小膠質(zhì)細(xì)胞活化參與骨癌痛機(jī)制的研究進(jìn)展*

李琪琪 林健清

（福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科，福州 350005）

癌性痛普遍存在于癌癥病人的每個(gè)階段，包括癌癥本身引起的疼痛和抗癌治療帶來的疼痛。根據(jù)全球癌癥負(fù)擔(dān)現(xiàn)狀報(bào)告，癌癥發(fā)生率最高的依次是肺癌、乳腺癌、前列腺癌[1]。而這些腫瘤最常發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，從而誘發(fā)骨癌痛，嚴(yán)重影響器官功能狀態(tài)和生存質(zhì)量。但由于缺乏特異性的藥物和療法[2]，臨床上多數(shù)骨癌痛仍未得到充分的控制和緩解，因而探討骨癌痛的發(fā)生機(jī)制、尋求其有效治療靶點(diǎn)是臨床骨癌痛治療所關(guān)注的焦點(diǎn)。以往骨癌痛的研究多集中于神經(jīng)元，而近年來有關(guān)中樞小膠質(zhì)細(xì)胞活化在骨癌痛中作用的研究提示，在骨癌痛進(jìn)程中，中樞小膠質(zhì)細(xì)胞被激活后發(fā)生形態(tài)和功能的改變，通過釋放大量促炎因子參與其疼痛的發(fā)展和維持。本文就小膠質(zhì)細(xì)胞活化在骨癌痛發(fā)展中的致痛機(jī)制進(jìn)行綜述，并提出以小膠質(zhì)細(xì)胞為靶點(diǎn)，抑制其活化或成為治療骨癌痛的關(guān)鍵，為骨癌痛的治療提供新思路。

一、小膠質(zhì)細(xì)胞的一般特性

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中固有的抗原提呈細(xì)胞，占所有神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的5%～20%。細(xì)胞譜系追蹤結(jié)果表明它們來源于卵黃囊的紅髓祖細(xì)胞，隨后移行至大腦，一旦定居于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，小膠質(zhì)細(xì)胞將在有機(jī)體的整個(gè)生命周期中持續(xù)存在，并通過自我更新維持穩(wěn)定[3]。對突觸形成、突觸修剪、神經(jīng)形成和神經(jīng)元活動(dòng)修剪至關(guān)重要[4,5]。在腦實(shí)質(zhì)中，小膠質(zhì)細(xì)胞與血漿蛋白質(zhì)相隔離，被限制于抑制性的免疫微環(huán)境中。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞能以不同形態(tài)/表型存在，這取決于小膠質(zhì)細(xì)胞所處的微環(huán)境及其所受的刺激因素。

1.靜息狀態(tài)

正常生理?xiàng)l件下，小膠質(zhì)細(xì)胞處于靜息狀態(tài)，主要依靠氧化磷酸化產(chǎn)生腺苷三磷酸 (adenosin triphosphate, ATP) 獲得能量。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)被視為“免疫豁免”部位，小膠質(zhì)細(xì)胞長期以來被認(rèn)為是健康大腦中的靜態(tài)旁觀者。除吞噬清除和免疫監(jiān)視外，其對穩(wěn)態(tài)的維持僅起小部分作用。但隨著現(xiàn)代實(shí)時(shí)成像技術(shù)的出現(xiàn)，研究者發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞并非靜止不動(dòng)，而是通過胞體表面發(fā)出的突起不斷伸縮而處于高度活躍的狀態(tài)，從而感知周圍環(huán)境的改變。該狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞對中樞神經(jīng)系統(tǒng)起著支持和營養(yǎng)作用，并發(fā)揮信號傳遞作用以維護(hù)正常大腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

2.活化狀態(tài)

