本文描述了P2X7受体在星形胶质细胞、神经元和小胶质细胞参与神经病理性疼痛(NPP)中的作用。靶向P2X7受体可能成为NPP治疗的分子靶点。
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综述文章
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本文描述了P2X7受体在星形胶质细胞、神经元和小胶质细胞参与神经病理性疼痛(NPP)中的作用。靶向P2X7受体可能成为NPP治疗的分子靶点。
神经系统原发性和继发性损伤均可引发神经病理性疼痛(NPP),严重影响患者的身心健康,并给个人、家庭及社会带来显著的经济负担。目前,尚缺乏有效的根治手段。因此,深入探究NPP病理机制的分子基础,对于开发靶向治疗策略至关重要。离子通道P2X7嘌呤能受体(P2X7R)在神经系统中广泛表达,在维持其功能稳定性中发挥关键作用。越来越多的证据表明,P2X7R是一种与疼痛相关的分子,参与NPP的发生与发展。P2X7R的激活或表达上调可通过介导免疫细胞、胶质细胞和神经元的活性,调节三者之间的细胞间相互作用,增强感觉信号传递和突触可塑性,最终导致中枢敏化。值得注意的是,使用特异性拮抗剂(如A438079、A740003和BBG)靶向抑制P2X7R的激活,表现出药理学镇痛效应。此外,下调组织/细胞中P2X7R的表达 通过 替代性方法(如药物制剂、细胞治疗和物理治疗)也显示出对神经病理性疼痛的治疗潜力。本综述系统阐述了P2X7受体在神经病理性疼痛中调控神经元和非神经元细胞的分子机制。鉴于其特性,靶向调控P2X7受体的表达或拮抗其活性,代表了一种具有前景的、治疗神经病理性疼痛的新型药理学策略。
神经病理性疼痛(NPP)是一种由躯体感觉神经系统损伤或疾病引起的慢性病症,严重损害患者的生活质量。其表现为自发性疼痛(如烧灼感、针刺感)、痛觉过敏和触诱发痛,后者指轻微触碰等无害刺激即可引发疼痛。此外,值得注意的是,即使伤害性刺激已被消除,疼痛仍可能持续存在,这可能与未修复的神经损伤有关。 神经损伤引起的疼痛可扩散至邻近区域,其潜在的病理生理机制涉及外周和中枢敏化,包含多种因素,如离子通道改变、免疫细胞活化、胶质细胞来源的介质以及表观遗传调控1,2。尽管临床上已采用多种方法缓解疼痛,包括药物治疗、物理治疗和手术干预,以期达到最大镇痛效果,但治疗效果仍不理想。 因此,有必要深入探究神经病理性疼痛病理机制的分子基础,并逆转这些病理变化,包括抑制免疫细胞活化与浸润、抑制胶质细胞活化、减轻神经炎症、保护神经元以及改善神经可塑性,从而实现对NPP的靶向治疗。
神经损伤局部微环境的变化,尤其是炎性细胞和胶质细胞的活化,可通过向细胞外基质释放三磷酸腺苷(ATP)来调节细胞活性,并促进疾病进展3,4。细胞外ATP介导的嘌呤能信号通路在中枢或外周神经损伤后神经病理性疼痛(NPP)中发挥关键作用。研究表明,小胶质细胞中释放ATP的容积调节性阴离子通道(VRACs)是NPP的关键因素,可减少外周神经损伤引起的脊髓内细胞外ATP升高,从而缓解NPP5。P2X7受体(P2X7R)在中枢和外周神经系统中广泛表达,在维持神经系统功能和稳定性方面起着基础性作用6。P2X7R可作为重要的疼痛介质,参与并调控NPP的发展进程6,7。P2X7R在免疫细胞、胶质细胞和神经元中均有表达。这些细胞通过调节细胞活性及相互作用,参与神经炎症、免疫调节和细胞因子释放,介导NPP的发生与发展8,9,10,11。慢性伤害性疼痛和NPP患者外周血淋巴细胞与单核细胞上P2X7R的表达水平以及血清IL-1β水平均显著升高12。
