神經病理性疼痛動物模型的研究概況

鄧晚秋，阮穎文，郭凱文，胡琪

(武漢科技大學醫學院，武漢 430065)

神經病理性疼痛(neuropathic pain，NPP)是臨床上最常見、最頑固、最難治的一種由軀體感覺神經系統損傷或疾病直接導致的慢性疼痛，自發性疼痛及痛覺超敏是主要的臨床病理特征。人類與動物模型在神經源性疼痛發生時的痛覺表現及病理變化上具有相似性。疼痛動物模型作為人類疼痛的輔助研究工具，已廣泛應用于醫學基礎與臨床研究。對人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)相關NPP動物模型的研究發現，gp120通過誘發關鍵信號蛋白Wnt5a引起小鼠HIV相關周圍神經性病變(HIV-assiciated sensory neuropathy，HIV-SN)急慢性疼痛[1]；在顱腦損傷模型中發現腺苷三磷酸二鈉氯化鎂可促進抗炎因子的表達，降低腦組織含水量，以起到緩解NPP的作用[2]；此外，NPP動物模型還廣泛應用于糖尿病性神經痛、皰疹后神經痛以及脊髓損傷后中樞性疼痛等的研究。NPP動物模型研究的不斷發展有助于理解疾病發生發展機制以及藥物作用特點，由于NPP病因復雜且發病機制目前尚未完全明確，且患者臨床表現的個體差異較大、傳統藥物療效不佳，NPP仍是醫學領域研究的重點。現對NPP研究中常見動物模型的制備方法、特點及動物模型選擇的相關影響因素予以綜述，以期為研究NPP發病機制和篩選干預策略的動物模型提供參考。

1 中樞神經疼痛模型

國際疼痛學會將中樞性疼痛定義為由中樞神經系統病變或功能失調所引起的疼痛。相關研究發現，調神抑痛針刺法有助于改善腦卒中后中樞性疼痛患者的癥狀，并在炎癥反應消退及運動功能恢復方面起積極作用[3-4]。

1.1腦部損傷模型 腦部損傷型NPP模型相對較少，Wassermen和Koeberle[5]首次構建了中樞性腦卒中后疼痛丘腦痛動物模型。楊菲[6]通過經大鼠背側丘腦腹后外側核立體定位注射Ⅳ型膠原酶構建腦出血性腦卒中后疼痛模型發現，丘腦內出血部位與疼痛發生具有相關性。丘腦卒中后疼痛大鼠模型的構建有助于丘腦綜合征的神經病理學和生理學的研究以及中樞性腦卒中后疼痛治療方法的開發。通過線栓法建立大鼠大腦中動脈阻斷模型發現，腺苷三磷酸二鈉氯化鎂可通過一系列炎癥機制減輕腦水腫，進而緩解NPP[2]。構建腦部損傷型動物模型對于理解顱腦損傷的發生機制與探索相應的功能恢復手段具有重要意義。

1.2脊髓損傷(spina cord injury，SCI)模型 SCI易致高位截癱和神經元變性壞死等嚴重后果[7]，現已較少應用。目前常見SCI-NPP模型有重物墜落或挫傷NPP模型、脊髓壓迫損傷模型、光化學SCI模型等。

1.2.1常見SCI模型 Allen[8]于1911年開創了SCI的標準化實驗研究，利用重物墜落法制作重物墜落或挫傷NPP模型，具有可操作性強、成本較低的優點，并可保持硬脊膜完整，模擬人類SCI變化規律及病理生理相關改變，故可應用于SCI后中樞性神經痛機制的相關研究。但常導致肢端嚴重壞疽和截癱，因此很多研究者對此方法進行改良，Marcol等[9]利用氣槍原理精確調節高壓下氣流，使脊髓白質產生部分損傷，這種方法創傷小，不需要切除椎骨。劉楊等[7]自制改良落體法打擊裝置，在咬除部分T12～L4棘突和椎板、暴露硬脊膜的基礎上，以玻璃導管引導撞針以及特定沖擊速度的前提下造成不同程度的大鼠脊髓挫傷。以上兩種方法目標準確、受力均勻、可選擇打擊參數，所制作的實驗模型可廣泛應用于SCI-NPP的研究。采用改良Allen氏重物墜落法研究發現，褪黑素可以減輕SCI大鼠的炎癥反應和氧化應激反應[10]。

