骨癌痛模型研究进展

骨癌痛模型研究进展

癌症疼痛是大多数临床肿瘤患者的症状之一，也是破坏患者生活质量的重要因素。原发性或者转移性肿瘤引起的疼痛会随着肿瘤的发展不断加重。癌痛表现主要有3种:持续性疼痛,自发间歇性疼痛和活动诱发的突然性疼痛(breakthroughpain)。在骨癌痛过程中也会出现这3种疼痛状态。其中持续性疼痛是骨癌痛最常见的始发症状,这种持续性疼痛开始表现为钝痛,随着时间的变化出现持续性跳痛并且不断加重,而且活动也能使疼痛加重;当骨内肿瘤灶进一步发展,会出现间断性自发产生的更严重的疼痛;突然性疼痛常见于身体重心下降及受损肢体活动后。虽然在临床上阿片类镇痛药等多种方法可用于骨癌痛的治疗,但由于存在疗效短暂以及药物的副作用等问题,仍有相当一部分骨癌痛不能得到理想控制。临床用于治疗突然性疼痛的阿片类药物所需的剂量极高,而高剂量又产生了多种副作用,例如:呼吸抑制、嗜睡和便秘等,严重影响肿瘤病人的生活质量。因此如何更有效的治疗骨癌痛成为目前临床急需解决的问题,而发展新疗法的最大障碍在于目前对癌痛发生发展的机制了解尚少。近年来骨癌痛动物模型的建立并且逐渐成熟,促进了对骨癌痛机制的深入研究,为开发治疗骨癌痛的新药物提供了新的思路和理论依据。外周敏化(peripheralsensitization)和中枢敏化(centralsensitization)是包括癌痛在内的慢性痛发病的主要机制。肿瘤局部微环境中的多种炎症介质、低pH值等因素以及后期周围神经损伤等都会引起伤害性感受器的异常兴奋,导致外周敏化效应,进而导致中枢敏化。1动物骨癌痛模型疼痛出现于多种疾病过程中,动物疼痛模型的建立对阐明疼痛的发病机制以及探讨药物作用原理都具有重要意义,近年来出现的动物骨癌痛模型为研究骨癌痛的机制提供了良好的条件。1.1小鼠骨癌痛觉超敏试验在C3H/HeJ小鼠股骨骨髓腔内,注射小鼠溶骨型骨肉瘤NCTC2472细胞,造成小鼠骨癌。手术后5d可以出现自发痛(自发性缩足)和痛觉超敏(allodynia)。这种模型与人类癌症诱发的骨痛有相似的临床表现。1.2小鼠跟骨骨髓腔内注射与小鼠股骨癌痛模型相似,同样用NCTC2472细胞注射到小鼠跟骨骨髓腔内。手术后6d可以观察到骨质破坏,自发痛、机械性痛觉过敏(hyperalgesia)和冷痛觉超敏。1.3骨癌痛模型的建立2002年国外有研究人员将乳腺癌细胞MRMT-1接种于Wistar大鼠胫骨内造成骨癌痛模型,这一模型被普遍认同并得到广泛应用。2006年笔者所在研究小组将大鼠乳腺癌Walker-256细胞接种于Wistar大鼠胫骨骨髓腔内也造成骨癌痛模型,并且简化了模型制作方法,提高了大鼠的存活率。接种后4d,发生机械性痛觉超敏和痛觉过敏;接种肿瘤细胞12d时可以观察到骨质降解。原发性和转移性骨肿瘤都会出现严重的疼痛。随着病程的发展,患者可以出现不同程度的痛觉过敏和痛觉超敏。上述骨癌痛模型,与临床症状相似,为研究骨癌痛的发生发展机制提供了有利条件。2知识的释放和损伤痛觉异常初级伤害性感觉神经元位于脊髓背根神经节(dorsalrootganglion,DRG),可将各种伤害性刺激信息转化为电化学信号转导至中枢。在持续的外周刺激下,DRG神经元发生可塑性变化,外周神经敏感性增加,痛阈降低,产生痛觉过敏和痛觉超敏。炎症反应、神经末梢病变、其他组织损伤可造成伤害性刺激传入信息增多,从而引起疼痛。