与其他治疗神经病理性疼痛(NPP)的经典靶点和策略相比,靶向P2X7受体(P2X7R)在疗效和作用机制特异性方面具有独特优势。例如,目前用于NPP的一线药物治疗(如某些镇痛药和抗炎药)通常仅能暂时缓解症状,而无法干预神经炎症和胶质细胞活化等核心病理过程。针对胶质细胞的调控策略主要集中于抑制脊髓小胶质细胞的活化4,仅作用于NPP复杂病理网络中的单一细胞类型;而P2X7R拮抗剂或靶向性下调则可同时调节参与NPP进展的关键细胞群体——包括胶质细胞、免疫细胞和神经元的活性6,7,12。与针对一般神经炎症通路的策略3不同,P2X7R靶向治疗可特异性阻断与NPP发生和维持密切相关的嘌呤能信号级联反应,避免非特异性免疫抑制及潜在的不良反应。此外,针对其他离子通道或神经元信号通路的干预手段10通常难以逆转由胶质细胞-神经元交互作用介导的持续性神经炎症4,而P2X7R靶向治疗则可通过调控ATP介导的信号传递,直接抑制这种交互作用5,6,从而实现更全面的治疗效果。
本文综述旨在对P2X7受体(P2X7R)在神经病理性疼痛(NPP)中调控神经元及非神经元细胞的细胞类型特异性机制,提供一个全面且具有批判性的知识整合。 然而,值得注意的是,使用拮抗剂抑制P2X7R或靶向下调P2X7R的表达在药理学上具有缓解或治疗NPP的作用13。例如,Lu AF27139是一种在大鼠、小鼠和人类中均具有高选择性和强效的小分子P2X7R拮抗剂,具有良好的药代动力学特性和中枢神经系统通透性14。Lu AF27139能够在功能上阻断大脑和脊髓中的P2X7R水平及其下游的疼痛相关通路,并减轻慢性压迫损伤大鼠的神经病理性痛觉过敏14。三甲氧基黄烷酮通过抑制P2X7R功能、降钙素基因相关肽(CGRP)的产生、背根神经节(DRG)神经元的敏化以及脊髓中胶质细胞的异常活化,从而缓解神经病理性疼痛15。这些研究揭示了P2X7R在NPP中的关键作用。因此,阐明P2X7R在NPP中的作用机制及药理学特性,对于NPP的靶向治疗具有重要意义。
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1. NPP
神经病理性疼痛(NPP)由中枢或周围神经系统原发性或继发性的直接或间接损伤引起,导致神经系统功能障碍或感觉信息传递的暂时性紊乱,主要表现为自发性疼痛、痛觉过敏或异常疼痛1。周围性NPP起源于神经系统的外周部分,例如三叉神经痛、带状疱疹后神经痛、周围神经损伤、痛性多发性神经病或神经根病变。外周感觉信息可传递至中枢(这是慢性疼痛感知的关键因素)。中枢神经系统对疼痛的敏感性增加与神经网络功能连接模式的改变相关。而中枢性慢性NPP可由脊髓或脑损伤、脑卒中或多发性硬化引起16,17,18,19,20。在外周组织损伤后,外周伤害性感受器被致敏,从而增强痛觉纤维的输入 。神经损伤可导致受损区域神经纤维减少和轴突脱髓鞘 。损伤区域感觉神经元的离子通道开放增加(钙内流增强),传入C纤维与脊髓背角神经元之间的突触可塑性增强,从而增加信息输入19。尽管神经病理性疼痛的具体病理机制尚不明确,但目前公认其发生过程涉及免疫调节、神经元异常兴奋与可塑性、胶质细胞活化、神经炎症反应以及离子通道受体(如P2X7R)的改变10,20,21。这些细胞的活化及其相互作用,包括信息传递和细胞因子释放,在NPP的发生和发展中起关键作用 。因此,我们将对P2X7R与这些细胞之间的关系进行系统而深入的探讨。
2. P2X7R 对小胶质细胞活性的调控
小胶质细胞是神经系统中的常驻免疫细胞,广泛分布于中枢神经系统,对稳定神经系统功能和维持微环境稳态起关键作用。在正常生理条件下,小胶质细胞处于静息状态,不具有免疫活性和吞噬能力,但仍保留一定的迁移能力。 然而,当中枢神经系统受到缺血、炎症或创伤等损伤后,小胶质细胞可被激活,发生增殖并迁移至损伤区域,清除细胞代谢产物和凋亡细胞碎片,对损伤后中枢神经系统的修复与维持具有重要意义。及时清除小胶质细胞可促进有效的再髓鞘化,为神经再生提供必要基础22,23,24。小胶质细胞的极化与增殖与神经病理性疼痛相关。 中枢神经系统中髓鞘再生失败可导致神经炎症和神经退行性疾病,进而诱发神经病理性疼痛(NPP)25。已有研究报道,有效的再髓鞘化需要促炎型小胶质细胞死亡并再生以促进修复过程。 受损小胶质细胞的死亡和/或再生可能是神经系统疾病中小胶质细胞功能失调的基础26。疼痛研究领域的主流观点认为,脊髓背角体感处理区域的小胶质细胞驱动了神经病理性疼痛的发生。脊髓小胶质细胞对外界刺激的响应会改变其活化状态和极化方向,并通过细胞内信号通路(如丝裂原活化蛋白激酶、p38和细胞外信号调节蛋白激酶)诱导炎症细胞因子的释放,引发神经炎症反应并导致疼痛。然而,抑制或改变小胶质细胞的活化/增殖可降低背角神经元的异常兴奋性和神经病理性疼痛27,28,29。利用微胶质细胞GI型DREADD可减轻脊神经横断后的神经炎症、突触功能障碍及神经病理性疼痛30。
