阿片類藥物所致痛覺敏化的神經炎癥免疫機制 *

姜. 爽. 顏麗暉. 夏. 蓉. 白靜慧

（遼寧省腫瘤醫院綜合內科特需病房，沈陽 110042）

阿片類藥物在疼痛領域的臨床應用非常廣泛，除常見不良反應外，阿片類藥物誘導的痛覺敏化(opioid-induced hyperalgesia, OIH) 逐漸成為臨床關注的重要問題。根據國際疼痛學會 (International Association For the Study of Pain, IASP) 對痛覺敏化的定義引申，OIH 可描述為由于阿片類藥物暴露所致的痛覺感知增加。其特殊性在于用阿片類藥物鎮痛的初衷轉化為相反的疼痛敏感度增加、阿片類藥物對疼痛脫抑制的矛盾狀態。由于目前對OIH 進行臨床診斷和評估的方式非常有限[1]，在阿片用藥過程中的疼痛加重，往往被視為疾病進展或產生了阿片類藥物耐受 (opioids tolerance, OT)。在缺少對OIH 鑒別和排除的情況下，因痛感惡化貿然增加阿片類藥物滴定反而可能導致疼痛更難控制。因此，對OIH 的認識和理解對臨床阿片類藥物的合理使用非常重要。目前臨床上已發現OT 病人疼痛閾值明顯降低，更易發生痛覺敏化[2]，但阿片類使用劑量與OIH 的相關關系并不明確[3]。

對OIH 發生機制的全面認識是合理干預的前提條件。既往對OIH 機制的研究主要集中于神經元的信號轉導及功能調節方面，主要包括脊髓下行易化、突觸可塑性變化、谷氨酸能系統活動增強、離子通道相關神經元興奮性改變及受體電位改變、μ 阿片受體 (mu-opioid receptor, MOR) 功能變化等[4]。除參與痛覺調節常見的P 物質、膽囊收縮素、κ 受體激動劑強啡肽等，還有許多其他內源性神經肽被認為與OIH 相關[5]。

自“四聯突觸” (tetrapartite synapse) 模型[6]在神經病理性疼痛機制中提出以來，星形膠質細胞和小膠質細胞作為神經炎癥免疫系統中的重要載體，也被認為參與了OIH。二者與傳入神經元末梢突觸前膜、投射神經元突觸后膜一起，共同組成了神經免疫信號的交互核心。阿片類藥物可能通過誘發中樞膠質細胞活化，引起促炎性細胞因子和趨化因子的釋放，導致中樞敏化[7]，而通過抑制膠質細胞活動，痛覺敏化可以得到改善。諸多炎癥細胞因子介導了免疫信號在膠質細胞與神經元之間的傳遞[8,9]，其他廣義的神經免疫炎癥細胞如少突膠質細胞、血管旁巨噬細胞、內皮細胞及浸潤性免疫細胞、間充質干細胞等均有報道與OIH 相關，以前兩者討論為多。探討OIH 背后神經炎癥及免疫機制對長期以阿片鎮痛為主的慢性難治性癌痛病人意義非凡。由于目前該方向研究國內尚無系統綜述，本文僅對已獲得報道進行初步匯總，以OIH 的非神經元機制為主要方向，針對神經膠質細胞功能障礙及炎癥反應分子改變進行討論。

一、膠質細胞參與OIH 的相關證據

在阿片類藥物慢性作用下，通過免疫組化和蛋白印跡分析星形膠質細胞和小膠質細胞形態和數量上的變化，發現兩種膠質細胞的活化可在脊髓及腹外側中腦導水管周圍灰質等處發生[10]，這種活化往往與OT 或OIH 相關，且在給予相應的炎癥抑制劑后，不僅兩種膠質細胞的活化減弱，同時OIH 及OT 減少。進一步探討信號通路發現，膠質細胞的炎癥反應是通過核轉錄因子 (nuclear factor,NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen activated protein kinase, MAPK p38) 和細胞外信號調節激酶(extracellular signal regulated kinase, Erk) 等通路實現的，大部分免疫產物由上述通路激活或磷酸化后產生。MAPK 是典型的四級聯信號通路，核心信號分子通路分Erk1/2 (p44/42)、JNK1-3（c-Jun 氨基酸末端激酶）/SAPK（應激激活蛋白激酶），p38 三大類型，在兩種膠質細胞活動中均分別發揮了一定功能。Lin 等[11]曾在嗎啡耐受的模型中通過基于神經炎癥特征集的計算機輔助免疫染色圖像診斷系統檢測小膠質細胞及星形膠質細胞的活化，發現與神經元相比，神經炎性表達在兩種膠質細胞中更多見。通過分析膠質細胞活化標志物，發現星形膠質細胞增生的常見標志是膠質纖維酸性蛋白 (glial fibrillary acidic protein, GFAP)表達增加，小膠質細胞增生常與CD11b（補體受體CR3）和Iba1 的表達增加有關[12]。后續研究曾廣泛應用上述標志物檢測觀察膠質細胞活動，但應該注意的是，兩種膠質細胞的標志物變化與其激活程度的關系不是一定的[12]。二者活動也并不是始終同步，星形膠質細胞和小膠質細胞可能同時被激活，在一些情況下也可以看到獨立的膠質細胞活動。