脊髓壓迫損傷模型應用較為廣泛，其原理是通過壓力損傷脊髓組織及其血供誘導SCI，其中以鉗夾和球囊壓迫最為常見。鉗夾壓迫損傷模型將暴露的脊髓通過特制鉗夾垂直夾持造成SCI。通過調整鉗夾力、鉗夾時間以及在動脈夾內側壁放置墊片等方法改良傳統的鉗夾壓迫法，使操作簡便并具有穩定的可重復性[11-12]。球囊壓迫損傷模型[13]通過向椎管和硬膜外椎板下的球囊充氣，造成脊髓壓迫損傷，壓力大小和壓迫時間長短決定了SCI的程度。脊髓壓迫損傷模型可用于模擬臨床椎管內腫瘤、出血及增生等占位性病變和動脈狹窄類疾病所致NPP的治療研究。

Watson等[14]最早將光化學法用于大鼠腦梗死模型，建立了光化學SCI模型。該造模方法是將光敏染料(玫瑰紅)注入目標椎體節段的靜脈，以離子激光照射激發光敏染料，從而使脊髓脈管閉塞和局部軟組織損傷，導致脊髓缺血，可用于模擬缺血性SCI所致的NPP研究。光化學法具有可重復性高、對動物損傷小、操作簡便和可控性良好等優點，故應用日漸廣泛。SCI模型造模成功后，通過大鼠的BBB(Basso-Beattie-Bresnahan)評分和聯合行為評分評價SCI后模型的運動功能相關障礙，以輔助相關研究。

1.2.2其他常用于NPP研究的SCI模型 脊髓牽拉損傷模型是通過外力牽拉脊髓，造成脊髓位置變化，可較好地從臨床角度下模仿SCI的受傷條件和致傷機制，但存在個體差異性較大、無法量化牽拉比率等缺陷，限制了其應用。脊髓缺血再灌流損傷模型[15]可用于臨床脊髓缺血再灌注的病理生理學變化機制和相關藥物治療方面的輔助研究。郭曉輝等[16]通過建立大鼠脊髓缺血再灌注損傷模型研究發現，川芎嗪對大鼠神經細胞自噬有調節作用，并對神經細胞有保護作用。丁煌等[17]通過制作大鼠脊髓缺血再灌注損傷模型探討冰片、黃芪甲苷和三七總皂苷配伍對腦缺血再灌注后血腦屏障通透性的影響，結果顯示，3種藥物對腦缺血再灌注后血腦屏障通透性的增加均有一定程度的抑制作用，均可減輕腦水腫，減少腦組織損傷，且三者聯用時效應增強。SCI模型還包括興奮毒性SCI模型，通過在實驗動物脊髓內、鞘內或腹腔內注射興奮性毒性物質(如使君子氨酸[18])構建模型，研究結果表明該動物模型自發痛和誘發痛所導致的相關行為在形態學上有一定關聯。

目前文獻報道的中樞疼痛模型大多以SCI為基礎，外傷性或缺血性SCI常發生自發性或誘發性的疼痛。理想的SCI模型應具有可操作性、臨床相似性、可重復性、可調控性和經濟實用性的特點。

