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NRG-ErbB信号在神经病理性疼痛中的研究进展

点击次数：  更新时间：2017/10/17 9:47:20  

神经病理性疼痛属于慢性疼痛的一种，是由于外周或中枢神经系统的直接损伤或功能紊乱引起的。神经病理性疼痛以自发性疼痛和刺激诱发性疼痛为主要特征，自发性疼痛包括针刺、烧灼、撕裂、刀割样疼痛；刺激诱发性疼痛包括痛觉超敏和痛觉过敏。导致神经病理性疼痛的原因多种多样，严重阻碍了有效治疗的发展。

 

许多成年人长期发作慢性神经性疼痛，或者根据病史、年龄、性别和许多其他因素推断有神经性疼痛相关的特异性症状。近年来，重组人神经调节蛋白（neuregulin，NRG）用于慢性心力衰竭及脓毒症的治疗取得了很好的效果。NRG可通过与ErbB（v-erb-b avian erythroblastic leukenmia viral oncogene homolog）蛋白受体酪氨酸激酶结合进行一系列的信号转导。现就NRG/ErbB信号在神经病理性疼痛中的研究进展进行综述。

 

1.NRG及其受体ErbB

 

NRG是生长因子家族，其基因含编码表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）样结构域的片段，通过ErbB受体酪氨酸激酶家族调节与NRG蛋白之间的联系。哺乳动物体内有4种NRG基因，分别编码NRG-1、NRG-2、NRG-3和NRG-4。NRG最早来自于分离提取的神经组织，因其可促进神经系统施万细胞的增殖，也被称为神经胶质生长因子。其中以NRG-1的研究最为广泛，NRG-1基因位于人和鼠的第8号染色体上，可以编码21种外显子，通过选择性拼接及启动子的不同可以产生至少31种包括分泌型和跨模型的亚型。

 

NRG-1亚型均含有1个EGF-样信号结构域，对于调节生物学活性是不可或缺的。NRG-1需与二聚化受体结合才能传递信号，首先EGF-样结构域与酪氨酸激酶受体ErbB3或ErbB4结合，ErbB3或ErbB4随后与ErbB2形成异源二聚体；ErbB2因缺乏配体结合域，所以在信号转导中作为共受体。而ErbB3缺乏一个活化的酪氨酸激酶结构域，必须与ErbB2结合才能进行信号转导，ErbB4可以自身形成同源二聚体但优先与ErbB2形成异源二聚体，共表达于细胞表面，将胞外信号传至胞内，激活细胞内信号通路磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidy linositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/细胞外信号调节激酶（extracellular signal regulated kinases，ERK）和p38MAPK参与多种病理生理过程。

 

NRG是在神经系统、心肌发育和神经肌肉接头中起重要作用的一种信号蛋白，可以在神经元和胶质细胞表达。在外周神经系统，NRG1/ErbB是轴突-施万细胞联系的关键调节者，可以调节施万细胞发育；NRG1可诱导神经嵴细胞向施万细胞分化、增殖、迁移，促进胚胎施万细胞前体细胞和不成熟施万细胞的生存，对髓鞘的正常形成和感觉功能是必需的。在中枢神经系统中，NRG1通过与脊髓背角小胶质细胞膜上的ErbB2受体结合，促进小胶质细胞增殖，参与神经性疼痛的形成和发展。

 

2.NRG/ErbB与神经性疼痛

 

Lacroix-Fralish等发现，仅在大鼠鞘内注射NRG1-β1蛋白可显著降低大鼠后爪触觉撤退阈值，产生瞬时的触诱发痛。Walsh等研究发现，剔除精神分裂症相关基因NRG1，小鼠热痛敏感性降低，提示NRG1基因可能与精神分裂症患者疼痛和热知觉异常有密切关系。在神经病理性疼痛和炎性疼痛的混合性骨癌痛模型中发现，注射肿瘤细胞3周后，时间依赖性的NRG1、ErbB2和磷酸化ErbB2水平增加，鞘内给予外源性的NRG1，可通过上调ErbB2、磷酸化ErbB2信使RNA和蛋白质水平产生热痛觉过敏和机械性触诱发痛，而ErbB2信号抑制剂极大地减轻了癌性骨痛中的热痛觉过敏和机械性触诱发痛。