其中炎症反应释放的化学物质(如前列腺素等)可激活A-δ和C类传入纤维,使伤害性感受器的阈值下降,形成外周敏化。初级感觉神经元的敏化在痛觉过敏和痛觉超敏过程中发挥着重要作用。敏化过程中,神经元对刺激的反应发生变化,轻微的伤害性刺激也被认为是强烈的刺激(即痛觉过敏),甚至于非伤害性刺激被认为是有害刺激(即痛觉超敏)。敏化后,损伤区周围的阈下非伤害性刺激也成为伤害性刺激。与骨髓、骨和骨肿瘤相比,骨膜拥有较多的神经支配。分布在骨膜的初级传入纤维是Aδ和C类传入纤维,以C类纤维占多数。C类纤维是细的无髓的纤维,传导速度较慢,一般仅为1~2m/s,多传导灼痛和钝痛。Aδ类纤维是一种有髓纤维,传导速度为15~30m/s,一般认为多传导刺痛。所以当骨肿瘤生长造成骨膜受损时,患者可以感受到剧烈的刺痛,也会出现定位比较模糊的钝痛。对以上动物模型的研究表明,肿瘤细胞释放的物质和肿瘤本身由于压迫等原因引起的初级传入神经损伤同时发生,导致了疼痛状态的出现;同时,破骨细胞的活化,分布在初级传入神经元上的离子通道的变化也有可能参与了骨癌痛过程。2.1nd与rakenl在肿瘤发展过程中,骨质溶解是由于破骨细胞活化造成的。而破骨细胞的活化是由于成骨细胞及间质细胞上的核因子κB受体活化配体(receptoractivatorfornuclearκBligand,RANKL)与破骨细胞及其前体细胞表面受体RANK(receptoractivatorofNF-κB)结合形成的。研究显示RANKL的抑制剂OPG(osteoprotegerin)通过抑制破骨细胞的活化而缓解疼痛。还有研究表明,破骨细胞的抑制剂BPs(bisphosphonates)也可以减轻骨痛。这些研究提示破骨细胞可能参与了骨癌痛过程。在骨癌痛大鼠模型中,患侧破骨细胞大量增殖,并且分泌一些生物活性物质造成骨质破坏,同时邻近组织微环境呈酸性,H+激活初级感觉神经元上的酸敏感性离子通道(acid-sensingionchannels,ASICs),从而引起痛觉过敏。2.2tnf-类抗剂恶性肿瘤细胞及肿瘤周围组织可以分泌前列腺素(prostaglandins,PGs),各类细胞因子,ATP,内皮素(endothelin-1,ET-1),神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)和肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)等,通过各自的受体激活伤害性感受器。在肿瘤含氧量低的区域可检测到由于细胞溶解而释放的细胞因子,这些细胞因子通过激活伤害性感受器而导致痛觉过敏。研究表明,与肿瘤相关的巨噬细胞最高可以占肿瘤体积的80%,而巨噬细胞和其他炎性细胞可以释放COX-2(cycloxygenase-2)和/或NGF。在骨癌痛早期非甾体抗炎药(non-steroidalanti-inflammatorydrugs,NSAIDs)可以明显减弱疼痛,提示炎性细胞参与了骨癌痛过程。这些细胞因子和炎性细胞释放的物质,可以直接或间接地敏化或活化初级感觉神经元,形成痛觉过敏。上述这些结果提示,骨癌痛过程与炎症痛过程有相似之处。神经细胞及非神经细胞,包括肿瘤细胞都可以分泌ET-1。在肿瘤骨转移过程中ET-1大量出现,并且与骨癌痛有关。在骨癌痛中出现的痛觉过敏部分是由于ET-1选择性敏化和/或活化了含有ET-1受体(也称endothelin-Areceptor,ETAR)的初级传入伤害性感受器造成的。