2 周圍神經損傷模型

周圍神經損傷模型主要通過損傷和壓迫脊神經和坐骨神經等構建，可較大程度地產生持續性疼痛，因此得到廣泛應用。周圍神經損傷導致其神經支配區域出現運動障礙、感覺障礙、反射障礙和自主神經功能障礙，同時還可誘發痛覺過敏、異常性疼痛和痛覺過敏等NPP。在臨床上，外傷、疾病因素以及自身免疫因素可導致周圍神經損傷，其是臨床治療和康復治療急需解決的問題。目前較常見的周圍神經損傷模型主要有結扎損傷模型、神經瘤模型、冷凍松解損傷模型及背根節慢性壓迫模型等。

2.1結扎損傷模型 Bennett和Xie[19]報道了一種由外周單一神經損傷導致的動物疼痛模型，通過將成年大鼠坐骨神經主干周圍寬松結扎，造成周圍性單神經病變，該實驗大鼠術后產生痛覺過敏、痛覺超敏和自發性疼痛(或感覺障礙)，形成坐骨神經慢性壓迫損傷(chronic constriction injury of sciatic nerve，CCI)模型。CCI模型接近人類NPP疾病，根據結扎力度可較好地模仿臨床上不同程度的腫瘤壓迫、神經壓迫、重金屬中毒等原因所致的NPP。Kimura等[20]通過建立CCI模型研究發現，豐富的環境可改善大鼠疼痛行為。劉宇等[21]的研究顯示，塞來昔布可能通過下調磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路減輕CCI大鼠模型的疼痛。CCI模型采用寬松結扎術，難以保持結扎力度的同質性，故重復性不佳，易造成實驗誤差，因此該造模方法有待進一步改良。

結扎部分坐骨神經 (partial sciatic nerve ligation，PSNL) 模型由Seltzer[22]首次報道，該模型對部分坐骨神經進行鈍性分離并深度結扎，術后數小時至數月內，大鼠出現同側后肢的保護及舔足行為，提示出現自發性疼痛，von Frey測試顯示大鼠產生痛覺異常及機械性痛覺過敏現象，同時出現熱痛覺過敏，甚至“鏡像”疼痛等現象。PSNL模型可有效避免個體差異，但操作復雜、手術創傷較大，不利于大批量操作。PSNL模型和CCI模型均能產生持續有效的慢性疼痛，CCI模型對疼痛更敏感，而PSNL模型的疼痛持續時間更長。

坐骨神經分支選擇性損傷模型[23]是通過分別雙重結扎坐骨神經的分支脛神經和腓總神經、切斷雙重結扎的中央處建立，術中腓腸神經保持完整，術后24 h大鼠腓腸神經支配側出現疼痛過敏和超敏等現象，術后2周上述異常反應達高峰，可持續6個月以上，此模型動物表現出的疼痛癥狀與臨床NPP患者有相同點，該模型具有操作簡單、重復性好、個體差異小等優點。Boccella等[24]將此模型應用于研究NPP發生機制及探討相應的治療方法。陳曦等[25]通過建立坐骨神經分支選擇性損傷大鼠模型發現，A型肉毒毒素可調控Nav1.3鈉通道蛋白表達，影響功能性河豚毒素敏感型鈉電流，從而發揮改善NPP的作用。

L5/L6脊神經結扎模型由Ho Kim和Mo Chung[26]首次報道，通過暴露并結扎L5和L6神經根造模，造模成功后可出現痛覺異常和痛覺過敏等現象，并可持續4個月以上。脊神經結扎模型損傷定量和脊髓節段定位明確，有助于研究受損和未受損的神經纖維在疼痛發生中的作用；此外，該模型具有可重復性高的特點，有利于研究脊髓疼痛產生的部位。有學者通過脊神經結扎法建立NPP模型發現，A1型星形膠質細胞可能參與NPP的發生發展[27]，且電針通過調節脊髓背角中相關突觸蛋白的表達參與興奮性突觸重構，從而起到鎮痛作用[28]。與CCI模型相比,脊神經結扎模型手術操作相對復雜、動物損傷較大、術后感染率高[29]。由于結扎損傷模型種類繁多，選擇模型時應考慮與人類NPP疾病的相似性、實驗室條件、實驗可操作性及模型重復性等因素，以減少實驗誤差。