最初觀察認為嗎啡暴露僅誘導星形膠質細胞的活化。急性期嗎啡暴露引起背根神經節衛星膠質細胞中GFAP、IL-1β、基質金屬蛋白酶9 (matrix metalloproteinase, MMP-9) 上調，認為星形膠質細胞活動增加[13]。慢性暴露于嗎啡5～7 天后，逐漸發現脊髓神經元及星形膠質細胞中NF-κB p-65 磷酸化水平上調[14]，而在小膠質細胞中并無這樣的反應。嗎啡還可使星形膠質細胞的p-JNK 水平升高且JNK拮抗劑可以控制OIH 進展，JNK 通路的活化與極低劑量嗎啡誘導的熱痛覺敏化相關[15]。在極低劑量阿片誘導的痛覺敏化模型中，也可發現星形膠質細胞的選擇性激活，而小膠質細胞活性并不增強[16]。通過減少星形膠質細胞活化可逆轉丁丙諾啡誘導的痛覺增敏。

慢性嗎啡暴露下小膠質細胞的單一活化也被觀察到。小膠質細胞是中樞固有免疫細胞，對局部炎癥監測、誘導并維持慢性疼痛的過程中起關鍵作用，并通過與突觸的物理接觸具有重要的神經通路重塑作用。神經調節蛋白-1、MMP-2、MMP-9、趨化因子配體2 (CCL2) 等介體的釋放參與了小膠質細胞的活化[17]。在慢性可待因所致痛覺敏化模型中，發現小膠質細胞活化標志物CD11b 分化簇擴增，而星形膠質細胞活化標記物GFAP 表達不受影響[18]。通過對Oprm1/OPRM1 基因轉錄組學研究發現，小膠質細胞表達μ 阿片受體[19]，嗎啡可能通過該受體激活PKCε-Akt-ERK1/2 信號通路，刺激活化的小膠質細胞釋放促炎癥細胞因子及一氧化氮[20]，同時小膠質細胞P2X4 嘌呤受體 (P2X4R) 上調，釋放腦源性神經營養因子，激活神經元上的TrkB 受體，并下調了K-Cl協同轉運體KCC2，增加神經元內Cl-濃度，引起γ 氨基丁酸能神經元的脫抑制及痛覺敏化[12]。此外小膠質細胞內磷酸化p38 絲裂原活化蛋白激酶(p-p38 MAPK) 通路可能是痛覺敏化的另一機制[21]。通過評估p-p38 MAPK 抑制劑SB 203580 在腹外側中腦導水管周圍灰質內的作用，發現該治療消除了小膠質細胞的激活，減少痛覺敏化，但此作用不存在于星形膠質細胞和神經元中[22]。

概括認為兩種膠質細胞在阿片物質暴露下均出現活動性變化，并誘發了神經元敏化（見圖1），慢性暴露時小膠質細胞活動更加活躍，二者在OIH的發展過程中很可能發生交互作用。由于OIH 與OT 是慢性阿片使用后可能出現的兩種相反的神經元對阿片物質的敏感性變化，諸多研究往往將二者同時討論，但也有研究強調了其結果與OIH 相關卻與OT 不相關，暗示了二者在機制上仍有待細致區分。