P2X7R 在神经系统中广泛表达,尤其是在小胶质细胞中。P2X7R 通过与其配体(ATP 或其类似物 BzATP)结合来调节小胶质细胞的活性,在神经病理性疼痛(NPP)中发挥关键作用31,32。P2X7R 的表达水平与疼痛程度密切相关。 神经损伤后 P2X7R 的激活增强或表达上调可诱导 NPP。
外周神经损伤后7天,脊髓中P2X7R的mRNA和蛋白表达显著升高,主要定位于背角的小胶质细胞。鞘内注射P2X7R拮抗剂(A438079)可有效抑制小胶质细胞活化,并缓解机械性痛觉超敏33。已有充分证据表明,P2X7R的激活通过触发小胶质细胞活化、促进其向促炎性(M1)表型极化、介导促炎性细胞因子释放、启动神经炎症级联反应、加重神经组织损伤,最终诱导或加剧疼痛,从而参与神经病理性疼痛(NPP)的发生发展34,35。值得注意的是,仅P2X7R的过表达就足以促进小胶质细胞的活化与增殖。具体而言,小胶质细胞中P2X7R的激活可导致促炎性细胞因子如白细胞介素-1β(IL-1β)的释放,该过程与NPP的发生和维持密切相关7。IL-1β是小胶质细胞活化与增殖的关键介质,其释放或生成依赖于P2X7R的大孔道功能34。使用P2X7R激动剂BzATP可诱导小胶质细胞释放IL-1α、IL-1β和IL-18,而其他细胞因子/趋化因子的释放则不依赖于P2X7R的激活。这些发现凸显了P2X7R在调控IL-1家族细胞因子释放中的特异性作用36。综上所述,这些结果表明P2X7R是小胶质细胞介导的神经炎症反应在NPP中的关键调控因子。在原代培养的大鼠小胶质细胞中,西尼地平可抑制P2X7R介导的钙反应和IL-1β释放;体内研究进一步证实,西尼地平可逆转由小胶质细胞P2X7R介导的炎症所引起的机械性异常性疼痛7。
此外,P2X7R 可调节小胶质细胞与神经元之间的相互作用,从而参与神经病理性疼痛(NPP)的发病机制。在 NPP 模型中,P2X7R-p38 信号通路与小胶质细胞微泡的脱落密切相关,并通过介导小胶质细胞-神经元相互作用在 NPP 进展中发挥重要作用37。电针已被证明可降低树突棘密度,抑制异常的突触重塑,减轻神经炎症,并改善神经病理性疼痛症状;这些效应与 P2X7R 表达的下调及神经行为功能的改善相关。相反,BzATP 对 P2X7R 的激活可增强异常的树突棘/突触重塑并促进神经炎症,从而加重疼痛38.
因此,调控P2X7R活性,使小胶质细胞从促炎性的M1表型转变为抗炎性的M2表型,是治疗神经病理性疼痛(NPP)的一种有前景的治疗策略。小胶质细胞的M1表型特征是释放促炎性细胞因子(如IL-1β和TNF-α),并促进神经炎症;而M2表型则与释放抗炎因子及促进组织修复相关。抑制P2X7R活性可通过抑制小胶质细胞中p38MAPK的磷酸化,降低肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1α和IL-6的表达,从而逆转神经病理性疼痛,并伴随小胶质细胞由M1向M2表型的转化39。
