPA1受體拮抗劑的抑制。而通過TRPA1受體激活辣椒素敏感的感覺神經(jīng)，參與硫化氫誘發(fā)的皮膚血管舒張的作用[38]。硫化氫對(duì)TRPA1受體的調(diào)節(jié)可能位于TRPA1受體N端胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域中的兩個(gè)半胱氨酸殘基[39]。因此，通過促進(jìn)TRPA1受體的功能，硫化氫似乎作為傷害性信使起作用。TRPV1在背根神經(jīng)節(jié)和三叉神經(jīng)節(jié)的小型神經(jīng)元中高度表達(dá)。研究顯示，新生大鼠結(jié)腸炎癥誘導(dǎo)的腸易激綜合征模型中，去甲腎上腺素的血液濃度增加，結(jié)腸相關(guān)背根神經(jīng)節(jié)中TRPV1受體和CBS的表達(dá)上調(diào)。蛋白質(zhì)印跡、膜片鉗和鈣成像研究發(fā)現(xiàn)，腎上腺素能信號(hào)通過CBS-硫化氫信號(hào)使TRPV1受體敏化，而參與新生大鼠結(jié)腸炎癥誘導(dǎo)的內(nèi)臟超敏反應(yīng)[40]。

Koroleva等[19]運(yùn)用膜片鉗和鈣成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)分離的三叉神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中，硫氫化鈉瞬時(shí)增加辣椒素誘導(dǎo)電流的幅度，而這種作用可被TRPA1和TRPV1受體拮抗劑所抑制，認(rèn)為在神經(jīng)炎性條件下，硫化氫激活TRPA1和TRPV1受體，增強(qiáng)了偏頭痛初級(jí)傳入神經(jīng)的傷害性刺激。許多研究表明，一些TRPV1受體陽性神經(jīng)元同時(shí)表達(dá)TRPA1受體，其活性受TRPV1受體調(diào)控。而另外有報(bào)道指出，TRPA1受體可能調(diào)節(jié)初級(jí)神經(jīng)元中TRPV1受體介導(dǎo)的電流反應(yīng)[41]。大量證據(jù)表明，TRPA1受體和TRPV1受體介導(dǎo)了硫化氫誘導(dǎo)的傷害感受器的興奮，參與疼痛過程，但其具體機(jī)制還不清楚。值得注意的是，硫化氫可以被氧化成多硫化物，而多硫化物作為一種信號(hào)分子，可以調(diào)節(jié)離子通道，轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶。Hatakeyama等[42]曾提出，多硫化物通過激活感覺神經(jīng)元中的TRPA1受體而作為傷害感受性物質(zhì)起作用。而最近的觀點(diǎn)認(rèn)為，由硫化氫和一氧化氮相互作用產(chǎn)生的多硫化物可激活TRPA1受體[43]。這些發(fā)現(xiàn)給硫化氫調(diào)節(jié)TRPA1受體和TRPV1受體介導(dǎo)疼痛的機(jī)制研究提供了一些思路。

3.4硫化氫與其他離子通道 N-甲基-D-天冬氨酸受體是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的硫化氫靶標(biāo)的離子通道受體[2]，研究發(fā)現(xiàn)，外周注射硫化氫供體，可通過增加脊髓中N-甲基-D-天冬氨酸受體亞單位B的表達(dá)引起痛覺過敏[44]。另外，Wang等[45]發(fā)現(xiàn)，在大鼠腰椎間盤突出模型中，CBS上調(diào)P2X3受體的表達(dá)，參與大鼠持續(xù)性的痛覺過敏，鞘內(nèi)給予CBS抑制劑能減輕大鼠痛覺過敏，減少P2X3受體的表達(dá)及抑制ATP誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)反應(yīng)。由此看出，硫化氫對(duì)多種痛覺相關(guān)離子通道均有調(diào)節(jié)作用。

4 小 結(jié)

硫化氫作為一種新型神經(jīng)調(diào)質(zhì)，在疼痛的發(fā)生發(fā)展中有重要作用。迄今為止，硫化氫的具體生理濃度是未知的，且目前還沒有很好的方法在細(xì)胞內(nèi)室和細(xì)胞外室實(shí)時(shí)測(cè)量硫化氫的濃度，這是研究硫化氫的主要挑戰(zhàn)之一。硫化氫在痛覺調(diào)制中起重要作用，但其在疼痛中的發(fā)病機(jī)制和治療中的作用還需進(jìn)一步探索。根據(jù)目前的研究，內(nèi)源性和外源性硫化氫在疼痛發(fā)生發(fā)展中的作用存在差異，研究者普遍認(rèn)為，內(nèi)源性硫化氫在疼痛中起正向調(diào)節(jié)作用，而對(duì)于外源性硫化氫卻意見不一，且存在完全相反的結(jié)論，這可能與給藥方式、給藥濃度及實(shí)驗(yàn)環(huán)境等各種因素有關(guān)，但其具體原因還不清楚。硫化氫調(diào)節(jié)多種離子通道，參與疼痛的發(fā)生發(fā)展，但硫化氫調(diào)節(jié)各個(gè)離子通道的具體機(jī)制還未完全闡明，而作為硫化氫靶標(biāo)的離子通道之間是否存在相互作用，也有待進(jìn)一步研究。隨著對(duì)硫化氫疼痛調(diào)節(jié)作用研究的深入，有可能發(fā)現(xiàn)硫化氫在臨床疼痛治療中的應(yīng)用價(jià)值，提供新型的治療策略，給疼痛患者帶來希望。