牙髓炎疼痛分子機制的研究進展

徐敏 綜述肖智，張躍蓉 審校

遵義醫科大學，貴州遵義563000

疼痛是機體在遭受到某些傷害刺激后產生的一種不愉快的防御性反應，其臨床表現除表現為身體上的不適外，還常常伴有焦慮、抑郁等。口腔科常見的引起口腔頜面部疼痛的疾病有：牙髓炎、三叉神經痛、頜面部良惡性腫瘤、顳下頜關節紊亂等[1]，其中尤以牙髓炎引起的疼痛最為常見。當牙體硬組織因齲病、牙齒發育異常、牙外傷等遭受破壞時，細菌可進入髓腔感染牙髓；此外，重度牙周炎時，牙體周圍牙槽骨吸收破壞，部分牙周袋深度可達根尖部，細菌經牙周袋進入根尖組織，通過根尖孔及各細小根管侵入髓腔引起牙周牙髓聯合病變。

牙髓組織中豐富的感覺神經纖維主要受三叉神經初級神經元支配，該神經與血管伴行經根尖孔遍布于整個牙髓腔，與周圍疏松結締組織共同構成牙髓，因此有學者認為，牙髓炎癥是神經炎性疾病[2]。牙髓組織位于牙髓腔內，當牙髓受到感染時，滲出物引流不暢，牙髓腔內壓力很快增高，患者可表現為劇烈的疼痛。其機制除細胞損傷釋放致痛因子刺激感覺神經元引起疼痛外，常見的還有流體動力學說，當牙髓炎患牙遇到冷熱刺激引起髓腔內壓力變化時，牙本質小管內流體運動刺激牙本質附近的神經末梢，將沖動傳導至初級神經元，后經過三叉神經傳入纖維，投射至丘腦腹后內側核，由中樞神經系統對信息進行整合從而產生疼痛信號。牙髓炎疼痛的產生是一個由多因素構成的復雜過程，其具體機制尚不明確，因此研究牙髓炎疼痛中涉及的分子機制，有助于各研究人員從疼痛傳導路徑出發，通過對疼痛傳導過程進行干預，尋找出有效的緩解牙髓炎疼痛的方法。近年來，有大量學者嘗試各種方式建立大鼠牙髓炎模型，利用HE染色法、血清學檢測等方法進行檢驗，證實了牙髓暴露法、脂多糖內毒素致炎法制造牙髓炎動物模型的可行性，為牙髓炎疼痛研究創造了條件[3-4]。本文針對牙髓炎疼痛查閱了相關文獻，從疼痛傳導的牙髓神經、三叉神經節、腦干及丘腦腹后內側核三個傳導階段，對牙髓炎疼痛相關分子機制進行總結，為尋找更多的潛在治療靶點以及研發針對牙髓炎疼痛的特異性新型、高效、副作用少的止痛藥物提供思路。

1 牙髓組織中

1.1 腫瘤壞死因子-α(TNF-α)TNF-α是一種多效細胞因子，由單核巨噬細胞分泌產生，TNF-α通過促進白細胞的募集，誘導血管舒張和刺激促炎細胞因子的產生參與炎癥的形成和維持[5]。除促進炎癥外，TNF-α還可以直接刺激感覺神經元，以增加感覺神經對疼痛的敏感性[6-7]。PEZELJ-RIBARIC等[8]收集60例不同癥狀的牙髓炎患者牙髓組織，包括健康牙髓、無癥狀不可逆性牙髓炎牙髓組織和有癥狀不可逆性牙髓炎牙髓組織。應用酶聯免疫吸附測定法檢測各組牙髓組織中TNF-α濃度，結果顯示所有牙髓組織中均可見TNF-α表達，但尤以不可逆性有癥狀牙髓炎組TNF-α濃度最高，且隨著牙髓炎癥的發展TNF-α濃度逐漸下降。而在不可逆無癥狀牙髓炎組中發現TNF-α濃度最低，由此推測TNF-α濃度下降是不可逆炎癥進展為全組織壞死的一個節點，籍此提出TNF-α可作為實驗室判定牙髓炎程度的生物標志物。KOKKAS等[9]檢測出牙髓炎患者牙髓組織中TNF-α表達水平與疼痛嚴重程度呈正相關；而BOETTGER等[10]也在大鼠傷害性神經元上檢測到TNF受體(tumor necrosis factor receptors，TNFR)TNFR1和TNFR2并發現TNF-α阻滯劑的應用可顯著降低炎癥引起的疼痛感受，進一步證實了TNF-α參與炎癥疼痛傳導。HALL等[11]為研究TNF-α表達與牙髓炎之間的關系，培育了一種條件性過 表 達TNF-α的 轉 基 因 小 鼠 模 型(TNF-αglo)，TNF-αglo小鼠的牙髓中可顯示出類似于牙髓炎的炎癥，通過疼痛行為學測試，發現TNF-αglo小鼠較正常對照組小鼠相比需更長時間完成啃咬測試，更進一步證實了TNF-α與牙髓炎疼痛相關。

