腦源性神經營養因子在子宮內膜異位癥及其相關疼痛中的研究進展

李金銘，王琳

子宮內膜異位癥（endometriosis，EMs）是由功能性的子宮內膜組織在宮腔外的種植和侵襲性生長所導致的一類慢性進行性炎癥疾病，影響了全球約6%～10%的育齡期女性，與疼痛和不孕密切相關[1]。疼痛是EMs 最主要的臨床特征，常表現為痛經、慢性盆腔痛、性交困難及其他形式的疼痛，嚴重影響了婦女的日常工作和家庭生活，并背負了沉重的經濟和心理包袱。EMs 的患病率和經濟負擔都很高，但其發病機制尤其是導致疼痛的病理生理學過程尚不清楚[2]。然而隨著對EMs 及其相關疼痛研究的不斷深入，越來越多的證據表明EMs 的發生及其相關疼痛是炎癥和神經綜合作用的結果。而腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）作為連接炎癥反應與神經發生的重要橋梁，通過參與炎癥反應、促進細胞黏附和血管生成等多個方面參與EMs 的發生發展，同時在反映軀體疼痛方面也具有高度的敏感性[3]。本文結合國內外研究現狀，對BDNF 在EMs 發病過程中的作用及與EMs 相關疼痛的關系做一綜述。

1 EMs 的發病機制

目前對于EMs 發病機制尚無統一的認識，在眾多的學說中最廣為接受的是桑普森提出的逆行月經理論，該理論認為，月經期脫落的子宮內膜細胞和碎片可逆行通過輸卵管轉運至腹腔內，從而在腹膜表面及盆腔內廣泛種植及生長[1]，EMs 僅在有月經來潮的動物和人類中出現是支持該理論的強有力論點。初潮年齡過早、月經量過多、經期時間長及未生育等作為EMs 發病的危險因素[4]，也從側面支持了月經逆行理論。但是該理論無法解釋將近有90%的女性會出現月經逆行的現象，而只有10%左右患EMs，也無法說明異位的子宮內膜在盆腹腔以外的部位出現[5]。轉移學說認為異位的子宮內膜或組織可以通過淋巴管或血液循環轉移擴散至遠處組織，并進一步增殖和發展，為盆腔外EMs 的發生提供了合理的解釋。雖然月經逆行理論和轉移學說回答了盆腹腔內外病變的存在，但不能闡明全子宮切除術后發生EMs 的機制。有學者進一步提出了子宮內膜干細胞學說，該學說認為EMs 可能由子宮內膜或外源性骨髓干細胞的遷移和植入導致[6]。此外，體腔上皮化生假說提出子宮內膜細胞和組織起源于腹膜和間皮細胞的分化，這可能是苗勒管發育不全患者發生EMs的原因。誘導理論提出因腹膜組織長期受到免疫細胞等各種炎性因子的刺激導致其分化為子宮內膜細胞。EMs 具有明顯的家族聚集傾向，EMs 患者的一級親屬中患病的風險較一般人群增加了10%左右，遺傳因素占EMs 發病風險的51%，目前已發現了14個與EMs 易感性相關的基因組位點[7]。

EMs 病變的發展是一種復雜的病理生理過程，研究發現異位的子宮內膜組織主要是由腺細胞、基質細胞、巨噬細胞、神經和血管等組成[8]，巨噬細胞可與基質細胞相互作用，促進病灶在腹腔的植入和浸潤，同時異位病變可募集大量炎性細胞和免疫細胞，如中性粒細胞、巨噬細胞、肥大細胞和樹突狀細胞等，分泌和釋放白細胞介素（IL）、生長因子和趨化因子等炎癥介質，營造適合異位病灶生長的腹腔炎癥微環境[9]。雌激素是EMs 病變的營養支持因子，與健康女性相比，EMs 患者腹腔液和經血中的雌激素水平較高[10]。雌激素通過結合和激活其受體不僅參與免疫細胞的募集，而且介導異位病變中神經纖維的變化并促進EMs 相關的疼痛[11]。新生血管生成是EMs 的主要特征，主要是通過骨髓衍生的內皮祖細胞（EPC）募集和整合來進行的[12]。可見，EMs 是一種多因素疾病，炎癥、免疫、內分泌和血管生成等都是EMs 病變發展過程中不可缺少的環節。

