2016, Vol. 43扩展功能
文章信息
- 王佳超, 蒋云
- N-甲基-D-天门冬氨酸受体与痛性糖尿病神经病变关系的研究进展
- 国际神经病学神经外科学杂志, 2016, 43(3): 275-279
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文章历史
收稿日期: 2016-03-07
修回日期: 2016-06-20
痛性糖尿病神经病变(painful diabetic neuropathy,PDN)是糖尿病常见的并发症，约1/3糖尿病患者出现神经痛症状，表现为自发痛、触摸痛以及痛觉过敏，严重影响患者的日常生活[1, 2]。目前PDN相关的慢性疼痛的发病机制尚不十分清楚，既往研究发现，脊神经节感觉神经元Cav3.2 T型电压门控型钙离子通道异常糖基化、T型钙离子通道电流增加[3]、脊髓突触后钾氯共转运体2的下降、γ-氨基丁酸抑制功能的下降、脊髓中小胶质细胞的激活，以及兴奋性氨基酸功能的增加等均参与了PDN的发生[4]。其中，谷氨酸离子型受体N-甲基-D-天门冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)的活化具有疼痛的中枢敏化作用[5]，参与持续性疼痛的诱导和维持。
1 NMDAR的结构与生物学功能 1.1 NMDAR的结构与分布NMDAR是谷氨酸离子型受体的一个亚型，由NR1、NR2(A、B、C 和D)和NR3(A、B)7种亚基组成。只有不同亚型的NR2与NR1组成四聚体复合物后，才能有效地实现NMDAR的功能，即对离子具有一定强度的通透性。此外，NR1和各亚型的NR3之间也能形成异聚体，但这种异聚体不能被谷氨酸或NMDA所激活，不能产生Ca2+内流，故一般认为这种受体不参与疼痛机制的形成过程[6]。
NR1广泛存在于大鼠中枢神经系统，主要分布于海马、小脑皮质和嗅球等。NR2分布于整个脑，其亚单位的分布在生长发育过程中发生变化，胚胎时期主要表达NR2B和NR2D；出生后2周，NR2A开始部分替代NR2B直至大脑成熟；NR2A在成年大脑的大部分区域都有表达[7]；NR2B主要分布于前脑[8]和海马；NR2C主要分布于丘脑、嗅球和小脑；NR2D主要分布于前脑和脑干。NR3A主要分布于海马、皮质和中脑，NR3B主要分布于脑干和脊髓的前角运动神经元[9]。在大鼠腰脊神经节上，几乎所有细胞均表达NR1亚基，此外还有少量细胞表达NR2B、NR2C和NR2D[10]。NMDAR在脊髓、脊神经节和周围神经均有表达，其在神经病理性疼痛的发生和发展中发挥重要作用。
1.2 NMDAR的生物学功能作为兴奋性氨基酸谷氨酸的一种离子型受体，NMDAR的特性主要体现在：①既受配体门控，又受电压门控，且具有电压依赖的Mg2+阻断作用；②NMDAR激活后对Na+、K+、Ca2+高度通透；③NMDAR可诱导长时程增强作用、参与突触的可塑性。
2 NMDAR与PDN大量研究表明，NMDAR功能亢进在中枢敏化和突触可塑性的形成中发挥核心作用，其参与了伤害性信息的传递及触摸痛和痛觉过敏的发生。Rodon等[11]发现链脲霉素(streptozocin,STZ)腹腔注射4周后，糖尿病大鼠腰段脊髓后角中NR1的磷酸化水平上调。应用NMDAR抑制剂硫酸镁不仅抑制NR1的磷酸化，也可减轻糖尿病大鼠的疼痛。糖尿病神经病变或神经损伤所致的神经痛与脊髓中初级传入神经末梢谷氨酸的释放增加、α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid receptor,AMPAR)活化和代谢型谷氨酸受体的增多有关[12-15]。虽然谷氨酸主要在突触后膜介导神经兴奋性传递，但在脊髓后角中，突触前膜的NMDAR可上调初级传入神经末梢神经递质(如谷氨酸和P物质等)的释放，并可通过μ-阿片受体介导长时程增强效应的发生[16]。当NMDAR被激活时，NMDAR介导的Ca2+内流可激活信号转导的级联反应，调节突触形成、修饰及删除等功能[17]。
蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)通过促进蛋白质磷酸化，激活酪氨酸激酶的信号级联反应，进而调控NMDAR的功能[18]。在外周组织损伤或炎性反应诱发的痛觉过敏中，Aδ纤维和C纤维的突触前神经末梢释放大量兴奋性神经递质谷氨酸和P物质，直接或间接地激活突触后膜NMDAR，使离子通道对Ca2+高度渗透，大量Ca2+内流，激活细胞内Ca2+依赖性的PKC，被激活的PKC从细胞质转运到细胞膜后，继续促进NMDAR磷酸化，如此形成正反馈。此外，NMDAR被激活后，细胞内增加的Ca2+还可与钙调蛋白(calmodulin,CaM)结合成有活性的Ca2+/CaM复合物，激活一氧化氮合成酶，产生大量一氧化氮(nitric oxide,NO)，NO通过激活鸟苷酸环化酶，刺激环磷酸鸟苷的生成，进一步激活许多重要的蛋白激酶，启动一系列生化级联反应，增加伤害性刺激信号的传入，形成中枢敏化，导致痛觉过敏。
