文摘
慢性疼痛影响~全世界人口的20%。慢性疼痛的临床管理主要是缓和和结果在有限的成功。目前的治疗主要是针对症状或慢性疼痛的神经信号。已经越来越认识到,神经胶质细胞,如小神经胶质细胞和炎症信号在慢性疼痛的发病机制中发挥重要作用。还存在(casp)是一个家庭的蛋白酶酶参与细胞凋亡和炎症。他们是各种神经系统疾病的关键组件。然而,很少有人知道在小胶质casp调制的作用,慢性疼痛。特别是,我们最近的研究表明,CASP6通过小胶质炎症信号调节慢性疼痛。抑制小胶质细胞和CASP信号可能为预防和治疗提供一个新的策略的慢性疼痛。
1。介绍
疼痛的定义是一个不愉快的感觉和情绪体验与实际或潜在的组织损伤相关。急性疼痛是短暂的和作为对身体疾病或威胁的警告。相反,慢性疼痛是一个持久的和衰弱条件很少有治疗方案。慢性疼痛包括arthritis-induced疼痛、癌症疼痛、化疗所致疼痛,糖尿病患者疼痛,偏头痛,纤维肌痛,炎症和神经性疼痛(1]。在本文中,我们将主要呈现研究涉及炎症动物模型(如注射促炎的解决方案,比如卡拉胶和完全弗氏佐剂)和神经性疼痛(例如,周围神经损伤,如没有神经损伤或慢性收缩损伤)。先前的评论发表的详细描述和限制使用这些动物模型来研究慢性疼痛(2- - - - - -5]。
炎症性疼痛和神经性疼痛的特点是自发和诱发疼痛。典型的诱发疼痛包括痛觉过敏(增加对疼痛刺激反应)和异常性疼痛(痛苦的反应通常无害的刺激)。特别是,机械或触觉异常性疼痛可能是最常见的炎症和神经性疼痛动物模型观察症状。两个主要的神经机制构成这症状:中枢敏化和去抑制6]。中枢敏感化代表一个背角的神经元的兴奋过度,这样他们突触输入的响应增加,包括调制NMDA和AMPA受体在脊髓神经元。门冬氨酸直接激活脊髓注射的背角NMDA受体和结果机械触诱发痛(7]。去抑制的特点是减少脊髓神经元抑制GABA和甘氨酸的有效性。药理GABA的封锁或glycine-mediated脊髓抑制也生产机械触诱发痛(8]。兴奋和抑制性影响脊髓神经元之间的平衡回路中扮演着关键角色保持生理上的疼痛反应。炎症或神经损伤会导致增加励磁和/或减少抑制导致神经兴奋性增强,从而表现为慢性疼痛。
当前慢性疼痛的治疗包括抗抑郁药、抗惊厥药、钠通道阻滞剂,NMDA拮抗剂和阿片类药物。然而,这些药物只目标神经通路或症状和副作用是有限的。例如,阿片类药物往往伴随着副作用如呼吸道抑郁、镇静,恶心、呕吐、便秘、依赖,宽容,和上瘾9]。因此,迫切需要新的治疗靶点。最近,几项研究已经强调nonneuronal的作用机制、免疫和神经胶质等规定,在慢性疼痛。的确,现在被广泛接受的考虑慢性疼痛作为一种神经免疫疾病(10- - - - - -13]。特别是神经损伤诱发显著激活脊髓的神经胶质细胞和神经胶质细胞激活导致中枢敏感化和去抑制促炎介质(14]。神经胶质细胞抑制剂能够减弱慢性疼痛(15,16),并可能提供新的治疗途径。
小胶质细胞是突出的脊髓神经胶质细胞,导致慢性疼痛17,18]。在撰写本文时(2016年7月29日),在PubMed里搜索“小胶质细胞慢性疼痛”检索509篇文章,其中~ 20%在前12个月内发表。显然,小胶质细胞在慢性疼痛是一个热门话题和快速发展的研究领域。自然,在这种多样化和快速发展的研究,我们不可能涵盖所有的工作已经在过去二十年中,我们当然期望会有额外的进展综述发表的时间。我们向作者道歉,他们的工作我们还没有讨论。
在这次审查中,我们总结的主要信号通路参与还存在小胶质激活和慢性疼痛的重点是(casp)。特别是,潜在的小胶质机制和治疗方法的调制CASP6在慢性疼痛也进行了描述。
2。小胶质细胞信号和慢性疼痛