 

在Ⅱ期临床试验中发现，用于乳腺癌治疗的ErbB2抑制剂拉帕替尼在改善症状的同时，还可减轻疼痛。进一步研究发现，在面神经损伤大鼠模型中，ErbB3水平和机械性触诱发痛随时间同步增加，拉帕替尼可以剂量依赖性地显著减轻机械性触诱发痛。在脊神经结扎模型中，NRG1Ⅰ型和Ⅱ型在背根神经节显著增加，而NRG1Ⅲ型水平明显减少，这种改变与神经病理性疼痛的发展保持一致，提示NRG1亚型的改变与神经损伤及神经病理性疼痛密切相关。

 

在感觉神经元，NRG1Ⅲ型以一个双向的方式与ErbB家族相互作用，作为受体可以强烈地激活PI3K，增加位于初级感觉神经元上感知热痛和热痛超敏反应的阳离子选择性通道辣椒素受体的表达，提高对于疼痛的敏感性。

 

3.NRG/ErbB信号在神经病理性疼痛的细胞学机制

 

3.1NRG/ErbB信号在神经损伤后的中枢机制

 

3.1.1小胶质细胞与神经病理性疼痛

 

胶质细胞尤其是星形胶质细胞和小胶质细胞在中枢神经系统损伤或炎症的病理过程中发挥了重要作用。小胶质细胞与外周的单核-巨噬细胞系统具有一定的同源性，对中枢神经系统的损伤有防御功能。神经损伤后，不同亚型的NRG1从初级传入神经末梢或细胞外基质释放，NRG1的释放为脊髓提供了损伤相关信号。小胶质细胞表面表达大量的ErbB2、ErbB3和ErbB4受体，脊神经结扎后，磷酸化的ErbB2在小胶质细胞表面的表达水平增加，NRG1与ErbB受体结合后促进小胶质细胞的增殖与迁移以及吞噬细胞摄取残余碎片及抗原呈递，使细胞形态发生变化，释放一系列损伤相关分子（如细胞因子、趋化因子、补体和嘌呤等），这些分子可促进小胶质细胞向损伤部位聚集。

 

NRG1还可促进脂多糖致敏的小胶质细胞释放炎性介质白细胞介素1β，小胶质细胞激活后可以释放细胞因子和脑源性神经生长因子，增加脊髓背角神经元的兴奋性，而脑源性神经生长因子同时又可以促进背根神经节细胞NRG1的释放。神经损伤后，ErbB2受体抑制或者隔离外源性NRG1，可抑制小胶质细胞反应，减轻脊髓神经结扎后机械性和冷痛相关的超敏反应，减轻神经病理性疼痛的发展；因此，神经损伤后NRG1-ErbB信号介导小胶质细胞发生的一系列反应与机械及冷痛相关的高敏反应有密切联系，促进神经病理性疼痛的发展。

 

3.1.2星形胶质细胞与神经病理性疼痛

 

神经损伤后，NRG可调节星形胶质细胞的增殖和成熟，还可能参与星形胶质细胞的激活。星形胶质细胞主要参与神经损伤后疼痛在不同性别中的表现，一般情况下，男性和女性在对疼痛刺激的敏感性和疼痛综合征发生率方面的差异有统计学意义，女性传统上比男性的疼痛阈值低，对疼痛刺激的忍耐性也差，这主要是由于循环系统中性激素水平不同导致的。性激素作用于星形胶质细胞表面的性激素受体，可以有效促进几大脑区和背根神经节感觉神经元生长因子的表达。

 

