補體系統參與病理性疼痛的機制研究進展*

駱 延， 梁 璇， 慕靜然， 徐 陶， 曾俊偉

（遵義醫科大學生理學教研室，貴州 遵義 563000）

慢性病理性疼痛是由于軀體感覺系統或者組織損傷而導致的疼痛，在臨床上很常見，給患者的身心健康帶來很大危害。其治療方法涵蓋了藥物治療、經皮神經電刺激、運動及心理治療以及介入治療等方法。然而，這些治療方法也存在一些缺陷，如療效欠佳、藥物耐受、患者接受度不高等。近年研究表明，在補體（complement， C）系統，補體成分及相應受體的生成與活化不僅參與了一些神經系統退行性疾病如帕金森病和阿爾茨海默病的發生，也參與了病理性疼痛的發生與維持［1］。機體在接受來自外界的傷害性刺激或者來源于機體內環境中的傷害性刺激之后，感覺傳導通路的多個關鍵位點如背根神經節（dorsal root ganglion， DRG）、脊髓背角、杏仁核、大腦皮層等區域均檢測到多種補體成分、及補體受體的表達異常。因此，有關補體系統參與病理性疼痛的發生與維持的分子機制研究受到廣泛關注。本文就這方面的新近研究進展作一綜述，希望能夠為研發新藥用于臨床鎮痛治療提供參考資料。

1 補體系統簡介

補體系統在非特異性免疫中占有重要地位，主要包括補體固有成分、補體調節蛋白及補體受體，廣泛參與機體免疫和炎癥反應。補體固有成分包括C1～C9，甘露糖結合凝集素（mannose-binding lectin，MBL）及B因子、D因子等；補體調節蛋白一般表現為可溶性或膜結合形式，參與調控補體活化和后續效應的產生，主要有H因子、I因子、C1抑制因子（C1 inhibitor， C1INH）、C4b結合蛋白（C4b-binding protein，C4BP）、衰 變 加 速 因 子（decay-accelerating factor，DAF；即CD55）、膜輔因子蛋白（membrane cofactor protein， MCP；即CD46）、CD59等；補體受體分布在細胞膜表面，與補體活化過程中產生的活性片段結合，介導后續效應，主要包括補體受體1-5（complement receptor 1-5， CR1-5），補體成分1q受體（complement component 1q receptor， C1qR）、補體成分3a受體（complement component 3a receptor， C3aR）、補體成分5a受體（complement component 5a receptor，C5aR）等。補體激活主要有經典激活途徑、凝集素途徑和替代途徑［2］。這三條途徑激活后形成的C3轉化酶可將C3裂解為C3a和C3b，導致進一步的C5轉化酶激活，但也存在不依賴C3激活的C5轉化酶形成，隨后C5b與C6-9形成膜攻擊復合物（membrane attack complex， MAC），MAC形成穿膜的親水性通道，破壞局部磷脂雙層結構，導致細胞裂解［3］。在補體活化過程中產生的多種裂解片段，可結合細胞膜相應受體而介導調理作用、免疫黏附作用、炎癥介導作用、趨化作用等。近年研究表明，補體系統的激活參與了病理性疼痛的發生發展（圖1）。

Figure 1.The associatation between the complement cascade and chronic pain.MBL： mannose-binding lectin；DAMPs： damage-associated molecular patterns.圖1 補體級聯反應與慢性病理性疼痛的關系