3 NMDAR相关信号参与PDN 3.1 MAPK丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)包括细胞外调节蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK,ERK1/2)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)以及p38，能对多种细胞生长因子和促有丝分裂物质做出反应，将胞外信号转导致细胞核内，影响细胞的增殖和分化。虽然MAPK在正常脊髓中活化水平很低，但在神经损伤或伤害性刺激诱导细胞应激后，MAPK可被激活[19]。Daulhac等[20]报道STZ诱导的1型糖尿病大鼠腰段脊髓后角中NMDAR依赖的MAPK活化水平明显升高。
近年研究发现，STZ诱导的糖尿病大鼠脊髓和脊神经节(dorsal root ganglia,DRG)中ERK的磷酸化水平上调，鞘内注射选择性ERK抑制剂可预防PDN，并且其预防痛觉过敏的作用与脊髓后角神经元中ERK1/2的活化状态呈负相关[21]。Jacqueline等[22]报道ERK磷酸化水平的上调与突触前膜P物质的释放增加有关。应用治疗糖尿病神经痛的药物加巴喷丁可能通过抑制DRG中ERK的磷酸化进而缓解糖尿病性神经痛[23]。Dauch等[24]和Choi等[25]发现，10周db/db小鼠脊髓后角I-III区突触前感觉神经元的P物质表达增加，突触后感觉神经元和局部星形细胞的ERK1/2磷酸化水平增加，NR1亚单位的磷酸化水平显著升高。NMDAR抑制剂MK801可以预防机械性痛觉过敏的发生,并且抑制ERK的磷酸化。
研究发现JNK的活化参与外伤性、炎性和糖尿病性痛觉过敏的发生。Zhuang等[26]报道，结扎大鼠L5脊神经能够诱导L5-DRG中JNK的激活，脊神经节中注入JNK抑制剂D-JNK-1可以阻止脊神经结扎引起的疼痛，提示DRG中JNK的活化参与外伤后神经痛的发生。大鼠足底注射辣椒素或内皮素-1可迅速诱发热痛觉过敏，注射JNK抑制剂SP600125后可预防热痛觉过敏的发生[27, 28]。STZ诱导的糖尿病大鼠脊髓和DRG中JNK的磷酸化水平上调，给予JNK抑制剂SP600125可抑制JNK的磷酸化，同时也可显著减轻大鼠的机械性痛觉过敏[20]。国内报道，应用加巴喷丁可减少初级感觉神经元中JNK及其磷酸化的表达，并可减轻糖尿病神经痛大鼠的机械性痛觉过敏[29]。Chen等[30]研究发现，谷氨酸可增加初级神经元中JNK的磷酸化水平。脊髓中JNK的激活需要NMDAR参与[31]。另外，文献报道星形胶质细胞中JNK的活化由脊髓后角神经元中的NMDAR介导，参与神经痛的发生[32, 33]。
p38也参与外伤后神经痛、炎性疼痛及糖尿病神经痛的发生[34]。皮下注射辣椒素产生疼痛的同时可以引起注射周围皮肤p38表达增加，使用p38抑制剂SB203580则可起到镇痛作用[35]。在持续的术后痛、周围神经痛、中枢神经痛及STZ诱导的糖尿病性神经痛等的动物模型中，可观察到脊髓后角的小胶质细胞中p38的磷酸化水平上调[36]。Price等[37]报道STZ 糖尿病大鼠，经p38抑制剂SB239063灌胃可预防神经传导速度的降低。柯昌斌等[38]发现随病程延长，糖尿病大鼠脊神经节和脊髓p38的磷酸化水平逐渐升高，病理性疼痛加重；给予p38抑制剂SB203580能够改善病理性疼痛，但NMDAR表达未受影响，给予NMDAR抑制剂MK-801，NMDAR和p38表达均被抑制，提示NMDAR位于p38MAPK通路上游，NMDAR是p38重要的激活因素。
以上研究均表明MAPK家族可能是NMDAR的下游信号，与NMDAR共同参与PDN的发生与发展。
3.2 GSK-3β糖原合成激酶-3(glycogen synthase kinase-3,GSK-3)是具有多种功能的丝氨酸/苏氨酸激酶，主要参与糖原的分解合成，调控神经元生长、增殖及分化等。GSK-3β能够影响突触可塑性，调控神经元NMDAR和AMPAR的运输及功能。近来研究发现，在瑞芬太尼诱导的大鼠痛觉过敏模型中，脊髓后角NR1和NR2B活化水平上调，GSK-3β激酶活性增强。GSK-3β抑制剂TDZD可降低瑞芬太尼引起的热痛敏和机械痛敏，并下调NR1和NR2B的表达[39]；GSK-3β不仅能调控NMDAR的转运，还可促进神经元突触前膜谷氨酸突触囊泡的释放[40]。GSK-3β可能通过上调NMDAR及其下行通路的活性参与PDN的发生。
3.3 Caveolin-1陷窝蛋白-1(caveolin-1)是细胞膜微囊的主要蛋白，参与胞质转运、信号转导等过程。有研究显示，在前扣带回灰质的神经元中，caveolin-1通过促进NR2B及其下游的ERK/CREB信号通路的激活使得前扣带回灰质神经元敏化、行为敏化，进而参与慢性神经痛[41]。另外，国内有研究发现caveolin-1表达下降可能通过加剧TLR4/MyD88依赖性通路介导炎症瀑布反应参与糖尿病周围神经病的发生[42]。
综上所述，NMDAR及其相关信使参与痛性糖尿病神经病变的发生和发展，其机制的探讨可能为PDN的治疗提供新靶点。
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