A型肉毒毒素(BTX-A)通过抑制P2X7受体(P2X7R)并促进脂多糖刺激的Hapi小胶质细胞向M2型极化,从而缓解神经病理性疼痛(NPP)40。高频脊髓电刺激通过使小胶质细胞中的Kaiso-P2X7R轴失活,显著降低脊髓背角的免疫反应,并实现持久的镇痛效果。靶向小胶质细胞中的Kaiso-P2X7R通路可显著提高高频脊髓电刺激的疗效,从而减轻神经炎症并提供持久的疼痛缓解41。电针治疗可显著提高因坐骨神经损伤或P2X7R激动剂BzATP诱导的小鼠痛阈,抑制脊髓P2X7R阳性小胶质细胞的活化,抑制脊髓中IL-1β和IL-18的过度表达,并减轻触觉异常性疼痛和热痛觉过敏42(图1)。其他研究也表明,鞘内注射经热处理的伏毛铁棒锤可能抑制脊髓中P2X7R的生成与表达,减少小胶质细胞的活化,对NPP具有抗过敏性疼痛的作用43。此外,外周神经损伤后小胶质细胞的活化在伤害性信号向脊髓背角神经元异常汇聚以及NPP的发生过程中发挥重要作用。小胶质细胞与神经元之间的相互作用最终参与了伤害性感觉过敏性疼痛的表达。 受损感觉神经元释放的半乳糖凝集素-3(Galectin-3)通过激活小胶质细胞,增强脊髓背角兴奋性神经元的兴奋性突触传递,从而导致NPP44。这些研究揭示了P2X7R介导的小胶质细胞活动在NPP中起关键作用。通过抑制或下调P2X7R表达来靶向调控小胶质细胞活化,是治疗NPP的一种新策略。
3. P2X7R 介导星形胶质细胞
星形胶质细胞约占中枢神经系统胶质细胞总数的20%–40%,是维持中枢神经系统内环境稳定的关键。星形胶质细胞被认为可为神经元提供结构和营养支持,并通过表达胶质纤维酸性蛋白(GFAP)而与其他类型的胶质细胞相区分。GFAP在星形胶质细胞的所有主要分支和突起中均有表达,并在从损伤向反应性状态转变过程中发生动态变化45,46,47。越来越多的证据表明,慢性疼痛可能由星形胶质细胞胶质增生引起。 此外,星形胶质细胞可通过神经元-胶质细胞及神经胶质-胶质细胞间的相互作用调节伤害性突触传递,参与疼痛信号的调控及神经病理性疼痛(NPP)的维持45,48,49,50。星形胶质细胞与神经元突触存在广泛接触。 星形胶质细胞的激活可引发脊髓可塑性,减少坐骨神经结扎后短期内形成的突触,并诱导疼痛行为50。研究表明,神经元产生的CXCL13通过CXCR5受体激活星形胶质细胞,从而促进神经病理性疼痛,揭示了脊髓中神经元与星形胶质细胞之间的相互作用51。反应性星形胶质细胞的激活涉及多种信号转导机制和分子,包括细胞内激酶、通道、受体和转录因子。一旦发生病理改变,这些分子在损伤后疼痛调节中发挥重要作用52。脊髓损伤后,脊髓水通道蛋白AQP4的表达显著上调,主要表达于星形胶质细胞;而抑制AQP4可通过抑制胶质细胞激活及抗神经炎机制,削弱神经病理性疼痛(NPP)的发生与发展。 这些发现表明,星形胶质细胞的激活参与了NPP的发病机制。因此,靶向星形胶质细胞并抑制其激活有助于缓解NPP。
P2X7R 也在星形胶质细胞中表达,并可通过调节星形胶质细胞的活性参与神经病理性疼痛(NPP)。多项研究已证实,在神经病理性疼痛模型中,星形胶质细胞中 P2X7R 的表达显著增加,且星形胶质细胞的活化与疼痛的发生和维持密切相关53,54。 在这些模型中,海马区星形胶质细胞标记物 GFAP 与 P2X7R 共定位,同时 P2X7R 的 mRNA 和蛋白水平均升高。 与此同时,炎症小体相关组分(NLRP3、ASC、Caspase-1)、成孔蛋白 Gasdermin D 以及成熟细胞因子 IL-1β 和 IL-18 的水平也升高,提示炎症小体通路被激活55(图1)。在建立神经病理性疼痛模型后第11至21天,持续给予 P2X7R 拮抗剂 A438079 可提高机械性足部回缩阈值,并减轻类抑郁和类焦虑行为56。A438079 能显著降低神经损伤引起的病理性疼痛后小胶质细胞 IBA-1 和星形胶质细胞 GFAP 的免疫反应,并缓解大鼠的疼痛行为56。在大鼠腰段脊髓切片中记录了单突触 C 纤维诱导的兴奋性突触后电流。 BzATP 可激活小胶质细胞和星形胶质细胞,或以高频刺激初级传入 C 纤维,从而导致 C 纤维传入通路的长时程增强(LTP)9。BzATP 诱导的传入纤维反应增强可分别被 P2X7R 拮抗剂 A438079 和星形胶质细胞毒素氟乙酸所阻断9。 小胶质细胞与星形胶质细胞的协同活化可通过释放 D-丝氨酸和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)在这些突触处诱导胶质细胞介导的 LTP9。高葡萄糖、P 物质(SP)和皮质酮诱导的糖尿病性神经病理性疼痛及抑郁可增加原代培养的海马星形胶质细胞中 P2X7R 的表达以及肿瘤坏死因子-α、IL-1β、游离钙和 ERK1/2 的磷酸化水平。然而,该效应可被二氢杨梅素或 P2X7R shRNA 处理所抑制57。