小胶质细胞是先天免疫细胞在中枢神经系统不断清除环境维护的使用他们的分歧的分支止血(18]。与神经损伤动物模型,小胶质细胞增殖,改变形状(例如,较大的细胞体和更少的影响),并增加小胶质标记的表达,如CD11b电离分子钙结合适配器1 (IBA1), CX3C趋化因子受体1 (CX3CR1)(图1(一))。然而,形态和表情的变化这些标记并不表明小胶质激活和参与疼痛的症状。值得注意的是,小胶质细胞增殖和IBA1表达增加非常有限的组织炎症或骨癌,但这些疼痛动物模型仍有效减毒的抑制小胶质信号(19,20.]。几项研究已经报道的小胶质磷酸化p38 (p-p38)在一些涉及神经损伤的动物模型的疼痛,脊髓损伤,formalin-induced急性炎性疼痛,术后疼痛和慢性暴露于阿片类药物(21- - - - - -27]。此外,这些研究也表明小胶质p-p38导致促炎细胞因子的生产,可以改变疼痛通路和p38抑制显著减弱疼痛。因此,脊柱的磷酸化p38可能代表一个更好的标志小胶质激活和参与疼痛与经典小胶质IBA1等标记。
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相当大的努力一直致力于理解小胶质细胞被激活的机制以及它们如何有助于慢性疼痛。近年来,许多neuron-microglia通路出现在慢性疼痛,包括趋化因子受体信号(例如,CX3CR1) [28),toll样受体信号(例如,TLR2和TLR4) (29日,30.),purinergic受体信号(例如,P2Y12R和P2X4R) (31日,32),酪氨酸受体激酶受体信号(例如,CSF1R) [33)(图1 (b))。
三磷酸腺苷(ATP)、趋化因子(CX3CL1和正无穷γ)和蛋白酶(MMP9和CASP6)释放的脊髓投射初级感觉神经元周围组织或神经损伤。ATP、趋化因子、蛋白酶诱导信号通过ligand-gated离子通道和G protein-coupled受体(GPCRs)。这些介质不是独特的初级感觉神经元和可能继发于小胶质激活。例如,CX3CL1释放需要的生产组织蛋白酶S(猫、溶酶体蛋白),由小胶质受体的刺激诱导P2X7R或CSF1R [33- - - - - -35]。刺激P2X7R也抒发il - 1的生产β通过猫和它的成熟和CASP136),可以进一步提高通过白介素受体IL1R[小胶质细胞激活37),这也是一个关键因素的超兴奋性疼痛的背角神经元(14]。il - 1β和地震也可以由小胶质CatB处理和CASP1/11炎性疼痛38),表明小胶质猫的重要作用和CASP慢性疼痛的信号。
可能最研究和良好的小胶质信号通路是TLR4信号通路。toll样受体已知能够调节先天免疫和应对不同的入侵的病原体和有关分子模式。例如,TLR4 associates脂多糖(LPS)从墙上的革兰氏阴性细菌。TLR4表达的主要是小胶质细胞和脊髓注射LPS-induced疼痛行为(39]。增加TLR4表达与神经损伤后疼痛的发展及其抑制明显变弱神经创伤性疼痛(40- - - - - -42]。值得注意的是,TLR4和TLR2-deficient老鼠证明减少小胶质反应性和减毒神经损伤后疼痛30.,40]。通常也被提出内源性损伤信号包括纤连蛋白和热休克蛋白。神经损伤后,一半是调节脊髓及其抑制变弱TLR4介导的痛苦(43]。
TLR信号,如上述信号,收敛磷酸化/活化增殖作用的蛋白激酶(MAPK), ERK和p38 [15]。特别是,p38是持续激活只在小胶质细胞,而ERK在激活小胶质细胞在神经损伤后的第一个星期44]。通常小胶质MAPK磷酸化导致相互依赖的快速激活转录因子,包括核factor-kB成员(NF-kB)和干扰素调节因子(IRF)家庭23,45,46]。这些因素可以在组合工作方式迅速表达数以百计的已知基因增加疼痛的敏感性,包括促炎细胞因子肿瘤坏死因子α、诱导一氧化氮合酶(间接宾语)和脑源性神经营养因子(BDNF)以及purinergic受体P2X4R P2Y12R [19,47,48]。特别是小胶质生产促炎细胞因子和神经营养因子可以进一步招募小胶质细胞,激活周围星形胶质细胞,促进中枢神经系统疼痛的敏感的电路(图1 (c))。