2 補體系統參與病理性疼痛的臨床分析

在動物和人體的血液或組織液中存在多種補體固有成分，在正常情況下補體成分含量穩定，但在病理情況下有可能發生波動。近年研究觀察到，在組織損傷導致的病理性疼痛患者，其外周血或組織液中補體成分含量異常，特別是補體激活片段明顯增加，這提示補體系統的激活可能與病理性疼痛的發生與維持有關。與正常孩童相比，急性腦創傷導致頭痛的患兒唾液標本中，補體成分C1qa、C1qb、C1S、C3和C4a含量增加，補體調節因子CD55、CFB和C-反應蛋白（C-reactive protein， CRP）也隨之同步增加；在慢性性腦創傷導致頭痛的患兒，其唾液標本中C1qa、C5、C8b和CD55含量增加［4］。在纖維肌痛患者的腦脊液標本檢測到補體成分C4a含量增加，推測C4a參與疼痛可能是由于C4a與蛋白酶激活受體1（protease-activated receptor， PAR1）和PAR4結合導致這兩種受體激活所致［5］。在類風濕性關節炎疼痛患者，其外周血紅細胞表面補體受體CR1和CD59表達顯著降低，其中，CR1表達下降導致免疫復合物不能及時被清除，CD59表達下降則不能阻礙MAC的組裝，這均促進了補體系統的激活，給予藥物治療提高紅細胞表面補體受體1（complement receptor 1， CR1）和CD59表達，則關節痛減輕［6］。

隨后的一些研究報道進一步提示，補體系統的激活可能在病理性疼痛的發生及維持過程中起重要作用。給予高烏甲素或曲馬多可明顯緩解直腸癌術后患者的痛覺感受癥狀，其視覺模擬量表VAS評分（用于評估痛覺感受）顯著降低，同時檢測到外周血C3和C4含量明顯上升，提示補體的激活裂解片段生成減少［7］；與之相類似，神經母細胞瘤患者給予抗GD2抗體ch14.18（可促進補體激活）治療后最常見的副作用就是疼痛感受增強，此時患者血清補體成分C3和C4含量下降，但給予另一種可以抑制補體激活的抗GD2抗體Hu14.18K322A進行治療后患者痛覺感受減輕，血清C3和C4含量升高，對嗎啡的需要量明顯減少，也說明補體的激活以及裂解片段生成減少有助于患者痛覺感受的減輕［8］。陣發性睡眠性血紅蛋白尿癥患者表現出腹痛癥狀，而在給予依庫珠單抗（eculizumab；靶向末端補體蛋白C5的人源化單克隆抗體）治療后，腹痛癥狀完全緩解［9］。

3 補體系統參與病理性疼痛的分子機制

近年通過形態學及分子生物學技術證實，神經系統中的神經元、少突膠質細胞、小膠質細胞和星形膠質細胞都能合成補體成分［10］。在多種病理性疼痛動物模型，觀察到感覺傳導通路的多個節點上補體系統成分表達異常，采取相應干預措施下調補體激活，抑制補體激活片段則具有鎮痛效應，這提示補體系統激活對神經病理性疼痛的產生和維持起著至關重要的作用。近年該領域分子機制的研究進展如下。

3.1 補體系統參與病理性疼痛的外周機制 DRG神經元能接受外部傷害性信息，并傳達到脊髓背角。在炎性痛以及神經痛動物模型中，可見皮膚損傷區域或DRG組織補體成分表達上升，如：足底切口疼痛小鼠，切口處皮膚C5的mRNA表達水平上升［11］；足底注射C3a和（或）C5a的炎性痛小鼠，DRG分布的C5aR表達上升［12］；注射酵母聚糖-不完全弗氏佐劑到大鼠L5/S1椎間孔以誘發DRG神經炎癥，檢測到DRG補體級聯反應激活，經典補體激活途徑的始動分子C1q和C3表達增多［13］；坐骨神經慢性壓迫（chronic constriction injury， CCI）疼痛大鼠的DRG持續 高 表 達C1q［14-15］；在 脊 神 經 結 扎 大 鼠 的DRG，C1qα、C1qαβ、C1qαγ、C1r、C1s、C2、C3、C4和C7等多種補體成分，B、D、H和P因子，以及補體受體CR3表達上調，但補體抑制物DAF表達卻明顯下調［16-17］；在多發性硬化小鼠，表現出痛覺感受，其DRG有大量C5aR1陽性的免疫細胞［18］。在皮膚損傷處注射C5aR拮抗劑PMX53或腹腔注射補體活性抑制劑眼鏡蛇毒因子CVF分別可以緩解實驗動物的炎性痛或神經痛癥狀，下調DRG補體成分C5的表達和裂解，并抑制C5aR的表達或抑制C3的表達［11］。