2 BDNF 的生理學特性及在EMs 中的研究現狀

BDNF 是由德國科學家Barde 等[13]于1982 年從豬腦中分離提純得到的。研究發現，BDNF 是由位于人類第11 號染色體短臂1 區3 帶（11p13）上的BDNF 基因編碼形成的堿性蛋白質，主要由119 個氨基酸殘基組成，在人體內主要以二聚體的形式存在，是神經營養因子（NGF）家族的重要成員，在促進神經元的生長和分化方面發揮重要作用[14]。在人體中，BDNF 有前神經營養因子（pro-BDNF）和成熟神經營養因子（m-BDNF）兩種表達形式，pro-BDNF 可在胞質內通過內切酶或在細胞外基質金屬蛋白酶（MMP）的作用下裂解為m-BDNF[15]。pro-BDNF 優先選擇與營養神經性質的受體即P75 受體結合，而m-BDNF 則選擇性與酪氨酸激酶受體B（tryosine receptor kinase B，TrKb）結合，BDNF 與受體特異性結合后通過激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）和磷脂酶Cλ（PLC-λ）等級聯反應發揮生物學效應[16]。BDNF 作為重要的神經營養因子，不僅在神經元中表達，而且在其他類型的細胞中也有表達，包括內皮細胞、白細胞、血管平滑肌細胞和血小板[17]。在對人類和靈長類動物的研究中發現，BDNF 主要在血小板前體巨核細胞的α 顆粒中合成并儲存[18]，參與多種免疫、炎癥和代謝性疾病的發病機制。

BDNF 是EMs 各種炎癥反應、病理反應形成和維持的調節劑，在Wessels 等[19]進行的前瞻性研究中發現，早期EMs 患者血漿BDNF 水平較正常對照組明顯升高，且經過治療后血漿BDNF 水平明顯降低，這表明BDNF 可能參與了EMs 病變的發生及發展過程，而且有望成為EMs 早期診斷及反映預后的良好生物學標志物。異位內膜在宮腔外存活是EMs 病變發生發展的第一步，BDNF 在慢性雌激素的刺激下可通過激活信號傳導及轉錄激活蛋白3（STAT3）及TrKb 信號通路誘導子宮內膜的增殖[20]，促進在位和異位子宮內膜的生長。此外，異位子宮內膜上皮和間質細胞刺激了大量免疫細胞和炎性細胞因子向腹腔浸潤[8]，炎性細胞因子與TrKb 結合后激活MAPK信號通路，反過來刺激炎癥因子的產生和環氧合酶（COX）的激活，形成積極的前饋反應環，維持異位內膜的存活和增殖，促進EMs 病變的發展[21]。抑制細胞的凋亡在促進異位內膜的生存中也占有重要地位，BDNF 與TrKb 受體結合后，激活MAPK 和PI3K 信號通路，增強蛋白激酶B（AKT）活性，活化抗凋亡蛋白B 細胞淋巴瘤-2（Bcl-2），誘導細胞的增殖并抑制凋亡[21-22]。新生血管的形成是EMs 病變發展和持續所必需的，而BDNF 具備雙重機制來支持血管生成，其一是通過激活內皮細胞上表達的TrKb 受體，釋放促血管生成因子，誘導新生血管生成和重塑[23]；其二是通過招募骨髓源性細胞促進新生血管形成[24]。雖然EMs 是良性病變，但卻具有惡性腫瘤性行為，如增殖、黏附、浸潤和侵襲等特性，近年研究證實，BDNF 及其TrKb 受體在多種腫瘤中表達上調，支持腫瘤的生長、侵襲和轉移過程[25]。洪瑋等[26]研究發現，與EMs 患者在位內膜相比，異位內膜BDNF 及TrKb表達水平顯著增高，且伴隨EMs 分期的增高，異位病灶中BDNF 及TrKb 表達也越來越強。BDNF 及TrKb 的高表達可能更進一步地促使異位病變處細胞的侵襲、增殖及新生血管的構建，以致異位病灶的不斷生成及加重。總之，隨著對BDNF 的各項研究不斷深入，其在EMs 病變進展過程中的作用也逐漸被認識到，但其能否成為EMs 臨床診斷的有效生物標志物需要更進一步的研究。