使用ET-1受体拮抗剂可以阻断痛觉过敏,提示ET-1参与了骨癌痛过程。NGF参与癌痛过程与多种分子和蛋白有关,包括神经肽,如P物质和降钙素基因相关肽(calcitoningenerelatedpeptide,CGRP)等;受体,如缓激肽受体等;离子通道,如P2X3,瞬时受体电位香草酸亚型1(transientreceptorpotentialvanilloidtype1,TRPV1),ASIC-3,部分钠通道等;激活转录因子(activatingtranscriptionfactor3,ATF3)等等。这些因素的协同作用,会导致疼痛信号被放大。TNF-α也参与了骨癌痛的发生发展过程。Wacnik等的研究发现,给正常小鼠足底注射TNF-α可以产生机械性痛觉过敏,提示TNF-α可以兴奋或敏化初级传入纤维。在小鼠骨癌痛模型上注射TNF-α的受体拮抗剂可以部分阻断肿瘤导致的痛觉过敏,提示TNF-α参与了骨癌痛的过程。并且有体外研究表明,肿瘤细胞产生的TNF-α可以刺激破骨细胞活动及骨再吸收作用,TNF-α拮抗剂可以抑制肿瘤激活的破骨细胞的活动,减轻骨癌痛。研究表明IL-1β(interleukin-1β)参与了损伤引起的炎症痛过程,并与炎症痛中出现的痛觉过敏有关。在癌痛过程中,IL-1(interleukin-1)同样也参与了痛觉过敏的形成。IL-1参与癌痛的机制可能是通过直接刺激破骨细胞的前体细胞分化或间接引起RANKL的表达上调而引起痛觉过敏。2.3癌痛状态小鼠atf3的表达变化在肿瘤生长过程中,肿瘤细胞逐渐接近并压迫、损伤外周神经,最终影响感觉神经元,造成初级感觉神经元敏化,出现持续痛和痛觉超敏。研究表明,癌痛状态下支配骨的感觉神经元中CGRP或NGF200(nervegrowthfactor200)的表达下降;作为受损神经元的标志物,ATF3的表达在癌痛模型小鼠中可出现明显的上调。这些改变提示骨癌痛过程与神经痛过程有相似之处。2.4nav1.8在骨癌痛模型中的表达大量电压门控离子通道在初级传入神经元上表达,这些通道对神经元细胞膜动作电位的产生和维持非常重要。在肿瘤骨转移的过程中,这些离子通道的变化可能参与了骨癌痛的形成与维持。电压门控阳离子vanilloid受体1(transientreceptorpotentialvanilloidtype1,TRPV1,也被称为vanilloidreceptor1,VR1)是外周神经末梢传导伤害性感觉的受体,TRPV1受体选择性表达于无髓鞘的C类传入纤维上,可以被辣椒素、热刺激和酸性环境活化,造成初级传入神经敏化。在骨癌痛中TRPV1的活化具有重要的作用,这种作用与破骨细胞及肿瘤诱导的组织酸中毒有关。在骨癌痛发生时,一方面,骨破坏和骨形成过程中有明显的破骨细胞的增殖和肥大,导致细胞酸性微环境,或者当肿瘤坏死时产生的酸性环境,可以增加TRPV1通路的兴奋性;另一方面,缓激肽,ATP,NGF等导致TRPV1的敏化。在癌痛模型中,TRPV1的拮抗剂capazepine可以逆转热痛觉过敏,提示TRPV1的敏化参与了骨癌痛的过程,因此TRPV1的拮抗剂有可能成为治疗骨癌痛的新手段,用于临床癌痛病人的治疗。电压门控钠离子通道Nav1.8表达于初级感觉神经元的胞体和轴突,介导TTX-R(河豚毒素不敏感)钠电流,参与组织或神经损伤后DRG神经元自发动作电位和异常放电等活动,在外周神经的敏化过程中具有