星形胶质细胞是脑内ATP和谷氨酸信号传导的积极参与者。 ATP 和谷氨酸通过动员钙离子协调星形胶质细胞的活化,进而促使星形胶质细胞释放多种神经活性分子(包括 ATP 和谷氨酸本身),向神经元传递信号,调节突触传递和神经元兴奋性58,59脊髓胶状质(SG)负责将传入的痛觉信息传递给上行投射神经元。 神经元和某些星形胶质细胞对NMDA、AMPA和霉酚酸产生内向电流反应58,59. 星形胶质细胞通过钙依赖性谷氨酸释放作用于突触外神经元的NMDA受体,从而兴奋神经元,而星形胶质细胞的延迟转化则导致神经元抑制58关键的是,P2X7受体激动剂BzATP可增强神经元和脊髓胶质神经元(SG星形胶质细胞)的内向电流。该受体在这些星形胶质细胞中的上调和激活会促进谷氨酸的释放,进而刺激邻近神经元的阳离子电流 通过 NMDA受体和AMPA受体,促进疼痛传递60此外,背根神经节神经元可诱导其胞体细胞大量释放ATP。释放的ATP激活包裹每个背根神经节的星形胶质卫星细胞中的P2X7受体,从而触发神经元与胶质细胞之间的通讯61P2X7受体激活可导致星形胶质细胞样卫星细胞释放肿瘤坏死因子-α。 肿瘤坏死因子-α进而增强了P2X3受体介导的反应,并提高了背根神经节神经元的兴奋性61这些研究表明,P2X7受体可通过调节星形胶质细胞与神经元之间的相互作用,参与神经病理性疼痛的发生。
4. P2X7R 介导巨噬细胞活化
免疫系统与神经系统之间的相互作用在神经病理性疼痛中具有重要意义。作为神经病理性疼痛的主要诱因,神经系统内的免疫反应已被证实不仅支持疼痛的启动与发展,同时也参与其消退过程62。事实上,免疫细胞被公认为是神经炎症的促进因素,可在神经痛通路的各个层面引发疼痛和痛觉过敏。 在疼痛进展过程中,免疫细胞的活化与浸润促进了神经病理性疼痛(NPP)的发展62,63,64。在外周神经损伤后,脊髓背角小胶质细胞活化的同时,背根神经节(DRG)内受损感觉神经元周围的巨噬细胞也出现显著扩增与增殖。清除背根神经节中的巨噬细胞可减轻神经损伤引起的机械性痛觉超敏以及DRG巨噬细胞的扩增65。全身性或局部清除巨噬细胞可预防痛觉过敏66。
巨噬细胞/单核细胞中P2X7R表达的增加可能改变先天免疫系统。 巨噬细胞表现为M1(促炎性)或M2(抗炎性)表型,并表达P2X7受体。在病理条件下,P2X7R通过介导阳离子(Na+、Ca2+)的非选择性内流,对细胞外高浓度ATP产生反应。2+,K+)67,68. 使用较高浓度的ATP激活P2X7R,尤其是在重复给予激动剂后,可导致细胞膜孔道开放,允许约900 Da分子通过,并介导巨噬细胞功能的改变67P2X7受体介导的神经炎症反应中另一个重要因素是对巨噬细胞活性的调控,该过程通过促进巨噬细胞活化、产生促炎性细胞因子并引发炎症级联反应,从而诱导或维持神经病理性疼痛。巨噬细胞中的P2X7R必须与对内毒素敏感的Toll样受体4(TLR4)共同激活,才能诱导炎症小体3(NLRP3)的形成。随后,炎症小体3(NLRP3)激活前体白细胞介素-1β(Pro-IL-1β),使其通过半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)降解,最终导致IL-1β的释放67,69 (图1黄烷酮衍生物三甲氧基黄烷酮(Y3)在给予百日咳毒素(PTX)后可抑制P2X7受体功能,减少背根神经节中IBA1阳性巨噬细胞样细胞的浸润,以及脊髓中星形胶质细胞和小胶质细胞的过度活化,从而缓解神经病理性疼痛和神经毒性15 RAW264.7 巨噬细胞经高糖和游离脂肪酸处理,通过分泌细胞因子、活性氧(ROS)以及激活 ERK 信号通路,诱导 P2X7R 介导的免疫反应、神经病理性疼痛和炎症70.