3 EMs 相關疼痛的研究現狀

EMs 是臨床上相對常見但難以治愈的一類疾病，EMs 相關的疼痛是該病的一大特色，包括痛經、性交困難、慢性盆腔痛、二便困難及其他不典型的疼痛癥狀，有高達70%的慢性盆腔痛女性患有EMs[27]。EMs 相關的疼痛不僅嚴重影響患者日常工作，降低生活質量，因EMs 所承受的經濟壓力就等同于高血壓、糖尿病等慢性疾病[28]。手術和藥物治療是EMs 治療的主要方法，均可在一定程度上緩解EMs 帶來的疼痛癥狀并改善患者的預后，然而部分患者術后疼痛仍持續存在，且長期的藥物治療會引起如不規則出血、體質量增加和更年期癥狀等不良反應。目前已認識到EMs 和疼痛的關系密切，但關于EMs 相關疼痛持續和進展的病理生理學機制尚未明確。

越來越多的證據表明EMs 疼痛是由炎癥和神經等多種因素綜合作用的復雜過程。眾所周知，在EMs 患者異位病變和腹腔液中存在大量炎性細胞因子，如IL-6、腫瘤壞死因子（TNF）和NGF 等炎癥介質，釋放的炎癥介質通過刺激異位病變中的感覺神經纖維可激活傳入神經元的傷害感受器，敏化感覺神經元，觸發疼痛信號的級聯反應從而引起相關疼痛反應[29]。因子宮內膜異位病灶長期受到炎癥因子的刺激，不僅放大了疼痛信號，而且會在大腦中形成異常強烈的疼痛記憶，即便病灶和炎癥消失，而疼痛卻持續存在，這可能是EMs 患者術后疼痛未能緩解的合理解釋。2017 年Ding 等[30]研究發現，由三磷酸腺苷（ATP）門控的嘌呤能受體P2X 配體門控的離子通道3（P2X3）是一種重要的傷害感受器，可在子宮內膜上皮細胞和異位內膜處廣泛表達，主要通過細胞外調節蛋白激酶信號通路參與了EMs 相關疼痛，且其表達強度與EMs 相關疼痛程度呈正相關。此外，研究發現位于非選擇性陽離子通道的瞬時受體電位香草酸1（TRPV1）是主要的傷害性整合因子，在異位內膜中表達上調，激活Ca2+信號通路，促進COX-2 和炎性因子的釋放，導致神經源性炎癥和EMs相關疼痛的持續[31]。前列腺素（PG）作為介導疼痛和傷害感受器的關鍵介質，在COX-2 的誘導下產生，與EMs 相關的疼痛尤其是痛經關系密切，研究發現，EMs 婦女腹腔液中前列腺素E2（PGE2）和PGF2α明顯高于無EMs 的婦女，兩者分別與陰道痛覺過敏和痛經程度有明顯的正相關關系，與在EMs 大鼠模型中的發現類似[32]。已有的對動物和人類的研究均提示異位病變中有大量的新生血管和神經纖維生成，新生血管為異位病灶的生長提供養分，神經纖維則深深地浸潤于異位病變中，促進EMs 的發展并導致疼痛，而神經纖維密度越高，疼痛程度越重[33]。EMs 帶來的疼痛對患者的心理造成了嚴重的傷害，研究發現，伴慢性盆腔痛的EMs 患者患焦慮癥和抑郁癥的風險更高，而高水平的抑郁和焦慮水平反過來會加劇疼痛的嚴重程度并形成惡性循環[34]。大腦長期處于慢性疼痛的刺激下也會發生改變，有研究發現，在長期伴有疼痛的EMs 患者中，其丘腦、殼核和扣帶回等關鍵疼痛調節區域的灰質體積（GMV）明顯減少，且與疼痛程度呈負相關，而在不伴疼痛的EMs患者中沒有發現這種變化[35]。

