阿片镇痛耐受和痛觉过敏的相关性研究

阿片镇痛耐受和痛觉过敏的相关性研究

高等教育反应是指服用阿巴药物后，其镇痛作用逐渐减少，甚至消失。为了获得相同的镇痛效果，需要逐渐增加阿片类药物的剂量。痛觉过敏(hyperalgesia)是指外周组织损伤或炎症导致的对伤害性刺激产生过强的伤害性反应,或对非伤害性刺激产生伤害性反应即痛觉异常(allodynia)。现在研究表明,这两个表面上并不相干的概念之间存在着密切的联系。有人甚至认为,阿片耐受产生的原因是由于长时间使用阿片类药物引起的痛觉过敏对抗了阿片类药物的镇痛作用(Gutstein.1996)。这一观点虽有一定的片面性,但使人们认识到阿片耐受和痛觉过敏并非两个孤立的病理过程。二者涉及的一个共同基础——伤害性信息调制,使它们之间的联系成为可能。随着对这两个病理过程机制探讨的深入,发现在二者的形成和发展中存在着一些共同的机制,如NMDA受体的激活、第二信号转导系统及NO的作用、中枢敏感化和神经元可塑性改变等。本文就它们共同的神经生物学基础进行综述,为更好地理解痛觉生理及阿片耐受机制提供帮助。一、fos在伤害性刺激和学习中的作用“阿片耐受伴随着一种潜在的痛觉过敏(latenthyperalgesia)”的观点较为确切地说明了阿片耐受和痛觉过敏之间的关系。所谓的“潜在性”是指阿片耐受导致的痛觉过敏需要某种刺激激发,或同等刺激诱发的痛觉过敏,在阿片耐受个体的表现要远强烈于非阿片耐受个体。Laulin等(1999)在大鼠急性和慢性海洛因镇痛耐受模型上,发现耐受大鼠对机械性和温热刺激的痛觉阈值明显降低,此现象与外周组织损伤或炎症导致痛觉过敏时,痛觉阈值降低相似;Rohde等(1997)的研究表明,阿片耐受显著增加福尔马林痛敏大鼠的缩爪(flinch)现象;在阿片耐受纳洛酮催促的戒断大鼠,不仅表现出痛觉阈值的降低,而且出现明显的痛觉异常现象,如触觉痛(touch-evokedpain)。Fos是由能对外界刺激快速作出反应的即刻早期基因(immediateearlygene)c-fos编码的一种核蛋白。Fos在中枢神经系统某些部位(如脊髓背角)的表达可作为伤害性刺激的一个标志;有研究表明,Fos在背角表达的数量与伤害性刺激的强度呈正相关。也可作为镇痛药物有效性的一种标志,如预先注射吗啡可抑制福尔马林刺激诱发的背角Fos表达,且存在明显的量效关系。此外,它还可作为细胞水平神经元活动程度的指标。Rohde等研究发现,福尔马林致痛的吗啡耐受大鼠较福尔马林致痛的正常大鼠脊髓背角Fos表达显著增加,不仅表现为数量上的增加,且在分布上已不局限在同侧(刺激侧)背角浅层(Ⅰ、Ⅱ)和颈部(Ⅴ、Ⅵ)(伤害性感觉传入Aδ、C纤维末梢的终止所在),在同侧全层和对侧均有分布;纳洛酮催促戒断大鼠,在不给予任何刺激情况下,两侧背角也出现大量Fos表达。以上实验说明,阿片耐受时背角神经元兴奋性增加(兴奋阈值降低),在存在刺激的情况下,一方面对伤害性刺激的反应增强,另一方面将非伤害性刺激易化为伤害性刺激,最终导致神经元活动增加,Fos表达增加。利用电生理的方法进一步证实这种观点,痛觉过敏时背角神经元对各种刺激(包括伤害和非伤害性刺激)诱发的和自发的放电频率均明显增加;象痛觉过敏一样,阿片戒断时背角及背根神经节神经元自发放电频率也明显增加(Ennis.1998)。以上行为学、形态学以及功能指标都为“阿片耐受伴随着一种潜在的痛觉过敏”的观点提供了有力的证据。