本综述旨在探讨瞬时受体电位锚蛋白1(TRPA1)在化疗诱导的周围神经病变(CIPN)发病机制中的作用机制,并评估其作为免疫调节和抗炎干预治疗靶点的潜力。
本综述旨在探讨瞬时受体电位锚蛋白1(TRPA1)在化疗诱导的周围神经病变(CIPN)发病机制中的作用机制,并评估其作为免疫调节和抗炎干预治疗靶点的潜力。
化疗诱导的周围神经病变(CIPN)是一种常见且严重的临床病症,由化疗药物损伤周围神经系统所致,通常表现为四肢远端异常疼痛以及对冷热刺激的敏感性增加。然而,目前针对CIPN的临床治疗方法十分有限,因此迫切需要明确有效的治疗策略。瞬时受体电位锚蛋白1(TRPA1)作为一种损伤感受器,在CIPN的发生和发展过程中可被氧化应激、炎症介质以及低温条件激活。TRPA1调控下游炎症通路,促进炎症因子和神经肽的释放,导致异常的免疫调节,进而引发神经源性炎症反应和疼痛信号传导。本研究探讨了TRPA1在CIPN发病机制中的作用,验证了通过抑制神经炎症、靶向TRPA1治疗CIPN的可行性,并探索了TRPA1拮抗剂及天然草药在CIPN临床治疗中的应用前景。
癌症仍然是全球主要的公共卫生挑战之一1。尽管化疗在提高癌症生存率方面发挥着关键作用,但常伴随严重的不良反应,其中化疗诱导的周围神经病变(CIPN)是最常见且最复杂的并发症之一。CIPN在临床上表现为四肢远端对称性疼痛、感觉异常以及对冷热刺激的异常敏感2,部分患者还可能出现精细运动协调能力受损3。CIPN的报道发病率差异较大,约为50%至90%,其中约30%–40%的病例可能发展为慢性神经系统并发症2,显著降低患者的生活质量和治疗依从性。CIPN的发生风险受多种因素影响,包括给药方式(单次剂量、累积剂量或治疗持续时间)、合并用药、年龄、贫血、较高的体重指数(BMI)以及既往存在的神经病变2,4,5。已报道可引起不同程度神经毒性的抗肿瘤药物包括铂类化合物、紫杉烷类、长春碱类、蛋白酶体抑制剂(如硼替佐米)、表观遗传或免疫调节药物(如沙利度胺和来那度胺)以及微管抑制剂(如艾日布林)6。
目前,用于管理化疗诱导的周围神经病变(CIPN)的药物选择仍然有限。美国临床肿瘤学会(ASCO)推荐度洛西汀作为唯一具有循证医学支持的CIPN治疗药物干预手段。临床研究显示,度洛西汀在缓解CIPN相关疼痛方面有效,其治疗效果在铂类化疗药物(尤其是奥沙利铂(OXA))引起的神经病变中最为显著;而在其他药物(如紫杉烷类和长春碱类)所致CIPN中的疗效,不同研究结果则表现出较大差异7。尽管度洛西汀已证实具有镇痛效果,但其整体临床获益程度中等,主要在于缓解症状,而非预防CIPN或逆转其潜在的病理改变。此外,尽管度洛西汀通常耐受性良好,但治疗过程中可能伴随轻度至中度不良反应,包括疲劳、失眠和恶心,这可能限制部分患者的长期依从性。其他常用药物如加巴喷丁和普瑞巴林虽也用于症状管理,但在CIPN中的治疗效果在不同研究中表现不一致或不尽如人意8,9。因此,目前仍迫切需要开发更有效的预防策略,并明确CIPN新的治疗靶点。
近年来,随着对CIPN发病机制的深入理解,炎症反应、氧化应激以及神经可塑性改变等多种机制逐渐受到越来越多的关注10,11,12。其中,氧化应激和神经炎症被认为是CIPN中神经元损伤发生与进展的核心因素。重要的是,TRPA1通道作为一种在感觉神经元中高表达的氧化还原敏感性离子通道,已被确认为连接氧化应激和炎症信号通路与神经元过度兴奋及痛觉过敏的关键分子中介13,14。与主要感知有害热刺激的TRPV1以及感知冷刺激的TRPM8不同,TRPA1的特点在于其对多种氧化性和亲电性代谢产物(如4-羟基壬烯醛(4-HNE))具有高度敏感性15。