肿瘤坏死因子等促炎细胞因子α前列腺素,铂族元素2,il - 1β可以增加兴奋性突触传递的预处理和postmechanisms兴奋性突触增强谷氨酸的释放,增加了交易和调制AMPA和NMDA受体。同时这些细胞因子,包括il - 1β,铂族元素2il - 6,还可以减少或促进抑制性突触传递的损失(即。,去抑制)。此外,抑制性突触传递也可以逆转。小胶质释放生长因子脑源性神经营养因子会使性转运蛋白KCC2板我GABA阳性神经元导致胞内氯的积累,如这些抑制性神经元改变表型和变得兴奋49]。先前发表的评论和可用的更多细节关于这些机制15,18,50]。
3所示。半胱天冬酶信号和慢性疼痛
casp cysteinyl-aspartate-specific蛋白酶和最出名的触发凋亡细胞死亡(51]。casp通常出现在细胞活性前体与很少或没有蛋白酶酶活性。两个主要途径调节casp的激活。外在途径是引起细胞外的等候死亡配体(如肿瘤坏死因子α)跨膜死亡受体,而内在途径诱导细胞压力(如氧化应激)或损坏。这两个通路的激活可导致细胞凋亡发起者CASP2, 8, 9, 10和刽子手CASP3 6和7,或通过CASP1神经炎症,4、5、11 (52]。
一些慢性疼痛症状与肿瘤坏死因子的增加有关α和氧化应激的周边和中枢神经系统,这可能会导致(CASP激活和神经炎症11]。事实上几个casp调节小胶质激活也参与慢性疼痛19,36,38,53- - - - - -57)(图2(一个))。尽管外围抑制CASP1, 2、3、8和9显著减少炎症和神经性疼痛行为(56),外围的casp机制仍然是难以捉摸的。在这里,我们专注于中央CASP信号机制在慢性疼痛和小胶质激活,我们有一个更好的理解。在慢性疼痛,CASP激活脊髓导致细胞凋亡和神经炎症反应(例如,小胶质细胞激活)。
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周围神经损伤后,凋亡细胞中观察到的脊髓背角57]。这个细胞凋亡是由激活的抑制gaba ergic CASP3中间神经元的肤浅的背角,导致这些神经元的损失,减少脊髓抑制,神经性疼痛的出现。脊髓注入锅Z-VAD-FMK阻止CASP3激活半胱天冬酶抑制剂防止脊髓抑制凋亡细胞的数量,减少和缓解神经性疼痛。有趣的是,神经性疼痛的减轻Z-VAD-FMK比其停止,表明抑制性中间神经元的退化导致的慢性疼痛。然而,神经元激活CASP3和gaba ergic中间神经元的凋亡在动物模型中神经性疼痛是有争议的58]。特别是CASP3和凋亡信号已经被证明发生在同一边缘损伤后胶质细胞(58]。
是知之甚少的潜在贡献的casp神经胶质细胞功能和慢性疼痛。然而,它最近报道,颅内注射LPS诱导小胶质激活CASP3/7没有导致细胞凋亡,而是释放促炎介质和神经炎症55]。作为核心作用的进一步证据的CASP3/7小胶质激活,使用Z-DEVD-FMK(特定CASP3抑制剂)显著降低LPS-induced释放促炎介质的小胶质细胞。有趣的是,相同的脊髓交付抑制剂Z-DEVD-FMK或CASP3核变弱后神经性疼痛周围神经损伤(59]。这些疗法是否通过抑制细胞凋亡减弱神经性疼痛和/或神经炎症还有待调查。