二者之间的联系和影响是相互的。研究表明,预先存在的痛敏状态或在给予阿片时伴随伤害性刺激也可影响阿片耐受的发展。Vaccarino等报道,福尔马林痛敏大鼠吗啡耐受明显减轻;在给予吗啡同时予以伤害性刺激可抑制吗啡耐受的发展。其机制现在仍不完全清楚,可能与伤害性刺激激活内源性阿片肽、抗阿片肽以及糖皮质激素系统有关。二、髓髓内纤维与阿片受损脊髓背角是伤害性信息传导通路的第一级中转站,由Aδ、C纤维传入的伤害性信息,通过背角上行投射神经元传递到上位高级中枢;同时,背角又是一个重要的痛觉调制中枢,除为脑干下行抑制系统提供执行场所外,还可通过自身中间神经元来调制伤害性信息的传递。现已阐明,阿片类药物的镇痛机制,一是激活背角阿片肽能中间神经元;二是激活中脑导水管周围灰质(PAG)的阿片受体,通过兴奋脑干下行抑制系统作用于背角神经元,通过这两条途径发挥其突触前抑制作用——减少神经递质释放,和突触后抑制作用——抑制伤害性信息上传,从而产生镇痛。研究表明,凡能影响脊髓水平伤害性信息调制的神经递质/受体系统,也都参与了阿片耐受的形成和发展。脊髓水平给药可抑制阿片耐受,减轻阿片戒断症状,也可诱发某些戒断症状。Delander等认为,脊髓是阿片耐受产生的关键部位。在阿片耐受的研究中,多数行为学实验是以甩尾反射作为痛反应指标,而甩尾反射是一个单纯的脊髓反射,不需脊髓上神经系统的参与,它反应伤害性信息在脊髓水平的整合作用,说明脊髓是许多药物抑制阿片耐受的作用位点之一。因此,有理由相信,脊髓背角不但是伤害性信息调制的场所,也是阿片耐受产生的重要形态学基础。三、nmda受体抗剂兴奋性氨基酸受体特别是NMDA受体在痛觉过敏的产生和维持中发挥重要作用,它的激活是启动胞内级联放大效应,导致正反馈性神经元兴奋性升高的关键环节。全身或鞘内应用竞争性或非竞争性NMDA受体拮抗剂可抑制外周组织损伤或炎症所致的伤害性反应,拮抗神经痛引起的痛觉阈值降低;NMDA受体拮抗剂可阻断反复刺激C纤维导致的背角神经元“windup”现象;利用离子微透析和电生理技术研究发现,NMDA和Glu可兴奋背角神经元,提高背角神经元对伤害性和非伤害性刺激的反应,扩大神经元的接受域(receptivefield);鞘内应用NMDA或Glu在行为上产生NMDA受体拮抗剂可阻断的痛觉过敏或痛觉异常现象(Coderre等.1993)。Trujillo等(1991)首次报道,NMDA受体拮抗剂MK801本身不产生镇痛,也不影响吗啡的镇痛作用,但却能明显抑制吗啡镇痛耐受(以甩尾反射作为痛反应指标),在其他竞争性或非竞争性NMDA受体拮抗剂也得到同样的结果;进一步的研究显示,MK801抑制吗啡耐受的位点是在脊髓水平。Trujillo的工作开辟了阿片耐受研究的新领域,此后,NMDA受体和阿片耐受的关系得到更为广泛和深入的研究。Kolesnikov等报道,在缺乏NMDA受体的129/svev小鼠,长时间使用μ、δ受体激动剂不再产生镇痛耐受;在CD1小鼠预先给予NMDA可降低吗啡的镇痛作用,加速其耐受的产生,而在129/svev小鼠则无此效应。LeGuen等(1999)研究表明,NMDA受体拮抗剂与吗啡合用9天后,急性应用吗啡仍能有效抑制角叉菜胶诱发的脊髓背角Fos表达,该实验为NMDA受体参与阿片耐受提供了形态学依据。电生理研究表明,脑室内注射NMDA受体拮抗剂能阻断阿片戒断时蓝斑核(LC)神经元自发放电增加。