2.2其他周圍神經損傷模型 其他用于NPP研究的周圍神經損傷模型還包括背根節慢性壓迫模型、神經瘤模型和冷凍松解損傷模型等。神經瘤模型[30]造模時需將大鼠的坐骨神經干暴露并結扎，在結扎遠端完全切開神經干，因切斷的軸突會形成神經瘤而得名，在臨床上與截肢后的相關幻肢痛有一定相似性，實驗動物通常在術后9～40 d出現舔、撓或咬足趾和自噬等自發痛行為[31]。冷凍松解損傷模型[32]是將冷凍松解術方法用于制作NPP模型，造模時坐骨神經干被-60 ℃冰凍探頭接觸而損傷，此模型較適用于臨床上外周神經暫時性損傷引起的相關神經痛的研究。背根節慢性壓迫模型[33-34]是臨床研究常見的慢性腰腿痛的理想模型，建模時將一根細鋼柱植入大鼠一側腰椎間孔，以模擬腰椎間孔狹窄，術后第2天實驗大鼠出現疼痛癥狀，但不出現傷側肢體自噬現象。背根節慢性壓迫模型保留了初級神經纖維的傳入與傳出功能，但該模型制作難度大，且需要分離椎旁軟組織并暴露椎間孔，故易致感染[35]。因此，造模時應考慮實驗動物模型的適用范圍，并結合人類NPP相關疾病的特點建立有效的理想實驗動物模型。

3 疾病所致的NPP模型

3.1糖尿病性神經痛(diabetic neuropathic pain，DNP)模型與皰疹后神經痛(postherpetic neuralgia，PHN)模型 DNP模型通過向生長狀況相似SD大鼠腹腔注射適量的鏈脲佐菌素制備[36-37]，該模型制作簡便、成功率高且較穩定，同時DNP相關的自發性疼痛、異常性疼痛和痛覺過敏等外周神經病變確切。有研究通過構建DNP模型探索大鼠認知功能障礙與大鼠海馬內源性硫化氫變化間關系，結果顯示，DNP大鼠認知功能損傷嚴重程度與時間呈正相關，并與海馬神經細胞的凋亡及內源性硫化氫減少密切相關[38]。李國松等[39]采用Ⅰ型單純皰疹病毒制作PHN模型發現，在脛骨局部處用微量加樣器皮下接種注射可成功誘導小鼠PHN模型，且該模型更接近疾病發展規律。劉潤澤等[40]通過接種Ⅰ型單純皰疹病毒誘導三叉神經節潛伏感染和再激活動物模型發現，三叉神經節型單純皰疹病毒潛伏感染再激活可誘發三叉神經痛閾降低，提示其可能是三叉神經痛的病因。DNP及PHN嚴重影響糖尿病和皰疹患者的生活質量，相關動物模型的建立有利于探討NPP的發生機制，并可為新藥的開發提供理論依據，為NPP的治療提供參考方案。

3.2HIV引發的NPP相關動物模型 Shi等[41]經鞘內注射HIV表面gp120糖蛋白分子構建小鼠疼痛模型，進而對HIV感染引發的NPP進行研究，證實gp120糖蛋白分子是引起小鼠HIV-SN急慢性疼痛的關鍵致痛因子，而Wnt5a是HIV/gp120誘發NPP的關鍵信號蛋白。另有研究證實，重復使用阿片類鎮痛藥會導致HIV-SN慢性疼痛狀態加劇[42]，故認為Wnt5a是HIV-SN所致急慢性疼痛的關鍵通路和治療靶點。而用于治療HIV感染的高效抗反轉錄病毒療法常用藥物中的核苷逆轉錄酶抑制劑可能通過誘導Wnt5a調節的神經炎癥導致患者的慢性疼痛[1]。HIV-SN是HIV感染常見的一種慢性并發癥，其神經病理學機制至今仍不明確，嚴重制約了HIV-SN所致NPP“對因”治療藥物的研發。以上動物模型對于尋找HIV相關NPP產生的關鍵通路和治療靶點具有重要作用。