小膠質(zhì)細(xì)胞做為中樞神經(jīng)系統(tǒng)最重要的第一道免疫防線，一旦大腦發(fā)生病變、出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，小膠質(zhì)細(xì)胞即轉(zhuǎn)變?yōu)榘⒚装蜆有螒B(tài)，迅速遷移至病變部位。通過吞噬受損神經(jīng)、病原體、斑塊，以保護(hù)受損的神經(jīng)元，使組織再生。該功能由多種細(xì)胞表面受體介導(dǎo)，這些受體在識別病原體或危險(xiǎn)相關(guān)分子模式后，對刺激信號做出反應(yīng)。被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞可極化為不同的表型及功能狀態(tài)，主要分為“經(jīng)典激活”促炎M1 型和“選擇激活”抑炎M2 型。其中，M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞可產(chǎn)生高濃度的促炎因子，如腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factor, TNF)-α、白細(xì)胞介素(interleukin, IL)-6、IL-12、IL-15、IL-18、γ 干擾素(interferon-γ, IFN-γ)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶 (inducible nitric oxide synthase, iNOS) 等發(fā)揮神經(jīng)毒害作用，加重組織損傷和神經(jīng)炎癥反應(yīng)。另一方面，M2 型小膠質(zhì)細(xì)胞通過分泌抑炎因子，如IL-10、IL-4、轉(zhuǎn)化生長因子-β (transforming growth factor-β, TGF-β)，維持中樞穩(wěn)態(tài)，參與抑制炎性反應(yīng)、修復(fù)受損組織、促進(jìn)神經(jīng)元再生。不同表型對機(jī)體有益或破壞性的影響，具體取決于傷害性刺激的持續(xù)時(shí)間及其所處微環(huán)境的變化。近年來，關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞活化與中樞退行性病變、中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、腦炎癥性疾病之間的聯(lián)系得到了合理的證實(shí)[6]。

二、小膠質(zhì)細(xì)胞活化參與骨癌痛的機(jī)制

過去關(guān)于骨癌痛的研究主要集中在神經(jīng)元上，但越來越多研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞的增殖活化在骨癌痛的發(fā)展和維持中發(fā)揮著重要作用。骨癌痛進(jìn)展過程中，中樞小膠質(zhì)細(xì)胞被激活后發(fā)生形態(tài)和功能的改變，通過上調(diào)炎性因子、改變細(xì)胞表面受體及相關(guān)信號通路促進(jìn)疼痛的發(fā)生和維持。

1.分泌炎性因子

膠質(zhì)細(xì)胞所分泌的促炎細(xì)胞因子的增加被認(rèn)為是慢性疼痛中膠質(zhì)細(xì)胞活化的重要標(biāo)志[7]。小膠質(zhì)細(xì)胞在骨癌痛發(fā)展過程中被激活，而活化的小膠質(zhì)細(xì)胞通過合成釋放促炎細(xì)胞因子進(jìn)一步加重骨癌痛，導(dǎo)致持續(xù)性疼痛。目前認(rèn)為骨癌痛動(dòng)物模型中，小膠質(zhì)細(xì)胞活化后衍生的促炎細(xì)胞因子主要有IL-1β、TNF-α、IL-6[8,9]，且抑制這些炎性介質(zhì)可以有效緩解骨癌痛。有研究[10]表明，應(yīng)用TNF-α 合成抑制劑沙利度胺可以緩解骨癌痛模型動(dòng)物的機(jī)械痛敏和熱痛敏，并降低脊髓中TNF-α 的表達(dá)。并推測可能是由于沙利度胺能較好地透過血腦屏障從而直接作用于脊髓膠質(zhì)細(xì)胞，降低TNF-α 的合成。然而，Liu 等[11]發(fā)現(xiàn)鞘內(nèi)給藥MRS2395（小膠質(zhì)細(xì)胞表面受體抑制劑）治療骨癌痛大鼠后，其機(jī)械痛閾值顯著降低，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的炎性因子IL-1β、IL-6均明顯減少，但TNF-α 的表達(dá)與對照組相比并無差異。這些差異可能是由于構(gòu)建模型的腫瘤細(xì)胞品系不同、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種類差別、研究方法差異所造成。延髓頭端腹內(nèi)側(cè)區(qū)(rostroventral medulla, RVM)主要由中縫大核和巨細(xì)胞網(wǎng)狀核組成，可接收來自大腦皮質(zhì)和中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)等部位的信息，整合后向下傳遞至脊髓參與下行抑制／易化系統(tǒng)調(diào)節(jié)傷害性刺激信息的傳遞。Liu 等[12]也證實(shí)了癌痛模型中這些促炎介質(zhì)在RVM 中顯著上調(diào)，并且顯微鏡下注射p38 MAPK 抑制劑(SB203580)能夠抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化，降低相關(guān)促炎介質(zhì)的表達(dá)，改善機(jī)械異常性疼痛。上述研究結(jié)果證實(shí)了小膠質(zhì)細(xì)胞活化在骨癌痛中的作用，靶向抑制其活化可降低炎性介質(zhì)表達(dá)和減弱疼痛超敏。