從這些研究結果來看，外周神經系統的補體系統激活參與了病理性疼痛的發生與維持，主要有以下3個相關機制。

3.1.1 補體激活促進外周痛覺感受器的敏化 在小鼠足底切口痛模型，伴隨著補體成分C5表達和裂解增多，同時C類纖維對熱刺激的反應增強［11］；在小鼠爪部注射C3a和（或）C5a引出機械痛或熱痛敏行為，A類或C類傳入纖維動作電位閾值降低，動作電位發放頻率增加；這種現象與巨噬細胞釋放NGF和C類纖維末梢釋放降鈣素基因相關肽（calcitonin gene-related peptide， CGRP）增多有關［19-20］。在離體實驗也證明，C3a和C5a不僅刺激培養的DRG神經元胞內鈣動員，更促進了辣椒素受體——瞬時受體電位陽離子通道亞家族V成員1（transient receptor potential subfamily V member 1， TRPV1）誘發的DRG神經元胞內鈣動員［12］；神經生長因子（nerve growth factor， NGF）更進一步促進TRPV1介導的內向電流幅度增加，而CGRP可以促進DGR神經元河豚毒素不敏感型的電壓門控的Na+內流，引起DRG神經元的興奮與敏感程度增加。

3.1.2 補體激活促進免疫細胞活動增強 補體系統的激活被認為是慢性疼痛神經免疫機制中的重要環節［21］。機體受到外界傷害性刺激之后，隨著補體級聯反應發生，損傷局部區域的B細胞、中性粒細胞和巨噬細胞等遷移至損傷區域，釋放致痛物質如趨化因子（C-C基序）配體2［chemokine（C-C motif） ligand 2， CCL2］、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α， TNFα）、前列腺素E2（prostaglandin E2， PGE2）、白細胞介素1β（interlenkin-1β， IL-1β）等，參與了痛覺敏化的維持［22］。如C5aR1基因敲除可以明顯緩解類風濕性關節炎小鼠的疼痛癥狀，減輕關節滑液中性粒細胞浸潤和滑膜組織巨噬細胞聚集，TNF-α和細胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1， ICAM-1）分泌相應減少［22-23］；同樣，給予C3激活抑制物Efb-C可以減輕免疫細胞的激活，減輕強直性脊柱炎小鼠的痛行為［24］。

3.1.3 補體激活參與調節神經損傷后的軸突再生 在外周神經損傷后，損傷區域的C1q和C3a可以減輕髓鞘相關糖蛋白對DRG神經元軸突生長的抑制作用，但C3b卻導致DRG神經元活力下降，軸突生長被抑制，由此可見補體的激活對于軸突損傷后的修復更像一把雙刃劍。當外周神經損傷后，DRG神經元DAF表達下降，實驗動物表現出痛行為，當神經損傷恢復之后，DAF表達上升［25-26］，痛行為減輕?？梢?，補體活化與軸突損傷以及相應的痛行為發展密切相關。

3.2 補體系統參與病理性疼痛的中樞機制 痛覺作為感覺的一種，由于組織損傷或神經系統病變形成的傳入沖動進入中樞神經系統，首先到達脊髓，與脊髓淺層分布的中間神經元、上行投射神經元以及腦干下行纖維之間組成局部網絡，這導致脊髓水平的痛覺敏化；隨后傷害性信息繼續上行，到達脊髓上結構（supraspinal structures），包括丘腦、下丘腦、海馬、杏仁核、扣帶回、感覺及運動皮層等部位，參與痛覺信息的整合。因此，有關補體系統參與病理性疼痛的相關機制按照脊髓以及脊髓上結構兩部分進行闡述。