Lacroix-Fralish研究发现，神经根损伤的雄性和雌性大鼠脊髓组织中NRG1基因和NRG1的高亲和力受体ErbB4水平的差异有统计学意义，雌性大鼠这两种基因表达上调；雌性对疼痛耐受性低主要是由于雌性动物体内的孕酮作用于星形胶质细胞表面的性激素受体，刺激星形胶质细胞产生细胞因子NRG1，而NRG1作为促疼痛细胞因子，使雌性动物对疼痛敏感性增加。

 

3.1.3突触可塑性

 

在神经元细胞，NRG可诱导突触形成，上调神经递质受体，调节突触传导。星形胶质细胞来源的NRG1通过神经元的ErbB受体信号增强突触传递和诱导突触可塑性，在L5神经根结扎的雌性大鼠，突触小泡磷酸酶Ⅰ、突触蛋白Ⅰ和Ⅲ的表达上调，而在雄性大鼠这几个基因表达下调，且上调的基因恰好参与突触功能，这可能是雌性大鼠行为高敏感性的一个机制。由于NRG1有突触调节的功能，Lacroix-Fralish等推测，NRG1可能调节脊髓背角中央突触，导致其对于伤害性和非伤害性刺激的敏感性升高。

 

3.1.4中枢去抑制

 

中枢敏化是损伤或强烈刺激作用于传入纤维引起脊髓背角神经元之间的突触传递可塑性发生变化，使得背角神经元兴奋性持续升高和出现痛觉过敏。初级神经损伤破坏了脊髓背角神经元大A纤维调节的抑制C纤维诱发的反应，导致中枢敏化。在保留型神经损伤模型中，NRG1在大鼠背根神经节的表达减少，鞘内给予NRG1β1（一个由62个氨基酸组成的NRG1的类似物），可以瞬时地增加保留型神经损伤模型缩退反射阈值，并减少福尔马林模型中的自发性疼痛。NRG1主要表达于背根神经节的大神经元，而NRG1受体ErbB4主要表达于脊髓的第2和第3层，NRG1从大A纤维背根神经节神经元释放到脊髓，与背角的ErbB4结合，增加γ氨基丁酸从中间神经元的释放，γ氨基丁酸可抑制疼痛的传递，因此神经损伤后NRG1的表达减少可以通过解除抑制，诱导神经病理性疼痛。

 

3.2NRG/ErbB信号在神经损伤后的外周机制

施万细胞是外周神经系统重要的组成部分，不仅是髓鞘和郎飞结形成的直接来源，同时在神经损伤的免疫监视和神经修复方面发挥重要作用。脊髓运动神经元和背根神经节感觉神经元表达NRG1，施万细胞表达ErbB2和ErbB3受体。缺乏NRG1或其受体基因的小鼠在施万细胞发育（包括起源、增殖、迁移和生存）中有明显的缺陷。NRG1-ErbB信号作用于施万细胞的效应不同，不仅取决于不同的发育阶段，而且取决于成熟施万细胞的不同类型；在非髓鞘形成施万细胞，ErbB信号促进生存，抑制增殖；在髓鞘形成施万细胞，ErbB信号对于髓鞘的正确形成是必需的；且有研究表明，非髓鞘形成细胞不表达ErbB受体的转基因小鼠，表现出施万细胞过度的增殖和死亡，无髓鞘轴突的缺失，且对冷热疼痛的不敏感；在后期阶段，由于NRG1-ErbB信号介导的胶质细胞来源的神经营养因子的表达减少，导致与之相联系的C纤维感觉神经元凋亡。

 