4 BDNF 與EMs 疼痛的關系

BDNF 是一種分布廣泛的營養神經的蛋白質，不僅分布于外周和中樞神經系統，在女性生殖系統中也發現了BDNF，其除了促進神經元生長、分化和發育的作用外，在疼痛的產生和致敏過程中也發揮著重要的作用。研究發現BDNF 是各種慢性疾病中疼痛形成和維持的重要調節因子，主要從初級傳入纖維釋放，是介導急性疼痛向慢性疼痛過渡及維持的重要因素，與傷害性信號密切相關[36]。傷害性信號可促進興奮性神經遞質BDNF 在脊髓背角的釋放，之后與Trkb 受體相結合，最終導致中樞敏化，而中樞敏化與EMs 相關的慢性盆腔痛及痛經緊密相關，這在病例對照研究和動物實驗也得到了證明[37-38]。一項關于卵巢型EMs 的研究表明，BDNF 及其TrKb 受體在長期雌激素暴露下表達上調，促進異位病灶及神經纖維的生長和維持[39]。在人體和動物異位病變中的神經支配以無髓鞘（C）感覺神經纖維和有髓鞘（Aδ）感覺神經纖維為主，高密度的神經纖維又能刺激炎性因子的釋放，兩者共同作用致使慢性盆腔痛及痛經的發生。Stefani 等[40]對既往的研究進行系統性回顧發現，BDNF 是N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體依賴性神經元可塑性和感覺傳遞途徑中神經元活動的重要調節因子，在伴慢性盆腔痛的EMs 患者中BDNF 表達水平明顯升高，在動物研究中，BDNF 抗體的使用可緩解熱痛覺過敏和機械性痛覺過敏帶來的疼痛。降鈣素基因相關肽（CGRP）是控制炎癥和疼痛的重要傷害性神經遞質，BDNF 可通過其下游信號通路PLC-λ 增加CGRP 神經纖維的數量與密度，使傷害感受器致敏并誘發疼痛發生，在異位病變附近也發現了CGRP 的高表達[41]。BDNF 及其受體除了參與疼痛的發生及維持外，以其為靶點可能也會使疾病得到緩解。BDNF 與TrKb 受體及其下游靶點磷酸-c-AMP-反應元件結合蛋白（p-CREB）參與了傷害性信號的傳遞及慢性疼痛的維持，通過對Wistar大鼠構建的EMs 動物模型研究發現，人參皂甙Rf不僅可以降低EMs 大鼠血清和腹腔液中BDNF 水平，還可下調EMs 大鼠異位內膜種植體中BDNF、TrKb 和p-CREB 的mRNA 表達水平，顯著減少異位病變的體積，減輕炎癥反應和疼痛程度，這表明人參皂甙Rf 可能通過BDNF-TrKb-p-CREB 途徑延緩疾病的進展并緩解EMs 相關疼痛的不適癥狀[42]。

總之，BDNF 的高表達不僅促成了EMs 病變的發展及維持，而且也導致了EMs 相關疼痛的延續及加劇，因疼痛是EMs 最主要的癥狀，當前對于其治療最關鍵的是緩解疾病帶來的痛苦并延緩進展，以BDNF 為靶點來治療EMs 可能是未來研究的重點。

5 結語

盡管對EMs 及其相關疼痛發生的病理生理學過程尚未有清晰的認識，但BDNF 在EMs 的發生發展及其相關疼痛的產生中發揮著關鍵作用，是EMs發病過程中不可缺少的重要部分。EMs 作為臨床上常見且影響廣泛的一類疾病，更重要的是早期的發現、診斷和治療，緩解患者因疾病帶來的痛苦并保存生育能力。BDNF 在EMs 患者血清及組織中的高表達，尤其是在EMs 早期即可發現，可能是未來早期診斷的生物標志物之一。而BDNF 與EMs 相關疼痛的關系密切，通過降低BDNF 表達水平可明顯緩解EMs 患者的疼痛，以BDNF 為靶點可能會有效改善EMs 的癥狀并延緩疾病的進展。但BDNF 在EMs 中的研究尚處于起步階段，未來重點探究BDNF 在EMs 及其相關疼痛中的確切機制，為EMs 的早期精確診治開創新篇章。