3.2.1 脊髓 脊髓背角是疼痛信息整合的重要部位，接收來自DRG輸入的傷害性信息。對CCI、脊神經結扎和坐骨神經分支選擇性結扎的疼痛大鼠的脊髓背角組織采用mRNA表達譜的微陣列分析及形態學技術顯示，C1qb、C1qg、C3和C4表達明顯上升，熒光雙標觀察到C1q、C3、C4和C5aR表達于背角小膠質細胞［27］，但在皮膚肌肉切開-牽拉痛以及足底注射完全弗氏佐劑的炎性痛小鼠也檢測到C3位于背角星形膠質細胞［28-29］；C5基因缺陷或鞘內給予C5aR拮抗劑的坐骨神經損傷（sciatic nerve injury， SNI）小鼠痛覺感受明顯減輕，但C6基因缺陷的SNI小鼠痛覺感受并沒有減輕，說明補體裂解片段與相應受體結合促進了痛覺敏化，而補體反應下游的MAC似乎并沒有參與痛覺敏化［27］。

目前認為脊髓水平補體系統促進痛覺敏化主要通過以下3個機制。

3.2.1.1 興奮性和抑制性突觸傳遞失衡 外周神經損傷后，在脊髓背角，補體成分C1q增多，位于抑制性突觸的iC3b和淀粉樣前體樣蛋白2（amyloid precursor-like protein 2， APLP2）均可與小膠質細胞的CR3結合，啟動CR3/TREM2信號通路，溶酶體膜CD68表達上升提示小膠質細胞溶酶體功能增強，針對抑制性突觸進行吞噬，導致抑制性突觸丟失近51%，興奮性突觸傳遞效能相對增強，促進慢性疼痛的維持［30-31］；脊髓背角RhoA/ROCK通路激活促進小膠質細胞吞噬神經元突觸碎片，參與神經痛的維持［32］。另外，脊髓損傷導致大鼠神經痛，其背角C1q、CR3和神經元谷氨酸NMDA受體亞單位NR2B的表達同步上調［33］，也支持傷害性刺激作用下，補體激活與脊髓背角興奮性突觸傳遞增強有關。

3.2.1.2 促進膠質細胞激活 在脊髓背角小膠質細胞表達的補體受體CR3、C3aR1和C5aR，可以促進小膠質細胞活化，導致痛覺敏化。在糖尿病大鼠脊髓背角C3和CR3表達增多而補體調節蛋白CD55表達下降［34-35］；鞘內給予小膠質細胞活性抑制劑米諾環素或補體抑制劑compstatin（以C3為靶點）均明顯減輕癌痛大鼠的疼痛癥狀，抑制小膠質細胞激活和CR3表達，下調背角神經元C1、C2和C3表達，C3裂解產物iC3b減少［36］；在SNI疼痛大鼠的脊髓背角小膠質細胞C3aR1表達升高，C3aR1的激活導致小膠質細胞鈣離子濃度升高，有助于促進炎癥因子的釋放［37］。鞘內注射C5a可以誘發大鼠冷痛覺過敏，后來證實該現象緣于C5a刺激小膠質細胞分布的C5aR導致［38］。

3.2.1.3 影響背角神經元功能 尾靜脈注射補體抑制物眼鏡蛇毒因子可明顯緩解CCI大鼠的痛行為，減輕神經損傷導致的脊髓背角C3 mRNA表達上調、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）活性下降、丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量增多、神經元線粒體腫脹以及線粒體嵴碎裂等［26］。也有報道在椎間盤源性腰痛大鼠脊髓背角神經元表達有C5aR［39］，但尚不清楚C5aR激活對神經元功能的調節作用。