圖1 OIH 中可能存在的神經元與膠質細胞間分子交互及相關通路示意圖

二、免疫受體及炎癥因子參與OIH 的相關證據

膠質細胞與其他神經、免疫細胞的信息交互和功能實現離不開細胞表面負載的多種受體位點及內部分子通路。在OIH 的機制討論中，論述較多的包括Toll 樣受體 (Toll like receptor, TLR)，尤其是TLR4、細胞因子、趨化因子等幾大類。TLRs 是一組啟動內源性和適應性免疫通路的識別受體家族，在識別病原分子模式和易化促炎癥細胞因子產生方面發揮著重要作用。細胞因子與趨化因子作為神經元與膠質細胞互動中傳遞信息的重要物質，是強大的神經功能調節劑。隨著研究細化及反復驗證，各因子亞型的作用權重也在不斷變化。

1. Toll 樣受體 (TLRs)

TLR 主要分布在小膠質細胞、三叉神經節和背根神經節的感覺神經元上，最早認為長時間暴露于嗎啡會通過激活中樞神經系統中的先天性免疫受體TLR4 來加劇疼痛。TLR4 是13 個單跨膜受體家族之一，是對阿片刺激做出應答的重要位點[23]。TLR4 是嗎啡誘導的小膠質細胞活化和IL-1β 釋放的主要機制[24]，一旦識別出某種刺激模式，TLR4就會與共受體CD14 和髓樣分化蛋白 (myeloid differentiation protein, MD2) 發生二聚化，并通過包括MyD88 和TRIF 在內的銜接蛋白進行信號傳導，從而使MAPK 和NFκB 磷酸化[25]，促發炎癥介質的產生。目前幾乎每個被臨床篩選的阿片類藥物都可以與TLR4/MD2 異二聚體結合[12]，包括嗎啡的非阿片類代謝物嗎啡-3-葡糖醛酸 (M3G)。阻斷TLR4的活化、TLR4 基因敲除、鞘內注射TLR4 拮抗劑等相應方式均可改善觸摸痛等痛覺敏化[26]。

但有研究對TLR4 激活在OIH 發生發展中的必要性提出了挑戰，認為嗎啡通過TLR4 的活化導致了鎮痛劑耐受和痛覺增敏有待進一步研究。TLR4途徑并非產生OIH 的決定性途徑。系統性低劑量嗎啡誘導的OIH 和敏化啟動與TLR4 及蛋白激酶Cε(PKCε) 相關，而大劑量嗎啡誘導的鎮痛和敏化啟動既不是TLR4 也不是PKCε 依賴性的[23]。長期暴露于阿片類藥物必然導致傷害性感受器上的MORs長時間激活，并誘發自適應，觸發疼痛通路的下游事件發生，導致OT 和OIH，以及小膠質細胞的激活和長時程增強[27]。因此認為TLR4 對于小膠質細胞對嗎啡的應答不是必須的，其他的調控因子如TLR2、TLR5、TLR8 也參與了過程，且TLR2、ATP 受體P2X4、CSF1R 可能在小膠質細胞激活中起到更重要作用[27]。當然這種沖突性結果可能是由于實驗設置不一致，在不同程度上影響TLR4 活性所致，包括實驗動物種系不同、飼養衛生條件不同、阿片給藥策略不同、OIH 界定方法不同等。因此，TLRs 到底以何種形式參與到OT 及OIH 的過程中仍需要進一步深入的分析。

2. 抗炎癥性細胞因子

多種細胞因子可能影響前炎癥介質的產生，在慢性嗎啡作用下，通過TLR4 途徑可誘導IL-1β 的合成，P2X4R 途徑則負責誘導的IL-1β 釋放[24]。小膠質細胞通過促炎和感受性介質的分泌來增強疼痛狀態，常見的包括IL-6、TNF-α[28]及IL-1β，這些介質顯示出可增強疼痛回路中的興奮性突觸傳遞并抑制抑制性突觸傳遞的作用[29]。它們在脊髓內通過激活各自在膠質細胞上的受體，導致進一步抗炎產物釋放（如IL-4、IL-6、IL-10，IL-11、IL-13、IL-18和TGF-β），影響突觸的長時程增強，促進神經元N-甲基-D-天冬氨酸受體的激活，而神經元興奮性改變是OIH 的主要病理機制之一[17]。相應地，IL-1受體拮抗劑IL-1ra（一種針對IL-1、TNF-α 及IL-6的綜合阻斷劑）及抗炎性細胞因子可對OIH 產生預防作用。IL-1ra 可逆轉可待因誘導的痛覺敏化[18]。通過鞘內轉染IL4/IL10 融合蛋白可引起有效而持續的抗痛覺敏化的作用[30]。鞘內注射重組IL-4 可抑制機械性痛覺敏化，并增加脊髓小膠質細胞內pSTAT6 的表達[31]。