TRPA1的激活通常涉及对其关键半胱氨酸残基的共价修饰16,这一独特机制使TRPA1成为连接化疗诱导的氧化应激和脂质过氧化与痛觉过敏发展的关键分子桥梁。此外,多项动物研究表明TRPA1在化疗诱导的神经病理性疼痛中具有功能性参与作用。特别是在奥沙利铂(OXA)诱导的神经病变模型中,TRPA1的基因敲除或药理学阻断可显著缓解冷刺激和机械性异常性疼痛,表明TRPA1在CIPN发病机制中具有重要作用17,18。
TRPA1 是一种对氧化还原状态敏感的离子通道,在外周伤害性感觉神经元中高表达。化疗药物常导致神经元线粒体功能障碍、氧化应激和脂质过氧化,从而引起活性氧(ROS)和脂质过氧化产物(如 4-HNE)的过度积累。这些活性分子可通过共价修饰 TRPA1 的关键半胱氨酸残基或改变其激活阈值,导致通道开放、Ca²⁺ 内流和神经元去极化,进而放大疼痛信号传递和炎症信号通路19,20,21。先前的研究进一步表明,TRPA1 对冷刺激敏感,并可被内源性炎症介质激活,参与冷诱导性疼痛超敏反应的发生22。此外,TRPA1 还被证实是一种机械敏感性离子通道,其活性受细胞内氧化还原状态调节,参与异常的机械性疼痛和痛觉过敏22,23。除神经元外,TRPA1 也在多种免疫细胞类型中表达,其激活可调节细胞因子释放和炎症级联反应,进一步加剧外周神经炎症24。综上所述,TRPA1 的冷敏感性、机械敏感性和氧化还原响应性在化疗诱导的氧化应激与继发性病理性疼痛过程之间建立了明确的机制联系,从而参与化疗诱导的周围神经病变(CIPN)的发生与维持。因此,靶向 TRPA1 以阻断氧化应激与神经炎症毒性之间的恶性循环,可能成为治疗化疗诱导的周围神经病理性疼痛的一种有前景的治疗策略。在已有研究中,针对 TRPA1 的干预策略已在多种模型系统中得到验证。体外实验中,通常联合使用背根神经节(DRG)神经元培养与钙成像技术,以验证 TRPA1 激活对化疗诱导的神经元兴奋性的影响25。体内实验中,通常在啮齿类动物中使用奥沙利铂(OXA)、紫杉醇或多泽蒙(bortezomib)诱导 CIPN,随后通过药理学或遗传学手段抑制 TRPA1,并进行冷刺激和机械性痛觉过敏等行为学评估17,26,27。在治疗层面,TRPA1 拮抗剂已在临床前模型中显示出缓解神经病理性疼痛的效果28,29。总体而言,这些研究结果为将 TRPA1 作为 CIPN 治疗靶点的转化研究提供了坚实的实验基础。
目前的研究已经揭示了TRPA1与化疗诱导的周围神经病变(CIPN)之间可能存在关联。然而,这些研究主要集中在TRPA1对疼痛信号传导的直接影响及其在炎症反应中的局部作用。目前仍缺乏对TRPA1调节免疫反应进而影响CIPN整体病理过程的系统性研究和深入探讨。因此,本文讨论了CIPN的潜在发病机制,重点探讨TRPA1在CIPN发病过程中的作用。同时,本文还总结了TRPA1拮抗剂及天然草药的研究现状,以验证抑制TRPA1产生抗炎免疫效应从而治疗CIPN的可行性。本文的创新之处在于从免疫调节的视角系统研究TRPA1在CIPN发病机制中的作用,突破了以往研究仅局限于其在神经细胞或局部炎症中效应的局限性。此外,本文为开发治疗CIPN的药物提供了新的靶点和理论依据,具有重要的科学意义和临床应用价值。
1. CIPN 的潜在机制