1.2 白細胞介素-1(IL-1)IL-1是一種促炎細胞因子，有IL-1α和IL-1β兩種存在形式。以往的研究認為，IL-1β是炎性疼痛傳導的介質，并通過與1型白介素受體(type 1 interleukin receptor，IL-1RI)結合參與疼痛信號傳導[12]。核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3炎性小體可促進IL-1β的成熟活化，參與牙髓炎癥反應[13-14]。BLETSA等[15]采用免疫組織化學法檢測牙髓炎大鼠牙髓組織及三叉神經節中IL-1RI的免疫反應性，在感覺、交感神經纖維以及牙髓的血管上發現IL-1RI，它也定位于三叉神經節中的感覺神經元和軸突；與對側正常牙齒組織及三叉神經節比較，患側牙髓組織及三叉神經節中IL-1RI的表達顯著增加，提示IL-1RI參與了牙髓炎癥反應并介導了交感神經痛覺過敏，IL-1對牙髓和三叉神經節神經元感覺神經的直接作用，可能是炎癥性痛覺過敏的另一種機制。

1.3 促腎上腺皮質激素釋放因子受體(CRF)CRF是一種是重要的生理調節劑，在調節體內平衡中起著多樣化的作用，可調節內分泌、自主神經、行為活動以及一系列外周活動以應對壓力[16]。自CRF發現以來，CRF受體(corticotropin releasing factor receptor，CRF-R)的兩種受體亞型CRF-R1和CRF-R2在中樞神經系統以及皮膚外周和血管中的存在已經得到證實，CRF-R1和CRF-R2可能依賴于阿片受體和糖皮質激素受體在中腦導水周圍灰質中反應產生鎮痛作用[17]。UHRICH等[18]提取正常恒磨牙和有癥狀不可逆性牙髓炎恒磨牙牙髓組織，采用免疫組化及免疫熒光印跡法檢測，發現有癥狀的牙髓組織中出現更高的CRF-R2表達，結合CFR的生理調節劑的特性，可推論內源性CRF的釋放對牙髓炎疼痛起到一定的鎮痛作用，一些患有不可逆性牙髓炎的患者疼痛癥狀緩解也可能是受此影響。因此，CRF-R激動劑的應用可能是緩解牙髓炎疼痛的可行策略。