CASP1当然CASP11发挥重要作用在调节神经炎症和增加在慢性疼痛4,38]。上面所提到的,短暂激活CASP1和CASP11成熟的促炎细胞因子发挥作用,如il - 1β和地震。最著名的活化剂CASP1 inflammasome,复杂的蛋白质(如nucleotide-binding域包含蛋白质NLRP1和NPLR3富亮氨酸重复,NLR家庭卡domain-containing蛋白质NLRC4和凋亡speck-like蛋白质包含CASP招聘域或短ASC)聚合的各种免疫和神经胶质细胞和炎症条件导致CASP1劈理(60]。尽管几种机制有助于脊髓注射LPS后触诱发痛,已经观察到这种治疗提高CASP1和ASC分泌提供的证据的介入inflammasome复杂(36]。此外,抑制CASP1通过Z-VAD-FMK阻止il - 1β释放和变弱LPS-induced触诱发痛。然而,和inflammasome复杂到什么程度是如何激活的小胶质细胞和慢性疼痛仍不清楚。
inflammasome复合物有很多变种,但最好的知道复杂包括激活NLRP3 [60]。然而,最近的一项研究使用NLRP3-deficient老鼠没有缺陷在调节的转录表达ASC, CASP1, il - 1β后脊髓注射LPS或之后intraplantar注射福尔马林或神经损伤后61年]。在周围炎性疼痛模型中,NLRC4 inflammasome复杂但不是NLRP3涉及il - 1β增加皮肤和行为反应62年]。同样,NLRC4而不是NLRP3脊髓il - 1可能参与处理β有限合伙人注射后或神经损伤。相比之下,小胶质NLRP3 / CASP1似乎参与慢性疼痛引起的神经损伤和长时间暴露于阿片类药物(63年),暗示的不同途径和贡献CASP1 inflammasome信号和各种神经炎症和慢性疼痛。
4所示。Caspase-6 Neuron-Microglia信号和慢性疼痛
CASP6广泛表达于大脑和周围神经系统。CASP6众所周知作为一个刽子手CASP并能坚持核结构蛋白(例如,核纤层蛋白)导致细胞凋亡和退化。CASP6参与神经退行性疾病,如亨廷顿和阿尔茨海默病(64年]。我们最近的研究表明,CASP6有着重要和nonapoptotic角色发展的慢性炎症和神经性疼痛动物模型(Berta CASP6)。
一些证据显示一个独特的角色CASP小胶质细胞激活和疼痛控制:(1)CASP6高度表达的初级感觉神经元的神经轴突的终止肤浅的背角(薄层i ii)的脊髓19,65年),(2)CASP6 coexpressed与降钙素基因相关肽(CGRP怎样),一个著名的肽参与炎症和疼痛(66年),(3)CASP6围绕小胶质细胞的身体和过程,和(4)脑脊液CASP6水平显著增加炎症后(19]。定义特定CASP6痛苦的作用,我们采用体内和体外的方法。
在各种动物模型体内结果很一致,表明CASP6抑制的Z-VEID-FMK(特定CASP6抑制剂)或删除可以减弱炎症和神经性疼痛(2014年贝尔,2016)。值得注意的是,特定的鞘内注射抗体CASP6的活性形式是有效地阻止formalin-induced疼痛。因为抗体有几个例外不穿透细胞(67年),这个结果进一步证明了细胞外CASP6痛苦的存在和作用。符合CASP6的细胞外行动,鞘内注射重组CASP6 (rCASP6)足以诱发疼痛症状,如机械触诱发痛。重要的是,治疗脊髓rCASP6没有产生轴突退化的迹象,我们没有发现肽能的轴突(CGRP怎样+)的损失或nonpeptidergic轴突贴上IB4背角(isolectin糖蛋白)。然而与二甲胺四环素预处理,小胶质抑制剂已被证明会减弱疼痛(68年),显著降低rCASP6-evoked机械触诱发痛,建议一个动作CASP6小胶质细胞。
体外实验表明,主要的刺激小胶质文化与rCASP6引起了重大和释放肿瘤坏死因子存在剂量依赖的相关性α,但很少或没有其他促炎细胞因子的释放,包括il - 6和il - 1β(19]。小胶质细胞的治疗的抑制剂p38镇压rCASP6-induced TNF -α释放,暗示p38 CASP6-triggered TNF -的重要作用α释放。损伤的脊髓肿瘤坏死因子-α也观察到小鼠CASP6缺乏与野生型相比控制后组织损伤和损伤(19,69年]。
