星形膠質細胞縫隙連接蛋白43在痛覺敏化中作用機制研究進展

趙 丹，魏碧玉，高明龍 綜述 馬亞群 審校

神經病理性疼痛(neuropathic pain，NPP)是由于神經系統原發性損害或者功能障礙所引起的疼痛，臨床上主要表現為痛覺過敏，引起的痛覺過敏的機制包括脊髓中樞敏化、脊髓膠質細胞活化、炎性介質的作用等。

探索疼痛形成及敏化機制、尋找疼痛治療新靶點一直是疼痛專業研究的熱點。脊髓作為疼痛信號整合的初級中樞，在疼痛形成及敏化發生過程中的作用毋容置疑。膠質細胞—星形膠質細胞通過縫隙連接蛋白(connexin, Cx)相互勾連形成網絡，使得細胞間能夠進行各種分子物質及信息交換，尤其縫隙連接蛋白43(connexin protein 43, Cx43)表達的多少直接決定細胞間信息交換的效率與程度[1]。而Cx43作為中樞神經系統中最主要的縫隙連接蛋白，主要在星形膠質細胞中表達，幾乎不表達于小膠質細胞和少突膠質細胞。當傷害性刺激發生以后，脊髓星形膠質細胞發生活化，Cx43表達增加，功能增強[2]，在痛覺敏化的發生中起了十分重要的作用。筆者從Cx43的結構和功能、痛覺敏化機制及Cx43導致痛覺敏化發生的可能機制等方面加以綜述。

1 Cx43的結構與功能

Cx是同一組基因編碼的，以其分子量對其進行命名，Cx43的相對分子質量為43 000，半通道(half channel, HC)是Cx43組成的六聚體結構，介導細胞內外的信息交流，相鄰兩個細胞的半通道對合形成縫隙連接(gap jnaction, GJ)，介導細胞間的信息交流。每個Cx都有4個保守的α螺旋跨膜區、2個胞外環和3個胞內成分( 1個胞內環、1個氨基末端和1個羧基末端)，在胞內成分中，氨基末端比較保守，不宜發生改變，所以Cx43的功能調節位點大多數位于羧基端[3]，羧基端的磷酸化和去磷酸化是Cx43發揮其生理功能的主要原因。研究表明，Cx43磷酸化主要是通過蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)等途徑，從而改變了Cx43的縫隙連接效應，加強了細胞之間的信息交流[4]。

Cx43最廣泛存在于脊髓星形膠質細胞，構成星形膠質細胞之間的半通道或縫隙連接[5]，允許離子和小分子(包括第二信使如Ca2+、IP3、環核苷酸和寡核苷酸)直接交換完成細胞間通信，在痛覺信息的傳遞和整合過程中發揮著重要作用。

2 痛覺敏化的發生機制

痛覺過敏就是長期的慢性疼痛刺激導致中樞神經系統(central nervous system，CNS)發生病理性重構，使得疼痛更加難以控制，患者主要表現為自發痛、痛閾下降等[6]，之前的關于痛覺過敏的發病機制大多集中于脊髓神經元，但是近年來關于星形膠質細胞Cx43的機制越來越能夠引起我們的重視，研究發現在許多神經病理性疼痛過敏模型中，GJ通道數量增加，尤其是Cx43表達上調，導致多種細胞因子分泌，促進了痛覺敏化的形成[7]。

3 星形膠質細胞Cx43與痛覺敏化

縫隙連接Cx43作為細胞之間重要的信號通路，在星形膠質細胞表達，當發生病理性疼痛時Cx43表達的含量增加，其中機制涉及谷氨酸受體途徑、促炎性因子途徑等、對疼痛的維持至關重要。研究表明，縫隙連接Cx43可以介導大鼠脊髓背角CXCL12的產生來使得大鼠痛閾值下降，繼而導致長久的骨癌性痛覺過敏和癌性疼痛[8]；在脊髓損傷引起的慢性神經病理性疼痛模型中測定大鼠熱痛覺過敏和機械性痛覺超敏[9]，4周后開始發展，8周后可以維持，值得注意的是，在Cx43缺失的轉基因小鼠中，脊髓損傷誘導出的熱痛覺過敏和機械性超敏反應被阻止[10]，但在Cx30缺失的轉基因小鼠中完全發育，說明Cx43能夠通過一定的機制促成了痛覺過敏，除此之外，在骨性癌痛的痛覺過敏的模型中[11]，星形膠質細胞Cx43可以促進下游信號分子維持痛覺過敏，所以Cx43是痛覺過敏發生的關鍵因素之一。

4 可能的機制

4.1 星形膠質細胞Cx43與谷氨酸及其受體系統 谷氨酸是CNS中最主要的興奮性氨基酸之一，谷氨酸與谷氨酸受體結合可促進離子通道的開放、相關蛋白激酶的激活以及傳遞相應的傷害性信息介質的生成。疼痛刺激發生之后，谷氨酸系統釋放谷氨酸，而越來越多的研究表明，痛覺過敏的模型中有著星形膠質細胞的激活，其中星形膠質細胞之間的縫隙連接與谷氨酸的相互作用可以維持痛覺過敏[12]。另外最新一項研究顯示，在脊髓損傷誘發的痛覺過敏模型中，脊髓星形膠質細胞激活和Cx43表達上調[13]，這能夠誘發細胞之間GJ通道的開放，一方面GJ的開放允許谷氨酸直接通過，另一方面可以引發細胞內大量的Co2+內流，促進N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體的激活，兩者形成信號放大效應；除了GJ的作用，在另外一項研究中還發現，星形膠質細胞激活以后Cx43兩個封閉的半通道(half channel，HC)可以打開，形成一個能夠直接相連的兩個相鄰細胞質通路，允許谷氨酸通過，結果用以維持痛覺過敏[14]。