2 三叉神經節

2.1 Toll樣受體4(oll-like receptor，TLR4)及電壓門控鈉離子通道1.7(Nav1.7)TLR4是先天免疫系統的重要跨膜識別受體，在初級感覺神經元中廣泛分布，以感知外源性病原體相關分子模式和內源性危險相關分子模式并激活感覺神經元引起疼痛[19-20]，這在炎癥性疼痛、神經性疼痛和其他疼痛相關模型中得到充分證明[21-22]。有研究發現，牙髓組織中TLR4可由與炎癥相關的高遷移率族蛋白1刺激產生[23-24]，TLR4激活后通過上調Nav1.7的表達參與大鼠慢性疼痛的形成[25]。SUN等[26]在牙髓炎大鼠三叉神經中發現Nav1.7和細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)的表達較高，且應用Nav1.7抑制劑可抑制ERK表達，同時可減緩疼痛過敏反應，證明Nav1.7可通過誘導ERK的表達在牙髓炎疼痛中發揮作用。LIN等[27]在建立了急性牙髓炎大鼠模型基礎上通過牙髓組織學和細胞因子檢測驗證急性牙髓炎的病程進展，結合縮頭反射閾值測量和曠場測試評估傷害性反應的行為，探討TLR4在急性牙髓炎大鼠牙髓組織及三叉神經節中的表達和信號傳導，觀察TLR4拮抗劑對疼痛反應的翻轉作用，發現牙髓炎大鼠三叉神經節中TLR4的表達顯著上調，且在應用TLR4拮抗劑阻斷TLR4信號通路后，傷害性反應被顯著抑制。該實驗結果也驗證了TLR4在牙髓炎疼痛中的調控作用；除調控疼痛外，TLR4信號通路也可參與大鼠牙髓炎癥發展[28]，TLR4通過上調Nav1.7誘導ERK表達可能是其參與牙髓炎疼痛的機制之一。

2.2 衛星膠質細胞(satellite glial cells，SGCs)及趨化因子CX3CL1 SGCs是一種外周神經膠質細胞，具有星形膠質細胞及小膠質細胞的特性，分布于神經元胞體周圍，與神經元共同參與信號傳導。趨化因子CX3CL1及其受體CX3CR1是常表達于SGCs與神經元胞體中的一類與機體防御反應相關的小分子蛋白質。當神經損傷時，神經元釋放CX3CR1與SGCs上趨化因子CX3CL1結合，激活SGCs并釋放TNF-α、IL-1β、前列腺素等致痛物質，參與神經性及炎性疼痛的形成與維持[29-30]。膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)是星型膠質細胞和SGCs活化的特異性標記物，神經損傷及炎癥均可引起衛星膠質細胞的活化，導致GFAP的表達增加[31]。王海棠等[32]和張麗麗等[33]采用相同方式建立大鼠牙髓炎模型(均由完全弗氏佐劑CFA誘導)，以三叉神經節為檢測位點，前者檢測大鼠牙髓炎進展過程中三叉神經節GFAP的動態表達，后者檢測牙髓炎進展過程中趨化因子CX3CL1及其受體CX3CR1的動態表達。結果顯示，建模后24 h，病變側大鼠三叉神經節內可見GFAP免疫陽性細胞表達顯著增加，在72 h后逐漸下降，這與CX3CR1在三叉神經節中的表達趨勢一致；CX3CR1表達減少使其與趨化因子CX3CL1結合率降低，SGCs活化率減少可能是GFAP表達水平逐漸下降的原因，提示CX3CR1與CX3CL1結合可能是SGCs活化的關鍵。而近期研究表明CFA誘導的牙髓炎大鼠三叉神經中SGCs活化的同時還伴有曠場活動的明顯降低[34]，且應用神經膠質抑制劑及趨化因子CX3CL1抗體均可有效抑制SGCs的活性，緩解實驗動物的疼痛感受[35]，提示三叉神經系統可能通過調節CX3CL1與CX3CR1的表達，控制SGCs活化來參與牙髓炎疼痛的發生和發展。

3 腦干及丘腦中

3.1 c-Fos蛋白c-Fos蛋白是一類常表達于神經系統的原癌基因，外周傷害刺激可激活神經元內c-Fos蛋白，廣泛參與細胞增殖及凋亡，是神經疼痛的標志[36-37]。早期研究表明，牙髓機械刺激可激活大鼠三叉神經尾核和中腦導水管周圍灰質中c-Fos蛋白[38]，三叉神經脊束核中c-Fos的表達與牙髓炎進展成時間依賴性，在牙髓炎形成24 h時表達最為顯著，即在急性炎癥期表達最高[39]。CHA等[40]為驗證c-Fos蛋白參與大鼠牙髓炎周圍及中樞神經疼痛傳導，應用免疫組織化學標記牙髓炎大鼠三叉神經節及腦干中c-Fos陽性神經元，記錄各組大鼠面部修整行為用以評估大鼠疼痛反應，發現牙髓炎組大鼠三叉神經節及三叉神經脊束核尾側亞核c-Fos陽性神經元明顯高于對照組，且與面部修整時間成正比，進一步證明了牙髓炎疼痛時，三叉神經節及腦干中c-Fos蛋白激活參與了牙髓炎疼痛致敏。