P2X7受体(P2X7R)的激活是促进巨噬细胞快速成熟并释放IL-1β的机制,而IL-1β参与炎症过程及伤害性神经信号的传递71,72。P2X7R拮抗剂A839977可阻断BzATP诱导的人源、大鼠及小鼠重组P2X7R的钙离子内流,有效抑制激动剂诱导的人源THP-1细胞对Yo-Pro的摄取以及IL-1β的释放,并产生显著的抗痛觉过敏效应73。有趣的是,在IL-1αβ基因敲除小鼠中,A839977的镇痛作用完全消失73,提示在小鼠疼痛模型中,P2X7R阻断所产生的抗痛觉过敏效应是通过抑制IL-1β释放介导的。研究表明,P2X7R拮抗剂A438079能够以剂量依赖的方式减少外周巨噬细胞释放的IL-1β量,抑制神经病理性大鼠脊髓神经元的自发性放电活动,并通过调节内源性细胞因子介导的免疫-神经相互作用来调控疼痛行为74。
5. P2X7R 调控的神经元
周围神经损伤会引起脊髓背角神经元过度的伤害性反应,并激活脊髓背角神经元的汇聚性伤害性传入通路。这种变化被认为是神经病理性疼痛(NPP)发展的指标75。在大鼠脊髓中,通过短干扰RNA介导的塌陷反应调节蛋白2(CRMP2)基因敲除可降低急性浅层脊髓背角神经元自发性兴奋性突触后电流的频率和幅度,但并不降低自发性抑制性突触后电流的频率和幅度,且对微小兴奋性和抑制性突触后电流无影响76。 神经元上P2X7受体(P2X7R)的表达长期以来存在争议。过去,关于P2X7R是否在神经元中表达一直存在争论。随着研究的进展,一些研究发现P2X7R确实在神经元中表达,能够调节神经元活性,并参与感觉信息传递和疼痛产生过程77,78,79。在大鼠NPP模型中,背根神经节(DRG)神经元经HIV包膜糖蛋白120(Gp120)处理后,P2X7R激动剂(BzATP)的激活可增加神经元电流,而P2X7R拮抗剂BBG则显著抑制BzATP激活的电流,并缓解Gp120处理的DRG神经元中的痛觉过敏80。ATP可诱导脊髓背角神经元产生活性氧(ROS),该效应可被ROS清除剂N-叔丁基-α-苯腈以及P2X7R拮抗剂A438079消除81。鞘内注射P2X7R激动剂BzATP可诱导脊髓ROS生成及背角神经元DNA的氧化损伤,并增强大鼠双相性自发性伤害性行为81。这为神经元P2X7R的激活导致ROS生成并继而引发伤害性疼痛提供了证据。
P2X7受体(P2X7R)的激活对慢性损伤后脊髓神经元的活动具有广泛影响。 在病理性疼痛的动物模型中,P2X7R拮抗剂A438079可降低不同类型脊髓神经元(低阈值神经元、伤害性特异性神经元、广动力范围神经元)的诱发活动,调节中枢敏化,并产生抗伤害性效应82。其他研究表明,坐骨神经损伤诱导的背根神经节(DRG)脑源性神经营养因子(BDNF)蛋白上调可增强P2X7R活性,并促进坐骨神经损伤诱导的DRG中P2X7R蛋白表达上调83。 此外,BDNF过表达会增加DRG神经元中P2X7R的表达,并介导神经病理性疼痛(NPP)的发展。进一步研究证实,BDNF过表达可上调DRG神经元中P2X7R的表达,并介导NPP的发生83。这些研究揭示了P2X7R在神经元中表达,且神经元电流和活动参与介导神经病理性疼痛。 然而,也有研究发现,在神经病理性疼痛中,P2X7R并不在神经元中表达,而是在胶质细胞(如背根神经节中的卫星胶质细胞)中表达,进而调控NPP。因此,仍需进一步研究以确认并阐明P2X7R表达及其对神经元功能调控的机制。
6. P2X7R 拮抗激活与 NPP 治疗的拮抗作用
如前所述,P2X7R 的激活介导了神经病理性疼痛的发生与发展 。因此,抑制 P2X7R 的激活对缓解或治疗神经病理性疼痛具有药理学作用 。目前,已研发出多种 P2X7R 拮抗剂(如 BBG、A438079 和 A740003),这些拮抗剂可靶向调控 P2X7R 活性,并已成功应用于多种疾病(如脊髓损伤、肿瘤和心血管疾病)的研究中。研究证实,靶向 P2X7R 具有治疗相关疾病的功效84,85,86。因此,这些拮抗剂也被用于疼痛治疗,通过抑制 P2X7R 的激活发挥镇痛药理作用87,88。