Dunbar等发现反复阿片自然戒断可引起由NMDA受体介导的痛觉过敏。这些实验都充分说明了NMDA受体的激活在阿片耐受中发挥重要作用。NMDA受体既参与了痛觉过敏又参与了阿片耐受,但其激活和维持激活机制存在差异。在痛觉过敏中,外周组织损伤或炎症可通过激活Aδ、C纤维在背角大量释放Glu和SP,Glu可直接激活突触后膜的NMDA受体;而SP激活突触后膜的NK-1受体后,通过G蛋白活化PLC,在PLC的作用下,PI水解生成IP3和DG,IP3动员内质网内Ca2+释放,DG进一步激活PKC,PKC转位至细胞膜磷酸化NMDA受体,使NMDA受体的兴奋性升高和Ca2+内流增加。NMDA受体激活后又可进一步活化PKC,而Ca2+浓度的升高也可影响PKC的活性,从而形成一种正反馈;此外,Glu还可通过代谢型谷氨酸受体(mGlu1和mGlu5)激活PKC。而在阿片耐受中,一方面通过激活μ受体,使PKC活性提高和转位;另一方面长时间使用阿片后,cAMP/PKA通路上调,通过胞内信使系统间的“crosstalk”作用,激活胞内的蛋白激酶系统,磷酸化NMDA受体使其兴奋性升高;磷酸化离子通道,使细胞膜兴奋性升高;在这种状态下给予外界刺激(如伤害性刺激、阿片戒断等),引起NMDA受体的过度兴奋,导致痛觉过敏。四、pkc激动剂治疗的安全性和痛觉异常NMDA受体兴奋导致胞内Ca2+浓度增加或直接激活G蛋白偶联受体,启动胞内第二信号转导系统,通过激活相应的蛋白激酶磷酸化底物蛋白,发挥生理或病理效应。它们的功能包括:(1)磷酸化离子通道,介导静息膜电位变化,促进膜去极化,提高神经细胞兴奋性;(2)磷酸化受体蛋白,提高受体兴奋性;(3)调节神经递质释放;(4)调节基因表达,介导外界刺激引起的神经系统长期适应性变化。多途径激活胞内第二信号转导系统在阿片耐受和痛觉过敏的维持和发展中起重要作用。(一)cAMP/PKAcAMP/PKA通路在阿片耐受中的作用早已为人们认识。cAMP水平上调和戒断时的超射(overshoot)现象被认为是阿片耐受和戒断反应的生化基础。大量研究表明,cAMP/PKA通路也参与伤害性信息调控和痛觉过敏形成。Wang等(1993)报道,鞘内应用cAMP类似物可拮抗μ、δ受体激动剂的抗伤害作用,也可产生机械性痛觉过敏;用微透析在脊髓注射PKA拮抗剂H8可抑制外周注射辣椒素引起的STT神经元敏感化和机械性痛觉阈值的降低(Sluka等.1997)。这些实验说明脊髓水平cAMP含量增加可引起痛觉过敏,且和cAMP激活PKA有关。这可能也是阿片耐受中产生潜在痛觉过敏的主要原因之一。(二)DG/PKC前文已提到NMDA受体与PKC通路之间的关系。可以看出,阿片耐受和痛觉过敏中神经元的背景(background)高反应性的主要原因是PKC的激活。此外,PKC的激活还可引起c-fos的表达,引起神经元长时程适应和可塑性改变。行为实验证实,PKC激动剂可增强伤害性刺激引起的伤害性反应,PKC抑制剂能减轻化学和温热刺激引起的反应,逆转外周注射辣椒素导致的机械性痛觉异常;与行为学结果一致,痛敏大鼠脊髓板层Ⅰ~Ⅵ,特别是Ⅰ~Ⅱ层膜结合PKC或转位到膜上的PKC明显增多(Coderre等.1992,Mao.1993);Palecek等(1999)利用离体脊髓片和在体微透析研究表明,PKC激动剂佛波酯(phorbolesters)能提高静息状态和辣椒素刺激引起的背角Glu、SP、CGRP等与伤害性信息传递密切相关的神经递质或神经肽释放;佛波酯或细胞内注射PKC可提高背根神经节NMDA和非NMDA电流,增加STT自发放电和对伤害性和非伤害性刺激的反应;缺乏PKCγ的小鼠对急性痛刺激反应正常,但坐骨神经结扎不再表现出痛敏现象,进一步说明PKC在痛觉过敏的维持中发挥作用(Malmberg.1997)。