3. 趨化因子 (CxCL) 及趨化因子受體 (CxCRs)

CX3CL1 作為脊髓及初級傳入神經元上表達的趨化因子，可通過其小膠質細胞上的CX3CR1 受體引起小膠質細胞的活化，實現神經元到小膠質細胞的信號傳導，而通過鞘內注射單核細胞化學引物蛋白1 (monocyte chemical primer protein, MCP-1) 或CX3CR1 的中和抗體可減少OT 或OIH[32]。此外，表達在脊髓星形膠質細胞上的CCL2 和CXCL1 可與脊髓神經元上相應的受體CCR2 及CXCR2 結合，從而增加興奮性突觸信號的傳遞，實現從星形膠質細胞到神經元的信號轉導增強[33]。CCL3、CCL2、CCL5 及CXCL8 可能通過激活它們各自的G 蛋白偶聯受體降低了MOR 的敏感性，從而改變了MOR的功能。既往有研究認為SDF1/CXCL12-CXCR4 系統可以看作是慢性疼痛的總調控[34]，慢性嗎啡上調了基質衍生因子1 (stroma-derived factor, SDF1)/CXCL12 及CXCR4，通過激活Src 家族激酶趨化因子受體CXCR4 可誘導神經元中的μ 阿片受體異源脫敏，而對CXCR4 的阻斷可逆轉OIH。最近一項研究通過神經損傷模型誘導上述細胞因子在脊髓的高表達并激活兩種膠質細胞，對比發現，并非CCL12，而是趨化因子CCL2 和CCL7 在阿片誘導的麻醉中起到了相對重要的作用，并通過鞘內注射相應的中和抗體增強了嗎啡的鎮痛效果[35]。趨化因子各亞型的作用權重仍需探討。

4. 其他相關的炎癥免疫分子

小膠質細胞表達的ATP 受體也可能參與了OIH，其中嘌呤能P2X4 受體（由胞外ATP 激活的非選擇性陽離子通道）的過表達對痛覺喚起非常重要。嗎啡通過MOR 依賴的P2X4 受體信號系統，在趨化因子受體CCR2 作用下，促使小膠質細胞發生位移，脊髓內P2X4 受體上調，而通過抑制小膠質細胞上P2X4 受體的活性可預防嗎啡耐受。小膠質細胞表達的與疼痛相關的其他ATP 受體亞型還包括P2X7、P2Y6 和P2Y12 等[9]。

脊髓速激肽NK1 受體與OIH 過程中的膠質細胞激活相關。持續性嗎啡使用導致P 物質釋放增加，小膠質細胞和星形膠質細胞也表達有功能活性的速激肽NK 1（P 物質）受體。嗎啡誘導的痛覺敏化可以通過速激肽NK1 受體拮抗劑L-732,138 弱化，說明速激肽NK1 受體系統的激活在OIH 過程中起到一定作用[10]。

在慢性嗎啡灌注下，OIH 還可能與鞘脂類神經酰胺在小鼠脊髓星形膠質細胞和小膠質細胞中的上調相關。神經鞘氨醇-1-磷酸鹽及其G 蛋白偶聯受體表達于脊髓和背根神經節等已知與痛覺加工相關的腦結構中，該鞘磷脂通路目前也被認為是慢性疼痛控制靶點之一[36]。

三、結論

OIH 機制復雜，膠質細胞及相關炎癥免疫機制的研究是目前現有神經元機制的重要補充。大多數現有研究以動物模型為主要研究對象，僅少數試驗探討了人類在體的OIH 現象。概括起來在阿片類物質刺激下，中樞膠質細胞被激活，以星形膠質細胞及小膠質細胞為主要載體，通過結合于表面受體并激活細胞內分子的信號級聯反應，繼而釋放各種促炎癥因子（如細胞因子）及趨化因子，并與神經元突觸前后膜上的相關受體關聯導致神經元-神經膠質回路的敏化。性別因素、阿片類藥物不同種類、情感特征或應對方式等混雜因素也可能影響疼痛傳導的神經-內分泌-免疫網絡，應在未來的研究中嚴格控制潛在干擾因素，并對OIH 的機制進行細化探討。