CIPN 的发病机制复杂,与化疗药物诱导的线粒体功能障碍、氧化应激、免疫系统异常、离子通道失调、背根神经节(DRG)神经元损伤以及神经元细胞骨架破坏有关2,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42。表1概述了 CIPN 中涉及的具体致病机制。
2. 与TRPA1相关的CIPN机制
TRPA1 是一种非选择性阳离子通道,通常以同源四聚体的形式存在于细胞膜中。它包含六个跨膜区段(S1-S6),这是 TRP 通道的典型特征。其中,S1-S4 构成类似电压感受器的结构域(VSLD),而 S5 和 S6 则形成离子通过的孔道。这些区域对于通道的激活及其在感知疼痛、温度和化学刺激中的作用至关重要65。TRPA1 的长N端区域含有多个锚蛋白重复结构域(ARDs),可介导与其他蛋白质的相互作用,并参与通道的调控。该区域也是参与疼痛信号传导的激酶进行调节的关键位点66,67。在C端,TRP样结构域与跨膜区相连,在通道门控中发挥核心作用。该结构域的移动,以及 S5 和 S6 的构象重排,共同介导通道的开放和 Ca2+ 内流,从而激活与炎症和疼痛相关的下游信号通路68,69。总体而言,ARDs、跨膜螺旋(S1-S6)以及 TRP样结构域是决定 TRPA1 激活及其在疼痛和炎症信号传导中功能的主要结构特征。图4展示了与化疗药物激活 TRPA1 相关的关键结构域,而表2则总结了与 TRPA1 相关的化疗诱导周围神经病变(CIPN)的作用机制61,62,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83。
3. 靶向 TRPA1 治疗 CIPN 的潜力
在上一节中,我们阐明了TRPA1通过触发神经炎症级联反应,成为缓解化疗诱导的周围神经病变(CIPN)的关键靶点。TRPA1的作用机制具有双重性:一方面,TRPA1直接受神经炎症级联反应的调控,并参与CIPN的病理过程;另一方面,TRPA1与炎症信号相互作用,进而介导神经毒性反应并加剧神经元损伤。因此,靶向抑制TRPA1可减轻氧化应激和神经炎症反应,减弱疼痛信号传导,最终改善与CIPN相关的症状。图7展示了通过特异性拮抗剂或天然草药成分抑制TRPA1,从而缓解CIPN相关神经病理性疼痛的假定机制。
4. 讨论
根据国际癌症研究机构(IARC)的最新统计数据,2022年全球将有近2000万例新增癌症病例,其中约50%的癌症患者最终将死于癌症或其并发症。IARC的预测还表明,到2050年,每年新增癌症病例数将超过3500万例。因此,癌症是全球重大的公共卫生问题之一,也是全球疾病负担的主要因素之一1。尽管针对癌症的新疗法(如靶向治疗和免疫治疗)正在不断研究和开发中,化疗在癌症治疗中仍处于核心地位。化疗引起的周围神经病变(CIPN)是化疗常见的副作用,会影响治疗进程及其疗效。然而,CIPN的发病机制尚不明确,可能与线粒体功能障碍、氧化应激、免疫系统异常、离子通道失调以及背根神经节(DRG)神经元损伤有关2。目前,美国临床肿瘤学会(ASCO)仅推荐度洛西汀用于CIPN患者的疼痛管理。尽管度洛西汀已显示出一定的镇痛效果,但其整体临床获益有限,主要在于缓解症状,而无法预防CIPN或逆转其潜在的病理改变8。因此,探索CIPN的潜在治疗靶点对于药物研发和精准治疗具有重要意义。