A740003(N-(1-{[氰基亚氨基](5-喹啉氨基)甲基]氨基}-2-氰基亚氨基-二甲基丙基)-2-(3-甲氧基苯基)乙酰胺)和 A438079(3-(5-(2-甲基-3-尿嘧啶基)苯基)-1H-四唑-1-基)甲基吡啶盐酸盐)几乎在同一时间被发现。A740003 是氰基胍的衍生物,而 A438079 是四唑的衍生物。 它们最初被报道为 P2X7 受体的强效抑制剂,随后被鉴定为变构拮抗剂,结合位点与 ATP 结合口袋不同89,90。它们以相同的方式作用于 P2X7R,并在变构结合口袋的不同突变条件下表现出相同的效果,表明它们以非常相似的构型结合。A740003 是一种新型的 P2X7R 竞争性拮抗剂,其对人和大鼠的 IC50 分别为 40 nM 和 18 nM89。A438079 对人 P2X7R 的拮抗 IC50 为 130 nM91,92。在糖尿病神经病理性疼痛的动物模型中,鞘内注射 P2X7R 拮抗剂 A438079 显著延长了机械缩足阈值和热缩足潜伏期,降低了背根神经节中 TRPV1 的 mRNA 和蛋白水平,降低了 p38 和细胞外信号调节蛋白 1/2(ERK1/2)的磷酸化水平,并缓解了神经病理性疼痛93。A438079 在坐骨神经结扎后显著降低了小胶质细胞和星形胶质细胞的活性,提高了机械性缩足阈值(MWT),缩短了热缩足持续时间,并减轻了类似抑郁和焦虑的行为94。选择性 P2X7R 拮抗剂 A740003(50 nmol/L × 5 µL)鞘内注射后 3 小时,小鼠的 PWT 显著升高,并在 5 小时达到峰值。 此外,通过敲除小鼠中 P2X7R 的表达也可缓解疼痛95。
在NPP的应用中,另一种拮抗剂是亮蓝G(Brilliant Blue G),它是一种常用的合成食用染料FD&C Blue 1的衍生物,为高度选择性的P2X7受体(P2X7R)拮抗剂96。BBG在大鼠模型中作为高度选择性的P2X7R拮抗剂发挥作用,其以非竞争性方式结合变构位点,抑制ATP诱导的电流,IC50约为300 nM97,98。 多项研究证实BBG在啮齿类动物模型中具有良好的安全性并能穿透血脑屏障,支持其潜在的应用价值99。P2X7R抑制剂BBG可降低脂多糖刺激的小胶质细胞中NLRP3、IL-1β、IL-18、Caspase-1及P2X7R的表达,并提高大鼠的痛阈100。腹腔注射TRPV4激动剂GSK-1016790A可显著增强大鼠的机械性痛觉过敏和热痛觉过敏,而P2X7R拮抗剂BBG则可部分抑制大鼠的痛觉过敏100。P2X7R拮抗剂BBG可降低IL-1β和肿瘤坏死因子-α受体的表达以及ERK1/2的磷酸化水平,增加IL-10的表达,从而缓解NPP大鼠的痛觉过敏101。
其他常用的P2X7受体拮抗剂,如KN-62、JNJ-54175446和AZ10606120,在缓解其他类型的疼痛(包括炎症性疼痛、内脏痛和骨癌痛)方面具有药理学作用102,103,104,但关于NPP的应用报道较少,这可能与不同动物模型类型和实验设计中P2X7R的差异有关。尽管如此,P2X7受体拮抗剂在NPP治疗中已取得一定进展,仍有进一步开发的空间。 因此,探索更多靶向P2X7受体的拮抗剂在NPP中具有广阔前景。
7. 靶向下调P2X7R表达以缓解神经病理性疼痛
已知中枢神经系统(脊髓)或外周神经损伤(如坐骨神经或三叉神经)可显著上调组织中P2X7R的表达,这与神经病理性疼痛(NPP)的发生和发展密切相关。不同研究显示,在神经病理性疼痛模型中,P2X7R的表达显著上调。 因此,靶向P2X7R并下调其表达可缓解或治疗NPP。目前已有研究表明,物理治疗、细胞迁移、植物成分(如没食子酸)、肉毒杆菌毒素和白藜芦醇均可下调脊髓或神经组织中的P2X7R表达,并在NPP治疗中取得较为显著的效果105,106,107,108,109,110。大麻素受体2(CB2R)是内源性大麻素系统中的重要受体之一。 其在中枢神经系统中广泛表达,尤其在胶质细胞中,对神经系统炎症的发生和发展具有重要作用111。在保留神经损伤后,脊髓背角中P2X7R含量随时间逐渐增加,但连续鞘内注射CB2R激动剂PM226后,脑组织中P2X7R蛋白含量显著降低,小胶质细胞数量减少,炎症细胞因子释放减少,发挥神经保护作用,并缓解大鼠的机械性痛觉超敏111。没食子酸(3,4,5-三羟基苯甲酸)天然存在于多种植物中,具有抗炎、抗氧化和镇痛作用。研究表明,没食子酸可通过调控P2X7R-ROS信号通路抑制脊髓小胶质细胞的铁死亡,减轻线粒体损伤,从而缓解疼痛伴抑郁大鼠的行为学改变112。二氢杨梅素可降低背根神经节(DRG)、脊髓和海马中P2X7R的表达,降低磷酸化细胞外信号调节蛋白1(p-ERK1)、p38、TNF-α和IL-1的水平,有效缓解大鼠的神经病理性疼痛113。