2.上調(diào)細(xì)胞受體

活化狀態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞伴隨多種表面受體的表達(dá)增加，當(dāng)前已被證實(shí)與骨癌痛相關(guān)的受體主要有嘌呤能P2X 受體 (P2X4R、P2X7R)、嘌呤能P2Y 受體 (P2Y12R)、趨化因子受體2 (cc chemokine receptor 2, CCR2)、CXC 型趨化因子受體 [chemokine (C-X-C motif) receptor, CXCR] 3、CXCR4、CX3C 型趨化因子受體[chemokine (C-X-3-C motif) receptor, CX3CR] 1。小膠質(zhì)細(xì)胞表面的嘌呤能受體主要參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、活化、旁分泌信號傳導(dǎo)，并促進(jìn)其吞噬腦內(nèi)受損細(xì)胞。抑制這些受體不僅可以緩解骨癌痛，還能抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化及促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。任春光等[13]研究發(fā)現(xiàn)，脛骨癌痛大鼠脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞中P2X4R 的表達(dá)上調(diào)，結(jié)合動(dòng)物行為學(xué)變化趨勢，推測P2X4R 參與骨癌痛的發(fā)展和維持。Jin 等[14]發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞表面P2X4R 在增強(qiáng)骨癌痛傷害感受傳遞中有重要作用，其與脊髓背角Toll 樣受體 (toll like receptor, TLR) 4 的激活和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因 子 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 及TNF-α 的分泌相關(guān)。另外，TLR4 可能通過p-38 信號通路激活脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞中的P2X4R，導(dǎo)致中樞敏化和疼痛超敏[15]。經(jīng)典趨化因子受體屬于視紫紅質(zhì)樣G 蛋白偶聯(lián)受體超家族，與相應(yīng)配體結(jié)合后可以通過偶聯(lián)的G 蛋白傳遞信號，引起胞內(nèi)鈣離子濃度改變，從而引發(fā)一系列生物學(xué)效應(yīng)。Yin 等[16]通過構(gòu)建脛骨癌痛模型，首次探討了CX3CR1 在骨癌疼痛中的作用。此后，Hu 等[17]證實(shí)了CX3CR1 在脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞上的特異表達(dá)，鞘內(nèi)注射抗CX3CR1抗體在有效緩解骨癌痛機(jī)械痛敏的同時(shí)，亦可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。研究表明CXCR3 分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質(zhì)細(xì)胞[18]。此外，神經(jīng)元趨化因子/受體的持續(xù)表達(dá)與慢性傷害感受行為的變化相關(guān)。Bu 等[19]研究發(fā)現(xiàn)阻斷CXCR3 可緩解骨癌誘發(fā)的機(jī)械痛敏，并推測脊髓中過度表達(dá)的趨化因子CXCL10/CXCR3 可能通過激活小膠質(zhì)細(xì)胞參與骨癌痛的形成。這些都表明接種癌細(xì)胞后，脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞激活伴隨著多種表面受體表達(dá)的改變，靶向抑制小膠質(zhì)細(xì)胞表面受體或成為骨癌痛治療的新方式。