瞬时受体电位(TRP)通道是伤害性信号传导的关键介质,近年来在化疗诱导的周围神经病变(CIPN)治疗研究中受到越来越多的关注。在众多TRP通道中,TRPA1被认为是由多种化疗药物诱导疼痛过敏反应的关键因素131。因此,本研究聚焦于TRPA1在CIPN发病机制中的作用,并进一步阐明其介导神经病理性疼痛的机制,如图8所示。该通道可被氧化应激激活,从而引发异常的机械性疼痛和冷过敏61,70,71,并通过调节免疫细胞介导神经炎症,参与炎症性痛觉感知62,72,73,74,75。此外,TRPA1通道与TRPV1、TRPM8以及电压门控通道(如Ca2+、Nav1.7、Zn2+和Kv7)相互作用,这些相互作用可放大神经病理性疼痛和炎症性疼痛反应76,77,78,79,80,81。这种协同调节具有重要的临床意义。由于TRPA1、TRPV1和TRPM8在感觉神经元中共同表达,并能相互调节彼此的活性,因此双靶点或多靶点抑制剂所产生的镇痛效果优于仅靶向TRPA1的单一抑制剂。此外,这种协同作用使得各化合物在较低剂量下即可达到相当的镇痛效果,从而降低潜在的不良反应。同样地,背根神经节(DRG)作为CIPN神经毒性的靶点,也受到TRPA1的影响。TRPA1的激活增强了DRG神经元的兴奋性,进而促进DRG中神经递质的释放,导致对伤害性症状的敏感性增加82,83。综上所述,TRPA1可通过诱导神经炎症级联反应,加重CIPN患者的神经病理性疼痛。因此,拮抗TRPA1可有效缓解CIPN的炎症和疼痛症状,这也提示TRPA1拮抗剂及天然草药的应用至关重要。
TRPA1拮抗剂在动物模型中已有效证明其疗效。例如,在TRPA1基因敲除小鼠中,或使用TRPA1拮抗剂(如HC-030031)时,化疗药物诱导的神经病理性疼痛症状显著减轻86,89。然而,TRPA1拮抗剂的应用仍存在局限性,因为目前尚未开展针对化疗诱导周围神经病变(CIPN)患者的临床试验,这表明TRPA1拮抗剂在人体中的安全性和有效性仍需进一步评估和验证。例如,啮齿类动物与人类之间在TRPA1表达模式及对拮抗剂的敏感性方面可能存在差异,从而导致临床前与临床结果之间的不一致。此外,实验动物剂量向人体剂量的换算仍不确定,进一步增加了药物开发的复杂性。
此外,TRPA1 作为化疗诱导的周围神经病变(CIPN)治疗靶点的具体作用机制尚未完全阐明,其在不同组织中的特异性功能仍需进一步研究。鉴于 TRPA1 在感觉神经元、施万细胞和免疫细胞中广泛表达,明确其在不同细胞环境中的特定功能仍具挑战性。目前大多数研究依赖于全身性 TRPA1 拮抗剂,因此难以将观察到的效应精确归因于特定的细胞区室。需要强调的是,感觉神经元中表达的 TRPA1 直接介导伤害性信号传导,而施万细胞和免疫细胞中的 TRPA1 主要调控炎症及微环境过程,从而间接调节疼痛敏感性。因此,组织特异性敲除 TRPA1 将提供重要的机制性见解。神经元特异性缺失 TRPA1 可阐明其在伤害感受器兴奋性和疼痛传递中的直接作用,而施万细胞特异性缺失则有助于揭示 TRPA1 驱动的氧化应激及胶质-神经元相互作用如何促进持续性神经炎症。尤为重要的是,免疫细胞特异性 TRPA1 敲除模型(例如在巨噬细胞或 T 细胞中)将有助于明确免疫细胞中 TRPA1 信号在神经-免疫串扰及 CIPN 炎症调控中的贡献。这些研究策略将显著加深我们对 TRPA1 在组织和细胞水平特异性功能的理解,并推动更精准治疗策略的开发。同时,TRPA1 拮抗在 CIPN 治疗中的多个方面仍有待进一步探索。例如,TRPA1 在不同化疗药物诱导的 CIPN 中是否具有差异性功能作用,以及如何更精确地调控其活性以实现最佳治疗效果,仍是尚未解决的重要问题。
在此背景下,联合使用TRPA1拮抗剂与天然草药成分或中药方剂代表了一种有前景的治疗策略。这种联合疗法不仅可能降低药物相关毒性,还可通过多靶点协同作用增强疗效。总体而言,阻断TRPA1可调节免疫反应并中断神经炎症级联过程,从而有效减轻化疗引起的神经毒性及神经元损伤,为化疗诱导的周围神经病变(CIPN)的临床管理提供了新的思路和潜在策略。