胶质细胞表达显性失活的ErbB受体的转基因小鼠，在成年期显示出延迟的髓鞘形成、薄髓鞘、短的节间长度和较小的轴突直径；分子分析表明，ErbB信号通过调节髓鞘基因的转录有助于髓鞘形成；而体外离体分析显示，NRG1Ⅲ型可诱导髓鞘蛋白的表达。这些结果表明，NRG1-ErbB信号对于正常髓鞘形成是必需的。转基因小鼠神经传导速度严重变慢，对于机械刺激的敏感性增加，提示NRG1-ErbB信号通路异常可能参与周围神经病变的髓鞘形成减少和神经病理性疼痛的发病机制，可能是外周神经病变出现痛觉过敏、触诱发痛以及自发性疼痛的原因。

 

4.NRG/ErbB信号在神经病理性疼痛的分子学机制

 

神经损伤后，背角初级传入纤维释放的NRG1与小胶质细胞表面ErbB受体结合后促进小胶质细胞发生一系列连串的反应，主要是由细胞内信号通路（包括ERK、p38MAPK以及PI3K/Akt通路）介导的。Akt是PI3K的下游效应器，可以被NRG-ErbB信号激活，增加许多不同类型细胞的生存。在小胶质细胞和巨噬细胞中，PI3K/Akt通路可促进生存，调节细胞极性，对于细胞活动性和感受腺苷三磷酸的趋化作用是必需的。NRG1治疗体外培养的胶质细胞可以提高Akt的磷酸化，选择性抑制PI3K几乎破坏了NRG1对小胶质细胞的趋化作用。

 

脊髓背角免疫反应性Akt-磷酸化在外周神经损伤后的第3天增加，但表达的大多数细胞不是小胶质细胞，而抑制PI3K/Akt通路可以减少疼痛相关的高敏反应，因此推测，PI3K/Akt通路不是直接通过NRG1对小胶质细胞起作用，而可能是通过调节神经元可塑性参与神经病理性疼痛。MAPK是参与细胞内信号转导的关键保守分子家族，在调节神经元可塑性和炎症反应中有重要作用。外周神经损伤后，p38MAPK和ERK在脊髓小胶质细胞激活，而c-Jun氨基末端激酶在星形胶质细胞中激活。p38MAPK也称压力性激酶，对炎性介质（如环加氧酶2、白细胞介素1β、脑源性神经生长因子和诱导型一氧化氮合酶）的合成具有重要作用。

 

神经损伤后，p38MAPK的激活有助于神经病理性疼痛的发展和维持。在培养的胶质细胞或鞘内治疗均未发现NRG1激活p38MAPK的证据。脊神经结扎后，可抑制NRG-ErbB信号脊髓背角小胶质细胞的数量，同时磷酸化p38免疫反应性胶质细胞的总数减少，但小胶质细胞表达磷酸化p38MAPK的比例不变，故NRG-ErbB信号对p38MAPK阳性胶质细胞的作用不是NRG1的直接作用。ERK存在2个亚型（ERK1和ERK2），可以被上游的MAPK激酶（MAPKkinase，MEK）1/2激活，在调节发育阶段的细胞增殖、分化和生存中有重要作用。ERK也调节许多促炎介质（如一氧化氮和肿瘤坏死因子α）从培养的胶质细胞释放，抑制MEK/ERK信号通路可减少小胶质细胞的增殖以及白细胞介素1β和前列腺素E2的释放。

 

外周神经损伤后，ERK先后在脊髓背角神经元、小胶质细胞以及星形胶质细胞中激活，抑制MEK/ERK信号通路以减少不同神经损伤模型机械疼痛相关的超敏反应，减轻神经病理性疼痛。因此，NRG与ErbB结合后主要通过MEK/ERK信号通路促进小胶质细胞形成及炎性介质的释放参与神经病理性疼痛的形成和发展。

 

5.NRG/ErbB信号作为神经病理性疼痛治疗靶点的展望

 