3.激活信號通路

骨癌痛時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化涉及多種信號通路（見圖1），如 Janus 激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子 (janus kinase/signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT) 途徑、絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase, MAPK) 途徑、蛋白激酶B (protein kinase B, Akt) 信號通路等。①JAK/STAT 通路的激活是慢性疼痛中重要的細(xì)胞信號通路之一，Chen 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在骨癌痛大鼠中，脊髓中p-JAK2 和p-STAT3 的表達(dá)升高。通過免疫熒光雙染色發(fā)現(xiàn)p-JAK2 僅與脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞共定位，而與星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元無關(guān)。②促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPK)超家族包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)、p38 MAPK 和c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)家族，三者信號通路的激活均已證實(shí)與小膠質(zhì)細(xì)胞的活化相關(guān)。Wang 等[21]在骨癌痛模型中同時(shí)發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元上p-ERK 的表達(dá)升高，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)鞘內(nèi)注射U0126（一種MEK 抑制劑）后，骨癌痛誘發(fā)的機(jī)械痛敏得以緩解。而Hu 等[22]發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的CXCL12通過旁分泌的方式作用于小膠質(zhì)細(xì)胞，隨后進(jìn)一步研究表明CXCL12/CXCR4 軸通過激活ERK、p38 MAPK 和JNK 信號通路介導(dǎo)骨癌痛的發(fā)生。這也提示了阻斷MAPK 信號通路能緩解骨癌誘發(fā)的痛覺過敏、減輕膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)炎癥。③Akt 是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可被磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)依賴的細(xì)胞外信號通路激活，而處于磷酸化狀態(tài)。Jin 等[23]在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單核細(xì)胞趨化蛋白(monocyte chemoattractant protein, MCP)-1 可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞和PI3K/Akt 信號通路。而通過鞘內(nèi)注射抗MCP-1 中和抗體可抑制骨癌痛大鼠脊髓中p-Akt 的表達(dá)，且鞘內(nèi)給予PI3K 抑制劑LY294002 不僅能抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化，還可減輕骨癌痛的機(jī)械痛敏。Guan 等[24]觀察到CXCR3在骨癌痛大鼠同側(cè)背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglion, DRG)中的表達(dá)隨時(shí)間遞增，且熒光雙染結(jié)果顯示CXCR3 與小膠質(zhì)細(xì)胞表面標(biāo)記物共定位；進(jìn)一步研究證實(shí)了脊髓中CXCR3 激活后，通過Akt 和ERK 信號通路促進(jìn)骨癌痛的形成與發(fā)展。

三、結(jié)語

綜上所述，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞通過分泌炎性因子、上調(diào)細(xì)胞表面受體、激活相關(guān)信號通路參與骨癌痛的發(fā)生發(fā)展；調(diào)節(jié)其過度活化，抑制異常的神經(jīng)免疫反應(yīng)可以達(dá)到緩解骨癌痛的目的。然而，關(guān)于小膠質(zhì)細(xì)胞活化在骨癌痛動(dòng)物模型中的研究，由于瘤株品系、動(dòng)物類型的不同，可出現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；且其活化于骨癌痛領(lǐng)域的研究僅局限于臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，相關(guān)臨床研究報(bào)道較少。另一方面，小膠質(zhì)細(xì)胞可活化為功能截然不同的“經(jīng)典激活”促炎M1 型和“選擇激活”抑炎M2 型，這兩種類型的小膠質(zhì)細(xì)胞與骨癌痛關(guān)聯(lián)的分子層面機(jī)制同樣有待進(jìn)一步闡明。相信隨著骨癌痛進(jìn)展中中樞小膠質(zhì)細(xì)胞極化調(diào)節(jié)機(jī)制的深入研究，基于調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞活化為策略，確定適當(dāng)?shù)闹委煱袠?biāo)將成為骨癌痛治療研究的新方向。