3.2.2 脊髓上結構 當外界傷害性刺激持續作用下，脊髓水平以上包括腦干、間腦和大腦皮層，參與處理來自脊髓上行的疼痛信息并進行整合，產生痛覺感受［40］。轉錄組學分析顯示，在海馬CA1區給予米諾環素可以減輕CCI大鼠疼痛癥狀，此時海馬補體級聯反應激活也明顯被抑制［41］。在應激導致的內臟痛大鼠的中央杏仁核，補體成分C1q和C3增多，C3裂解為C3a和C3b，C3b降解為iC3b，與小膠質細胞CR3結合，促進小膠質細胞激活，對興奮性突觸成分突觸后致密蛋白95（postsynaptic density protein 95， PSD95）進行吞噬，導致局部突觸結構重塑；在中央杏仁核給予米諾環素或CR3抑制劑NIF可明顯抑制小膠質細胞的活化，降低小膠質細胞對興奮性突觸進行吞噬，進而產生鎮痛效應，說明杏仁核小膠質細胞CR3信號通過吞噬興奮性突觸參與內臟痛的發生和維持［42-44］。國內研究還證實，在基底外側杏仁核小膠質細胞激活后吞噬突觸的能力增強，導致癌痛大鼠的疼痛、焦慮及抑郁樣行為［45］。

與脊髓背角的情況相似，在炎性痛或神經痛動物模型，多個腦區如未定帶區域（丘腦網狀核旁的丘腦下核團，含較多GABA能抑制性神經元）、前扣帶回皮層和感覺皮層的小膠質細胞激活后對GABA能神經元樹突棘成分進行吞噬修剪，導致這些區域的抑制性突觸傳遞效能減退而興奮性突觸傳遞增強，從而促進了痛覺敏化的形成［46-48］，但是否有補體機制的參與，還需要探討。

補體系統參與病理性疼痛分子機制的總結見表1。

表1 補體及其受體參與病理性疼痛發生和維持的機制Table 1.The mechanism of complement and their receptors in the occurrence and maintenance of pathological pain

4 補體系統：鎮痛治療的潛在靶點

在臨床上，骨關節炎、類風濕性關節炎、胰腺炎、燒傷以及手術創傷導致疼痛的患者，其關節滑液、外周血或損傷區域組織液中補體成分（如C3a、C5、C5a等）含量上升；在多種疼痛動物模型的感覺傳導通路的多個位點補體成分及補體受體（CR3或C5aR）表達上升，而C3或C5基因敲除或者給予補體激活抑制物可以明顯減輕實驗動物的痛覺過敏癥狀。目前已經在臨床上使用的以補體系統為靶點的藥物有C1酯酶抑制劑辛里澤（cinryze）、補體C3抑制劑pegcetacoplan（靶向近端補體蛋白C3的聚乙二醇化肽）、長效C5補體抑制劑依庫珠單抗eculizumab和ravulizumab［22］。pegcetacoplan用于治療陣發性睡眠性血紅蛋白尿癥；辛里澤用于減輕血管性水腫；eculizumab用于神經脊髓炎、全身性重癥肌無力以及陣發性睡眠性血紅蛋白尿癥的治療。這3種藥物均可減輕這些患者的疼痛癥狀，但這些藥物價格昂貴，且都存在一些不良反應。因此，以補體系統為靶點研發價格合理且副作用小的新型鎮痛藥是有意義的。

正在臨床前實驗或臨床試驗階段的補體干預藥還有C5aR1抑制劑CCX168和PMX53有望用于減輕周圍神經病變，發揮鎮痛效應［49］。PMX53雖然在動物疼痛模型展示了良好的鎮痛效應，但臨床試驗的結果并不理想，缺點在于PMX53的口服吸收差、生物利用度低。另一種脂溶性的PMX53類似物PMX205由于口服吸收良好，可以透過血腦屏障，更有望在臨床實驗中取得好的結果。

我國對中草藥的開發與使用已有上千年時間，近年對天然產物的提取和優化工藝水平顯著提升。相關研究表明，國內在風濕性多肌痛患者給予白芍總苷聯合雷公藤治療，外周血C3含量下降，疼痛癥狀明顯減輕［50］；在動物實驗也觀察到芍藥苷可以抑制膠質細胞激活以及后續的炎癥反應；此外，國內研究報道，背根神經節脈沖射頻可以緩解炎性痛大鼠脊髓背角小膠質細胞CR3表達，抑制小膠質細胞和星形膠質細胞激活，從而發揮鎮痛效應［51］，這提示除藥物治療之外，其他治療手段也有可能通過下調補體反應發揮鎮痛效應。