4.2 星形膠質細胞Cx43與促炎性因子 國內外眾多研究學者的實驗研究表明，參與痛覺敏化的促炎性因子包括：白介素1和6、腫瘤壞死因子α和γ等，當外周炎癥時，隨著疼痛信號由外周向中樞傳入，星形膠質細胞激活和Cx43數量增加，而縫隙連接數量和功能的改變可以使得促炎性因子變化，進一步影響痛覺過敏的發生[15]。有研究學者認為，在炎性痛模型中Ⅱ-β可以增加Cx43的表達和膠質細胞之間縫隙連接的交流來維持痛覺過敏[16]；也有學者研究發現，TNF-α介導糖尿病大鼠的痛覺過敏模型中Cx43的表達上調[17]；還有人在大鼠鞘內注射腫瘤壞死因子誘導幼鼠腦缺血再灌注損傷的脊髓中Cx43的上調測得后肢的機械性超敏反應[18]。以上的研究均展現出Cx43在痛覺敏化的維持過程中，促炎性因子與之有著千絲萬縷的聯系。

4.3 星形膠質細胞Cx43與MAPKs信號通路 研究證實，傷害性刺激引起了脊髓神經元興奮性增強，突觸可塑性變化，在這其中除了興奮性氨基酸、細胞因子、炎性因子的作用，絲裂原活化蛋白激酶信號通路(MAPKs)在神經病理性疼痛的過程中起了十分重要的作用[19]。MAPKs是細胞內的一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶信號通路，是細胞內最為主要的信號傳導系統。MAPK信號傳導通路主要包括：氨基末端激酶 (c-Jun N-terminal kinase，JNK)家族、細胞外調節蛋白激酶 (extracellular regulated protein kinase，ERK)和磷脂肌醇信號通路PKC等。

4.3.1 JNK信號通路 JNK作為MAPKs的重要成員之一，有研究顯示，JNK參與了嗎啡耐受所致痛覺敏化的過程，同樣在星形膠質細胞中也發現了JNK的作用，并且人們普遍可以接受星形膠質細胞Cx43的上調[20]，而另一項關于嗎啡耐受的實驗中，膠質細胞抑制劑能夠同時降低JNK和Cx43的表達[21]。但是有兩種不同的觀點：一是Cx43激活了JNK信號通路介導了嗎啡耐受，二是應用JNK信號阻滯劑能夠同時降低JNK和Cx43的表達，兩者呈現一個平行升高降低的狀態。那么到底在嗎啡耐受過程中，JNK與Cx43兩者有具體什么關系無從知曉，但人們對于JNK與Cx43的關系不僅僅局限在星形膠質細胞，在舒芬太尼預處理心肌細胞中，應用JNK阻滯劑不僅降低了JNK信號通路的作用，而且細胞之間Cx43的表達下降，JNK與Cx43的磷酸化都有明顯下降[22]，兩者平行下降可以對舒芬太尼預處理損傷的心肌細胞起到保護作用。不管是脊髓背角的星形膠質細胞還是其他臟器細胞都能夠為探索Cx43在痛覺敏化的作用開拓新的思路。

4.3.2 ERK信號通路 ERK信號通路的激活是痛覺敏化的機制，對于1型糖尿病神經病理性疼痛(diabetic neuropathic pain，DNP)大鼠的研究顯示，ERK mRAN和蛋白含量都增加，并且含量隨著時間的增加而增加，給予ERK阻滯劑U0126能夠減輕大鼠的疼痛[23]，值得注意的是上述變化都是發生在星形膠質細胞脊髓背角，而在神經元細胞之間并沒有出現，但是目前還并沒有確切的報道。而筆者通過文獻得知，脊髓Cx43的表達和磷酸化程度能夠影響星形膠質細胞和神經元間的通訊功能。

4.3.3 PKC信號通路 由于Cx43的作用位點位于其本身的羧基端，PKC的磷酸化程度可以使得Cx43本身發生磷酸化而影響其發揮作用，在一項體外細胞實驗中，以谷氨酸培養的星形膠質細胞中，觀察發現PKC的磷酸化影響了Cx43的磷酸化，并且能夠作用于Cx43的Ser365位點[24]，此項實驗證實模擬痛覺敏化的體外實驗，所以PKC與Cx43的痛覺敏化相關實驗更是我們需要進一步探索的機制之一。

5 結 語

關于星形膠質細胞Cx43在痛覺敏化的研究已經成為近幾年的一個熱點, 盡管越來越多的實驗已經證明星形膠質細胞Cx43在痛覺敏化的發生、發展中起重要的作用, 但目前痛覺敏化、神經病理性疼痛以及慢性疼痛的防治依然是醫學界難以徹底攻破難題之一。

目前, 實驗室中依據星形膠質細胞Cx43的作用機制, 將控制疼痛的藥物分為3大類[25]：抑制膠質細胞活化類(如：氟代檸檬酸)、抑制炎性因子的藥物(如：MAPK信號阻滯劑)、抗炎藥物(如：TNF-α阻滯劑依那西普)，是由于大部分的藥物實驗都來自于動物實驗，并未在臨床上有很確切的療效，也可能會產生一切無法預料的不良反應。

實際上，人類與動物的星形膠質細胞有著一定差異。人類一個星形膠質細胞大約有200萬的突觸，所以在人體中星形膠質細胞Cx43在痛覺敏化中有著更為復雜的作用。