本文全面探讨了TRPA1与化疗诱导的周围神经病变(CIPN)之间复杂的相互关系,以及TRPA1拮抗在治疗中潜在的抗炎作用。临床前研究表明,通过药物抑制或基因敲除TRPA1可抑制神经炎症、降低神经元兴奋性并减轻神经毒性,从而产生抗炎和镇痛效应,可能有助于缓解CIPN的症状。然而,当前研究仍存在一些局限性。未来的研究应进一步探索TRPA1参与CIPN的具体分子机制,优化靶向策略,并开展大规模临床试验以验证TRPA1拮抗剂的安全性和有效性,从而为CIPN患者提供更精准、更有效的治疗选择。

图1:线粒体功能障碍与氧化应激诱导的化疗诱导周围神经病变机制。 基于铂类的化疗药物会形成铂-DNA加合物,这些加合物在背根神经节(DRG)中积累,并与核DNA(nDNA)和线粒体DNA(mtDNA)结合。这会导致DNA/线粒体损伤,增加活性氧(ROS)的产生,并诱导神经元凋亡。此外,有证据表明奥沙利铂(OXA)通过激活星形胶质细胞并上调MAPK通路中的促炎性细胞因子来诱导神经病理性疼痛。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2免疫系统异常诱导化疗诱导的周围神经病变的机制 (A) 化疗药物可导致巨噬细胞活化,T淋巴细胞(CD4+),细胞毒性T细胞(CD8+),以及背根神经节(DRG)中的B细胞,同时抗炎性T细胞和中性粒细胞数量减少。肥大细胞(MCs)通过募集免疫细胞并在化疗诱导的周围神经病变(CIPN)中释放多种炎症性细胞因子,导致自然杀伤细胞(NK细胞)活性降低,从而加剧神经炎症和氧化应激,促进CIPN的进展。B) 化疗药物可调节免疫细胞的活化及免疫介质的分泌 通过 背根神经节中的卫星胶质细胞(SGCs)、脊髓中的小胶质细胞和星形胶质细胞,以及轴突中的施万细胞,导致CIPN中感觉神经元兴奋性增加以及疼痛过敏加剧。C) MAPK和NF-κB等免疫-炎症信号通路的激活在加剧神经炎症反应中也发挥着重要作用。D化疗药物还可通过激活 TLR4 并触发相关基因的失调,从而激活免疫细胞并增强神经炎症反应。 请点击此处以查看此图的放大版本。

图3:背根神经节(DRG)是化疗药物引发CIPN的主要靶点。(A)紫杉醇(PTX)可导致巨噬细胞浸润至DRG,进而引起表皮内神经纤维(IENF)数量减少。(B)铂类药物在DRG中蓄积,导致线粒体功能障碍和活性氧(ROS)水平升高,从而促进神经元凋亡。(C)沙利度胺可直接损伤DRG。(D)化疗药物还可通过改变钠、钾和钙离子通道,破坏微管结构以及激活模式识别受体(PRRs),对DRG神经元造成损伤。请点击此处查看该图的高清版本。

图4:TRPA1被化疗药物激活所涉及的关键结构域。 TRPA1通道包含六个跨膜α螺旋片段(S1-S6)。其中,S1-S4构成电压感应样结构域(VSLD),S5和S6则形成一个凹陷的孔环结构。TRPA1通道的NH2端和COOH端均位于细胞质内。较长的NH2末端包含锚蛋白重复结构域(ARDs)和Cdk5位点,而TRPA1的C末端包含一个TRP样结构域,并与跨膜结构域相连。通道激活可引起Ca2+内流,进而触发一系列细胞信号通路,例如调控基因表达、促进细胞增殖以及诱导炎症反应的通路。TRPA1的结构决定了其在感知疼痛以及热/冷敏感性中的功能。请点击此处查看该图的放大版本。