神经病理性疼痛是影响人类健康的主要原因之一，其机制复杂多样，至今尚未对神经痛的机制完全明了，临床针对机制的治疗也一直以神经元作为靶点。虽然某些药物（如阿片类镇痛药、钠通道阻滞剂、三环类抗抑郁药和N-甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂等）有一定的疗效，但只能短暂缓解患者的疼痛，且不良反应较多，极大地限制了其使用。因此，找到一种治疗神经痛的新方法显得极为重要。NRG/ErbB信号参与神经病理性疼痛的多个方面，在中枢神经系统，NRG与ErbB受体结合，主要通过MEK/ERK通路激活小胶质细胞，释放一系列细胞因子和炎性介质，促进神经性疼痛的进展；而性激素可促进星形胶质细胞释放NRG-1，调节神经性疼痛的性别差异；NRG/ErbB信号还可通过调节突触可塑性以及中枢去抑制等方式参与神经病理性疼痛；在外周神经系统中，NRG/ErbB信号通过调节非髓鞘形成细胞和髓鞘形成施万细胞功能，促进细胞增殖和髓鞘形成，参与外周神经痛。因此，NRG/ErbB极有可能成为神经性疼痛一个新的治疗靶点，为神经性疼痛治疗带来新的方向。

 

NRG1是促进疼痛的细胞因子，但有实验研究表明，NRG1在不同神经病理性模型中的作用不同，取决于激活的ErbB受体的不同：①NRG1可以加剧福尔马林诱导的疼痛，利用小干扰RNA介导的基因下调技术抑制ErbB2后，NRG1的这种作用消失；②在保留型神经损伤模型中，NRG1呈剂量依赖性减轻疼痛，利用小干扰RNA抑制ErbB4受体后，NRG1缓解疼痛的作用也消失了。NRG1对抗疼痛的效应与NRG1促进超敏反应和加剧疼痛的效应不一致，这可能一方面是因为保留型神经损伤在A纤维传递中诱导了复杂的神经重塑；另一方面可能是NRG1的效应在神经损伤后多个病理过程中具有时间依赖性，不同时间段检测水平可能不同。

 

Tao等建立了大鼠脊髓挫伤模型，通过将小鼠胚胎干细胞来源的少突祖细胞移植到脊髓，取得了很好的效果；进一步研究发现，脊髓损伤模型中，NRG-1和ErbB4的表达水平减少，而移植后这两种蛋白的表达水平明显提高，表明NRG/ErbB信号在病理状态下中枢的髓鞘再生中发挥了重要作用，而且有助于减轻疼痛；因此推测，NRG/ErbB的作用具有时间依赖性，在损伤急性期表达增加、促进疼痛，在神经损伤的后期表达减少，可以通过补充外源性的NRG1促进髓鞘再生和神经重构来减轻疼痛。除了神经性疼痛外，NRG/ErbB信号也参与了其他疼痛，在外伤性切口诱发的触诱发痛模型中，在NRG1Ⅰ型和Ⅱ型水平，背根神经节显著增加，而在NRG1Ⅲ型水平背根神经节减少；通过与ErbB受体作用促进小胶质细胞增殖和炎性介质的释放，且主要通过p38MAPK通路介导参与切口诱发的机械性触诱发痛，这与在神经病理性疼痛中的作用基本一致。因此，通过更深入的研究，可揭示不同神经病理性疼痛的机制、NRG-1亚型以及ErbB受体亚型的关系，从而利用基因靶向调控NRG-1及ErbB亚型的表达水平，实现疼痛治疗的精准化。

 

6.小结

 

神经病理性疼痛病因复杂，机制多样，传统的治疗方式存在一定的局限性。NRG/ErbB信号在细胞和分子水平上通过多种信号通路参与中枢及外周神经病理性疼痛的形成和发展。阻断NRG/ErbB信号可以干扰神经病理性疼痛的产生，其作为疼痛治疗的靶点有很好的前景，可以为临床疼痛治疗提供新的方向。但由于其在不同疼痛病理模型中的作用具有多样性，用于神经性及其他类型疼痛的治疗仍有待进一步的研究。

 

（本文转载医学综述2017年3月第23卷第5期）