3.2 P2X7受體(P2X7R)三磷酸腺苷(adenosine 5'-triphosphate，ATP)是一種快速興奮的、能參與多種疼痛信號傳導的神經遞質[41]，其受體P2X廣泛分布于與疼痛信號傳遞相關的各級神經細胞中，與配體ATP結合后能引起細胞Na+、Ca2+內流、K+外流，產生一系列生理或病理變化，介導傳入神經元中的傷害感受[42]，在疼痛致敏、傳導和調制過程中，ATP和P2X受體發揮著重要作用[43-44]。目前已在哺乳類動物和其他脊椎動物中發現P2X1-7共7種亞型。其中P2X7受體(P2X7 receptor，P2X7R)在炎癥、慢性疼痛、神經系統性疾病等病理機制中發揮重要作用[45-46]，在多種病理狀態下表達均有上調[47]，和P2X受體家族其他成員的作用方式相似，高濃度的ATP可激活P2X7R調控非選擇性陽通道，引起K+、Na+及Ca2+通道的通透性改變，并誘導IL-1β、IL-6及TNF-α生成和釋放，參與炎性疾病的發病過程。近年來研究表明，阻斷體內P2X7R可顯著降低炎性疾病動物的疼痛感受[48]，證實了P2X7R在炎性疼痛中的重要作用。陳霞等[49]研究發現，急性牙髓炎能誘導大鼠三叉神經脊束核及丘腦中P2X7R表達增高；姜威等[50]研究發現中、重度牙髓炎組患者牙髓成牙本質細胞中P2X7R蛋白表達顯著高于健康牙髓，且P2X7R蛋白表達量與患者的血清中IL-1β、IL-6表達成正比；但P2X7R激活是否與牙髓炎疼痛直接相關目前尚不明確，P2X7R激活在牙髓炎疼痛中的作用將成為近年來一個新的研究方向。

4 小結

牙髓炎疼痛的形成及維持是一個復雜的、多種機制綜合作用的結果。上述內容回顧了既往研究的與牙髓炎疼痛相關的細胞因子及信號通路，其中，牙髓組織中，TNF-α及IL-1的表達與牙髓炎疼痛水平成正相關；而促腎上腺皮質激素釋放因子受體不參與牙髓炎疼痛傳導，但其激活可對牙髓炎疼痛有一定的緩解作用。在三叉神經脊束核中，TLR4、Nav1.7、SGCs、趨化因子CX3CL1及受體CX3CR1的表達與牙髓炎疼痛程度呈顯著正相關，其中TLR4可能是通過上調Nav1.7的表達參與牙髓炎疼痛致敏；而趨化因子CX3CL1常依賴于SGCs的活化及TNF-α、IL-1等致痛因子的釋放間接參與神經病理性疼痛的維持，牙髓炎作為一種神經炎性疾病，趨化因子CX3CL1、CX3CR1、SGCs、TNF-α及IL-1的協同作用可能是牙髓炎疼痛機制之一。在腦干及丘腦等中樞神經調控區域，三叉神經脊束核尾側亞核淺層神經元可見c-Fos蛋白表達與牙髓炎疼痛成正相關；而目前研究已發現牙髓炎大鼠牙髓組織、三叉神經脊束核及丘腦中P2X7R的表達均高于正常水平，結合P2X7R介導傷害感受的特性，可推測P2X7R激活可能參與了牙髓炎疼痛過敏，但還需實驗加以證明，其中涉及的具體機制也有待進一步研究。明確牙髓炎疼痛所涉及的分子機制有利于各學者從新的層面認識牙髓炎，有針對性的進行研究，為未來開發治療牙髓炎疼痛的靶向藥物提供了新的思路。