图5:TRPA1调控免疫细胞介导的神经炎症性痛觉传导。 免疫细胞(巨噬细胞、施万细胞和肥大细胞)、促炎因子(IL-1家族、TNF-α、IL-6、IL-8)、趋化因子(CXCL5/CXCR2)、炎症介质(NGF、PKA/PKC)以及TLR4均可激活TRPA1通道。TRPA1通道的激活可增加细胞内Ca2+浓度,促进P物质(SP)、神经激肽A(NK-A)和降钙素基因相关肽(CGRP)的释放,影响免疫细胞(T细胞、NK细胞),并调节与炎症相关的通路(PANX1通路),从而增强背根神经节(DRG)神经元的兴奋性,维持神经炎症和持续性疼痛。 请点击此处查看该图的高清版本。

图6:TRPA1通过调节离子通道加速疼痛信号传导。 TRPA1和TRPM8参与冷过敏反应,而TRPA1和TRPV1参与机械性异常性疼痛。此外,TRPA1通道与电压门控Ca2+、Nav1.7、Zn2+、Kv 7以及Kir4.1通道共同作用,促进炎症介质(如CGRP、GFAP)和促炎因子(如TNF-α、IL-6)的释放,引发背根神经节(DRG)神经元的过度兴奋,从而协同加剧神经病理性疼痛和炎症性疼痛。 请点击此处查看该图的放大版本。

图7:靶向TRPA1治疗化疗诱导的周围神经病变(CIPN)的潜力。 使用TRPA1拮抗剂和天然草药可抑制TRPA1通道活性,从而减少Ca2+ 内流和氧化应激,进而抑制神经炎症反应,减轻神经病理性疼痛,最终减少神经损伤并改善CIPN相关症状。 请点击此处查看该图的放大版本。

图8:抑制TRPA1——CIPN的一种治疗策略。TRPA1的激活在CIPN中引发炎症和感觉过敏;通过拮抗剂或草药抑制TRPA1可能减轻神经源性炎症、伤害性感觉致敏以及CIPN症状。请点击此处查看本图的高清版本。
表1:CIPN的潜在机制。化疗药物通过多种病理途径导致CIPN,包括线粒体功能障碍和氧化应激、免疫系统异常、离子通道失调、背根神经节(DRG)神经元损伤以及神经元细胞骨架的破坏。这些机制共同引发神经炎症、神经毒性和神经病理性疼痛。请点击此处下载该表格。
表2:与TRPA1相关的化疗诱导周围神经病变(CIPN)机制。TRPA1通过多种病理过程参与CIPN的发生,包括氧化应激诱导的激活、免疫调节与炎症反应、离子通道相互作用以及背根神经节(DRG)神经元损伤。这些机制共同增强神经元兴奋性,促进神经病理性疼痛和感觉过敏的发生。请点击此处下载该表格。
表3:代表性TRPA1拮抗剂的当前研发状态与临床适应症。本表格总结了在临床前和临床研究中被广泛研究的主要TRPA1拮抗剂,包括其作用机制、治疗适应症以及药物研发阶段。这些药物通过抑制TRPA1通道活性,从而减轻与化疗诱导的周围神经病变(CIPN)及其他病理状态相关的氧化应激、炎症反应和神经病理性疼痛。请点击此处下载该表格。
表4:TRPA1配体的天然草本来源及其在缓解化疗诱导的周围神经病变(CIPN)中的潜在作用机制。本表总结了可调节TRPA1活性的代表性天然化合物及草本提取物,包括其来源、化学类型、实验条件和分子靶点。这些天然物质通过调控TRPA1及相关信号通路,发挥神经保护和抗炎作用,从而缓解与CIPN相关的氧化应激、神经炎症和神经元过度兴奋。 请点击此处下载该表格。
不存在需要披露的财务利益冲突。
作者谨向李明珠课题组全体成员致以诚挚感谢,感谢他们的支持与帮助。本研究得到国家自然科学基金(82104838)、中国科技产业化促进会“星火计划”(XH-D001)以及辽宁省重点研发计划项目(2024JH2/102500062)的资助,特此致谢。图1 和 图2 使用 FigDraw 软件绘制。