近年来,随着对疼痛治疗方法的不断探索,细胞移植治疗的概念被提出。 研究人员培养了具有活性和功能的细胞(如间充质干细胞、神经干细胞、施万细胞和嗅鞘细胞) 体外 并通过神经保护、抗炎以及促进轴突再生作用,将其移植至宿主体内,下调了组织中P2X7R的表达水平,从而发挥缓解神经病理性疼痛的作用114,115,116,117,118一项研究表明,在大鼠脊髓损伤模型中,向受损脊髓节段注射神经干细胞4周后,神经丝蛋白表达显著增加,胶质纤维酸性蛋白和P2X7R(P2X4R)表达下降,运动和感觉功能显著改善,神经病理性疼痛得到缓解119在我们之前的研究中,将嗅鞘细胞和微囊化嗅鞘细胞移植至坐骨神经损伤模型后,采用行为学方法评估了脊髓中P2X7R的表达。 结果表明,细胞移植可显著降低脊髓组织中P2X7R蛋白和mRNA的表达水平及P2X7R标记阳性细胞的数量,并减轻大鼠的痛觉过敏症状118我们进一步增强了嗅鞘细胞联合生物材料(壳聚糖)在损伤坐骨神经部位对P2X7R表达的下调作用,并显著缓解了大鼠的神经病理性疼痛120所有这些研究均表明,靶向P2X7R并下调其表达可缓解或治疗神经病理性疼痛(NPP),为NPP提供了更为广泛可用的治疗策略。
阐明NPP模型的异质性对于P2X7R靶向治疗的临床转化至关重要。与其他常见的NPP治疗方法相比,P2X7R靶向策略(拮抗剂、靶向下调)在调控关键细胞群体和阻断嘌呤能信号传导方面具有独特优势3,4,6,7,10,12。
神经性疼痛(NPP)可分为创伤性、糖尿病性、化疗诱导性和病毒性等类型,其机制均涉及不同的P2X7受体介导通路2,5,12,55,80,101:创伤性模型与胶质细胞活化及嘌呤能系统紊乱有关4,5,33;糖尿病性模型与高血糖诱导的神经炎症及NLRP3炎性小体活化相关5,113;化疗诱导性模型涉及巨噬细胞/胶质细胞的活化与致敏2,15;病毒性模型则由免疫/胶质细胞活化及感觉神经元兴奋性增强所介导6,80,101,与临床病例表现一致12。
神经病理性疼痛(NPP)的启动依赖于ATP诱导的P2X7R激活及初始的神经炎症3,5,2,55,80;其维持则依赖于P2X7R的持续激活以及胶质细胞-神经元间异常的通讯4,6,56,60。在创伤性和糖尿病模型中,雌性动物表现出更高的P2X7R表达水平、更严重的疼痛症状以及对拮抗剂更强的敏感性55,66,而在其他模型中,性别差异的研究仍较不足。
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神经损伤后神经病理性疼痛(NPP)的机制十分复杂,可导致感觉和运动功能障碍,严重影响患者生活质量,且目前尚无有效治疗方法。因此,挖掘NPP的分子基础有助于NPP的治疗。幸运的是,离子通道P2X7R已被证实参与NPP发生与发展的关键环节。P2X7R的激活或过表达可调控胶质细胞和巨噬细胞的活化,介导促炎性细胞因子的释放及炎症级联反应,加重神经组织损伤,诱导外周受体致敏,从而引发NPP。此外,P2X7R还可通过调控神经元活动及胶质细胞-神经元信号传递、增强突触可塑性、增强感觉信息传递、致敏中枢神经系统等途径诱导疼痛。然而,使用P2X7R拮抗剂或靶向下调P2X7R表达可缓解或治疗NPP。在临床前模型中,采用特异性拮抗剂(如A438079、BBG)对P2X7R进行靶向药理学抑制,或通过其他策略下调其表达,均显示出显著的镇痛效果,凸显其治疗潜力。然而,在解读这些证据并展望其临床应用时,必须正视若干重要局限性和转化挑战。因此,P2X7R可作为NPP治疗的另一个潜在靶点。
神经损伤后,ATP被释放并作用于细胞膜上的P2X7R。P2X7R的激活可触发免疫细胞(如巨噬细胞)的活化,通过释放炎症性细胞因...
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