以上实验为PKC参与伤害性信息调制和痛觉过敏的中枢敏化机制提供了有力的证据。PKC也参与了阿片耐受的发展。PKC转位抑制剂神经节苷酯(GM1)能抑制吗啡耐受,减轻戒断症状;Mao等(1995)报道吗啡耐受大鼠背角PKCγ的免疫反应活性明显升高,以Ⅰ~Ⅱ层为甚,且可被MK801阻断,提示阿片耐受时PKC活性的升高与NMDA受体的激活有关。(三)NO/cGMP虽然二者在NMDA受体激活机制上存在差异,但因此而导致的胞内效应却有诸多相似之处。NMDA受体激活后,Ca2+内流增加;以及磷脂酰肌醇通路中的IP3动员胞内钙库释放Ca2+,使胞内Ca2+浓度显著升高。Ca2+可结合到CaM上的钙结合位点,生成具有活性的Ca2+/CaM复合体,进一步激活NOS,生成NO。一般认为,NMDA受体和NO是紧密相连的,NO的产生有赖于NMDA受体的激活,而NMDA受体的效应部分是通过NO介导的,NO还作为一种逆行信使弥散至突触前膜增加神经递质的释放,进一步易化NMDA受体。在CD1小鼠预先给予NMDA可降低吗啡的镇痛作用,而在缺乏NMDA受体的129/svev小鼠则无此效应;如果给予外源性的NO供体,吗啡在两种小鼠中的镇痛作用均减弱,提示NMDA受体激活后的效应可能部分通过NO介导;利用在体微透析和基因敲除技术研究发现,NOS基因敲除的小鼠,K+刺激引起的Glu释放明显降低,说明NO对Glu释放具有调节作用。NO产生后与细胞内可溶性鸟苷酸环化酶(GC)上的血红素基团结合,使其成为活化形式,激活的GC使细胞内产生大量的cGMP,从而产生一系列生物效应。形态学研究表明,外周伤害性刺激(福尔马林、辣椒素、角叉菜胶等)可增加脊髓背角NADPH-d阳性神经元数目,其变化与Fos表达相平行,且出现Fos/NADPH-d双标神经元;Qing等(1999)用微透析和电生理证实,提高脊髓NO水平可长时间易化背角WDR和STT神经元对伤害性和非伤害性刺激的反应;外周注射辣椒素可增加脊髓NO产量,同时敏化STT神经元,该作用可被NOS抑制剂拮抗;鞘内注射NO前体或供体,行为上可产生痛觉过敏现象,应用NOS抑制剂则可减轻外周组织损伤或炎症引起的痛觉过敏。以上实验提示,NO参与了伤害性信息调制和痛觉过敏的形成和发展。NO在阿片耐受中的作用也被大量实验证实。NOS抑制剂可抑制阿片耐受,减轻阿片戒断症状;NO前体或供体则可加速阿片耐受的产生(Jimmy.1998);利用原位杂交和免疫组化方法显示,吗啡耐受大鼠脊髓NOSmRNA表达水平增高,NOS抗体阳性反应神经元数目增多,提示长期吗啡处理后NOS合成增加;我们的研究表明,吗啡耐受增加福尔马林致痛大鼠脊髓水平NADPH-d、Fos和Fos/NADPH-d双标神经元表达,推测吗啡耐受大鼠脊髓NOS处于潜在高活性(latenthyperactivity)状态,某种刺激(如福尔马林致痛或纳洛酮催促戒断)可激活这种状态,产生大量NO,从而参与介导吗啡耐受和戒断的行为学表现,而这种潜在