神經性疼痛的表觀遺傳學機制

白天宇　陳恒玲

摘 要 表觀遺傳機制包括但不限于DNA的甲基化、組蛋白的修飾與非編碼RNA的分子調控。本文寫作的主要目的是綜述文獻以表明表觀遺傳的調控機制在神經病理性疼痛的發生與發展的過程中起著越來越重要的作用。

關鍵詞 表觀遺傳學 神經性疼痛

中圖分類號：R402 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.04.018

Abstract Epigenetic mechanisms include the DNA methylation， the histones modification and non-coding RNA molecules regulation. The research support an increasingly important role for epigenetic in the emergence of neuropathic pain.

Key words Epigenetics； neuropathic pain

神經病理性疼痛，是病理性疼痛的一種，由于神經系統損傷或發生疾病，細胞及分子水平上發生適應性的變化，進而引起異常性疼痛、痛覺過敏等癥狀，會極大程度的影響到患者的正常生活，是需要患者和醫生一起去解決的醫學難題。究其發病原因，環境因素是神經性疼痛的一個重要原因，它可以調控從DNA到蛋白質的信息傳遞，同樣的遺傳信息也可以出現不同的表型。表觀遺傳學的研究目的，就包括但不僅限于了解如何才能夠做到在不改變DNA序列的同時，又改變基因的表達方式。

表觀遺傳學的epigenetic的詞根，源于古希臘語，epi是“之上”的意思，即epigenetic是“遺傳之上”的意思。傳統的遺傳學是讀取DNA的編碼信息，而表觀遺傳學是解釋各種因素，尤其是環境因素，如何影響DNA編碼信息的表達。可以通過改變表觀遺傳這種方式，以此來達到在不改變DNA序列的基礎上激活特定的基因的目的。除此之外，染色質蛋白如果與DNA相關聯，是很可能發生被沉默或者激活的現象的。多細胞有機體中的不同細胞之所以能夠只表達其活動的必需基因，也正是由于這個原因。表觀遺傳學可以用來合理的解釋環境因素是如何通過作用于關鍵酶來改變基因的功能。相關研究發現，DNA甲基化、組蛋白乙酰化以及非編碼RNA調控在神經性疼痛的發生、發展中均起到重要作用。

痛覺，是用來預警所處的環境中的潛在危險和可能發生的組織傷害的。痛覺的形成與表觀遺傳學的關系十分密切。Nature genetics報道，一個調節表觀遺傳的因子——PRDM蛋白，與染色質修飾相關，神經形成與神經分化的過程都有它參與控制。在無痛癥患者中PRDM12基因發生純合變異，導致胚胎期間痛覺神經元發育出現障礙，進而成人痛覺神經缺失。軀體的感覺神經系統如果一旦發生損傷，就可能會引發神經的病理性疼痛，其特點包括但不僅限于痛覺異常以及痛覺過敏，現有的最常用的治療手段是藥物治療，其中利用阿片類藥物發揮止痛的作用日益增強，但是，其對這種神經性疼痛的治療效果并不十分理想。因此，充分了解神經病理性疼痛背后的機制，尤其是與疼痛關系非常之密切的表觀遺傳學機制，可以為神經病理性疼痛的藥物治療等方式提供新的靶點，今后也很有可能會控制并減少不必要的疼痛。

1 神經性疼痛中表觀遺傳學的機制

1.1 DNA甲基化

Nature Communications報道過，同卵雙胞胎雖然在遺傳上基因組信息是一致的，但是其在疼痛的敏感性上存在著明顯的不同，其原因很有可能是關鍵疼痛基因的修飾狀態發生變化。其中編碼溫度感應蛋白TRPA1基因的啟動子甲基化狀態是和耐受疼痛的能力密切相關的。除此之外，還有其他8個基因也同樣顯示出了其可能存在的與耐受疼痛有關的特點，但是我們現在仍然需要做更加深入的研究，來闡明到底這些基因是如何幫助生物體來感受疼痛的。