从力学上看,rCASP6也足以提高自发兴奋性突触后电流(sEPSCs频率)通过小胶质和TNF -脊髓切片α信号(19]。最后,rCASP6-activated小胶质培养基sEPSC频率增加脊髓切片通过TNF -α。在一起,这些数据表明,CASP6从轴突释放终端调节小胶质肿瘤坏死因子-α分泌、突触可塑性和慢性疼痛(图2 (b))。
5。结论和未来的发展方向
数百万人遭受慢性疼痛,现在它被广泛的认为是一种神经免疫疾病。然而,目前的治疗只能缓解症状大多专注于阻塞神经传递。针对神经炎症,特别是小胶质信号可能会提供新的治疗策略更好的治疗慢性疼痛的11]。
脊髓小胶质细胞参与炎症的产生和神经性疼痛,术后疼痛,opioid-induced公差在啮齿动物。尽管人类研究建立了胶质激活使用功能性磁共振成像在慢性疼痛状态(70年),在后期脊髓71年),临床试验与抑制剂针对小胶质细胞,如二甲胺四环素(四环素抗生素)和propentofylline(中枢神经系统神经胶质调制器),表明在慢性疼痛没有或有限的承诺(15]。这些通用的小胶质细胞抑制剂是不可取的,因为它是有据可查的,小胶质细胞在神经炎症疾病中可以有多个表型与病理和保护功能18]。此外,非病理性小神经胶质细胞的免疫系统中的一个重要的角色,关键在维持和恢复生理稳态(72年]。因此,我们应该针对具体病理小胶质信号。
几个小胶质信号,casp承诺目标,减少神经炎症和慢性疼痛。组织和神经损伤后,casp不仅在细胞凋亡起着重要的作用,而且在越来越多的神经炎症反应包括小胶质细胞的激活。有越来越多的证据表明,CASP1、CASP6 CASP11激活参与小胶质细胞激活和成熟的促炎细胞因子在炎症和神经性疼痛条件19,38,53,63年]。抑制这些还展示了非凡的承诺在各种疾病模型包括痛苦的条件。例如,封锁的CASP6肽Z-VEID-FMK减少炎症和neuropathic-induced机械触诱发痛小鼠模型(19]。不幸的是,绝大多数的CASP抑制剂肽,往往缺乏选择性73年]。
我们的数据表明,CASP6从轴突释放终端调节小胶质肿瘤坏死因子-α分泌、突触可塑性和慢性疼痛(图2 (b))。因为这一独特的存在CASP6细胞外环境,我们假设CASP6可以有针对性的抗体。的确,formalin-induced二期疼痛是由脊髓抑制注入的中和抗体的活性形式CASP6 [19]。这个抗体的使用可以带来许多治疗优势肽抑制剂,包括选择性和可访问性。此外,新技术可以使抗体穿过血脑屏障(74年]。
值得注意的是,CASP6抑制机械触诱发痛变弱的男性,而不是女性,老鼠(69年]。虽然小胶质细胞增殖同样发生在雄性和雌性啮齿动物,据报道,消融的小胶质细胞和抑制小胶质信号减弱炎症和神经性疼痛只在男性,而不是女性(75年]。这些发现强调的重要性包括两性在基础研究和他们应该考虑未来的人体试验和临床实践。然而,小胶质细胞可能扮演不同的角色在慢性疼痛的不同阶段的发展以及在不同的慢性疼痛。值得注意的是,它已经表明,抑制小胶质信号在骨癌痛和脊髓损伤的动物模型有效地减弱慢性疼痛也在女性30.,76年]。
总之,鉴于我们的最新进展的速度升值,慢性疼痛作为我们理解神经免疫疾病和神经元之间的相互信号和小胶质细胞(例如CASP6信号),这是在现实的期待,新的和改进的治疗将成为可供临床慢性疼痛更成功的管理。
信息披露
Temugin Berta和Chul-Kyu公园cosenior作者。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是支持由瑞士(pblap3 - 123417和pa00p3 - 134165 Temugin贝尔)和韩国的资助卫生技术研发项目,卫生和福利部,大韩民国(HI14C1842 Chul-Kyu公园)。