3.3化療藥物所致周圍神經病變模型 部分化療藥物具有神經毒性作用，在腫瘤治療過程中易誘發周圍NPP。目前已有研究使用抗腫瘤化療藥長春新堿、順鉑[43]等進行實驗動物尾靜脈或腹腔注射制備周圍神經病變模型。付寶軍等[44]利用長春新堿誘導化療痛模型發現，丹參酮ⅡA對維持期痛覺過敏有抑制作用，其機制可能與抑制脊髓星形膠質細胞活化，進而減少炎癥細胞因子腫瘤壞死因子-α以及白細胞介素-6的表達相關。紫杉醇常用于構建周圍神經病變模型。對紫杉醇誘導的周圍神經病變模型的研究發現，低頻電針能顯著下調大鼠背根神經節中由紫杉醇導致的瞬時感受器電位香草酸受體1型的過表達，且該作用極可能參與紫杉醇誘發的大鼠周圍神經痛的機制[45]。在紫杉醇和奧沙利鉑制作NPP模型的代謝組學實驗中顯示，磷酸戊糖途徑、谷氨酸和谷氨酰胺途徑在上述兩種藥物所致NPP中起決定性作用[46]。化療藥物所致神經痛持續時間長，甚至治療結束后仍然存在，因此通過研究使用化療藥物制備的動物模型，有助于提出針對臨床化療藥物所致神經痛的治療策略。

4 NPP動物模型選擇的影響因素

臨床上，多種NPP的發生機制不同，建立不同的NPP動物模型有助于獲得有針對性的NPP有效治療策略，并有助于對其造模機制、原理及方法進行深入研究與分析。疼痛包括兩個層面，即痛的感覺分辨和痛的情緒反應。感覺分辨指感受刺激的性質、強度、位置等；情緒反應是指痛的情緒、情感特性以及負性情緒，包括傷害性刺激所引發的厭惡、焦慮、恐懼等[47]。Seo等[48]研究發現，NPP實驗動物常伴有海馬神經元生發減少，而神經元生發減少常與抑郁焦慮等負性情緒改變相關。雖然痛的感覺分辨和痛的情緒反應不同，但多數學者認為痛的情緒的產生與慢性NPP有關，因此痛感覺和痛情緒的臨床表現很難鑒別，給動物模型的建立帶來了諸多困難[49-50]。有研究發現，抑郁樣行為或焦慮樣行為一般出現在疼痛4～8周后，說明情緒障礙的出現與神經病變的時間有關[51]，且抑郁樣情緒的出現晚于焦慮樣情緒[52]。另有研究發現，左側肢體NPP模型更易產生焦慮樣情緒，但目前其相關病理機制尚不清楚，其原因可能是雙側大腦控制情緒的功能具有不對稱性[53]。Norman等[54]的研究發現，右側肢體NPP模型較易產生抑郁樣行為。此外，老年大鼠的焦慮樣情緒較幼年及青中年大鼠更明顯，故選擇老年大鼠更有益于實驗觀察[55]。因此，在選擇動物模型時，應考慮以上各種因素的綜合影響，以減少實驗誤差，確保實驗結果的準確性。

5 小 結

目前用于NPP研究的動物模型多種多樣。但動物與人體存在本質區別，且構建NPP動物模型時往往存在研究因素單一及病程簡單等局限性，而人類NPP往往是多種影響因素共同作用的結果，因此全面反映NPP確切內在機制的NPP動物模型的制備還有待進一步探索。此外，在制備NPP動物模型時還應綜合考慮實驗動物的種類、情緒、年齡等因素的影響。未來，NPP動物模型的研究還有極大的發展空間，以制備出重復性更高、更加接近人類NPP發生機制及臨床狀態的優化NPP動物模型。