有研究發現，大鼠的坐骨神經如果出現慢性擠壓傷（chronic constriction injury，CCI），那么在此之后14 d的時候，脊髓就會發現有DNA甲基化的大量存在。DNA甲基化的反應進程由DNMTs控制，每日鞘內注射DNMTs，能夠明顯抑制基因甲基化，從而減弱CCI引起的痛覺過敏。另有研究發現，相較于對照組，CCI雌鼠的后代表現出焦慮行為的增加、下丘腦視上核中縮宮素水平降低；同時，CCI雌鼠后代的杏仁核中DNMT1表達量的增加也會引起DNA甲基化的水平出現上升的趨勢，這表明了，親代的神經病理性疼痛極有可能通過大腦的基因修飾，來達到影響甚至是改變后代的情緒及相關行為的效果，這同時也表明，表觀遺傳是很有可能參與神經病理性疼痛的調控過程的。

1.2 組蛋白乙酰化

據相關研究報道，依賴性激酶Cdk5（cyclin-dependent kinase 5）參與異常性疼痛的發生和發展的調控。環磷酸腺苷反應元件結合蛋白CREB （cyclic AMP response element-binding protein）作為轉錄因子，激活乙酰化酶HAT（histone acetyltransferase），增加組蛋白乙酰化，上調大鼠脊髓背角的Cdk5，從而誘導并維持疼痛；而抑制CREB或Cdk5可減輕疼痛反應。由此可見，特定的去乙酰化和乙酰化機制均可在疼痛調節的過程中起到十分重要的作用。

1.3 非編碼RNA

脊神經結扎大鼠脊髓背角淺層中miR-103表達量會發生下調，其靶基因電壓門控鈣通道VGCCs（voltage-gated calcium channels）的L型Cav1.2亞基（Cav1.2-LTC）明顯上調，從而導致痛覺超敏。鞘內給予miR-103則能夠緩解這種由神經損傷引起的異常性疼痛。另還有研究表明，miR-7a可以結合電壓門控鈉通道的€%[亞基Scn2b的UTR區域，在痛覺模型中，miR-7a的下調表達最終導致該通道數量的增加，導致超敏。上述研究表明，多種miRNA參與神經病理性疼痛的發生和發展，是治療神經性疼痛潛在的靶位點。

2 研究表觀遺傳學的技術手段

CpG島的定位可以有多種軟件預測，包括CpG Island Explorer （http：//bioinfo.hku.hk/cpgieintro.html）。有很多基于亞硫酸氫鹽（bisulfite）處理DNA的檢測啟動子甲基化的方法，其原理是亞硫酸氫鹽修飾將去甲基化的胞嘧啶轉化為尿嘧啶，但留下甲基化的胞嘧啶不變。在隨后通過聚合酶鏈反應（PCR）擴增CpG區域時，尿嘧啶被轉化到胸腺嘧啶，而從甲基化的胞嘧啶則在此過程之中保持不變。甲基化和去甲基化的胞嘧啶之間的區別可能是胞嘧啶和胸腺嘧啶之間的區別，最初甲基化的程度可以由Pyrosequencing TM技術計算。最近亞硫酸氫鹽測序、（定量）甲基化特異性PCR（MSP， methylation-specific PCR）、甲基化敏感單克隆核苷酸引物延伸（Ms-SNuPE，methylation-sensitive single nucleotide primer extension）等技術也普遍用于基因的甲基化測定。另有一些技術可以用于研究全基因組染色質結構的改變。例如利用特異性識別甲基化胞嘧啶的抗體進行免疫沉淀實驗，后進行質譜測定；另一方面也利用DNA結合蛋白抗體或組蛋白的特異性修飾抗體，進行染色質免疫沉淀（ChIP，chromatin immunoprecipitation）測定，后進行DNA測序。更新的技術可以結合芯片，進行高通量的實驗設定。

迄今為止，有關于神經性疼痛模型的表觀遺傳學研究數量并不是很多。從以往的研究報道來看，DNA甲基化、組蛋白乙酰化和非編碼RNA的調控模式在神經性疼痛的發生、發展及其維持的各個環節都有發生非常明顯的改變并發揮著極其重要的作用。在未來的研究中，我們將進一步的探索表觀遺傳學參與神經性疼痛的調控的分子機制，研究相關的修飾程序是如何帶來了持久而長期的痛覺異常和痛覺過敏的，并為以后進一步的深入研究神經慢性病理性疼痛是如何發生、發展與維持打下基礎，并為其后續的控制、治療提供新的作用靶點。

*通訊作者：陳恒玲

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