毛元元 張衛(wèi)

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 麻醉科 河南 鄭州 450052)

·綜 述·

組蛋白修飾在神經(jīng)病理性疼痛中的作用研究進(jìn)展

毛元元 張衛(wèi)

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 麻醉科 河南 鄭州 450052)

組蛋白修飾；神經(jīng)病理性疼痛；表觀遺傳學(xué)

神經(jīng)病理性疼痛是一種由軀體感覺神經(jīng)受損或病變引起的疼痛，臨床表現(xiàn)有自發(fā)性痛、痛覺過敏和觸誘發(fā)痛等癥狀，部分患者也可出現(xiàn)痛覺減退、感覺遲鈍等[1-2]。神經(jīng)病理性疼痛的治療不盡如人意，目前所用藥物大多僅能緩解部分癥狀，而且長(zhǎng)期使用可能出現(xiàn)嚴(yán)重的副作用[3]。既往疼痛相關(guān)的研究主要集中于基因組學(xué)，但不能完全解釋神經(jīng)病理性疼痛患者的不同表型[4-5]。越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為，表觀遺傳調(diào)控參與了神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生和發(fā)展[6-7]。組蛋白修飾是表觀遺傳調(diào)控的主要方式之一，在神經(jīng)病理性疼痛中發(fā)揮重要作用。本文簡(jiǎn)要綜述組蛋白修飾的常見方式及其在神經(jīng)病理性疼痛中的作用研究進(jìn)展。

1 組蛋白修飾的簡(jiǎn)介

組蛋白是一類小分子堿性蛋白質(zhì)，與DNA共同組成核小體，也是構(gòu)成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)蛋白。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)可以通過組蛋白N端尾部的翻譯后修飾發(fā)生改變，這主要發(fā)生在組蛋白H3和H4，包括賴氨酸乙?；?、絲/蘇氨酸磷酸化、賴/精氨酸甲基化、泛素化和ADP-核糖基化等多種形式[8]。一般而言，乙?；土姿峄揎椏梢詼p弱組蛋白和DNA的親和力，使DNA更易與其他轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生作用，進(jìn)而起到轉(zhuǎn)錄激活的作用[9]。組蛋白的甲基化修飾既可發(fā)揮促進(jìn)基因表達(dá)的作用，也可以抑制基因的表達(dá)，主要取決于甲基化位點(diǎn)的不同。通常，組蛋白H3賴氨酸4、36和79位點(diǎn)(H3K4、H3K36、H3K79)的甲基化修飾可以促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄，而H3K9和H4K20的甲基化修飾則與基因表達(dá)受抑制有關(guān)[10]。因此，外界環(huán)境因素可以通過改變組蛋白修飾的方式調(diào)控基因表達(dá)。

組蛋白修飾的過程有多種酶參與。其中，組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferases，HATs)可以將乙?；D(zhuǎn)移至組蛋白尾端的賴氨酸殘基上，該反應(yīng)可以被組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)逆轉(zhuǎn)。已知的HDACs主要有4個(gè)亞家族——Zn2+依賴的亞家族Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和NAD+依賴的Ⅲ亞家族[11]。組蛋白的甲基化修飾是將甲基轉(zhuǎn)移至組蛋白的氨基酸殘基上，這就涉及組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(histone methyltransferases，HMTs)，包括賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶和蛋白精氨酸N甲基轉(zhuǎn)移酶兩大類[12]。組蛋白的甲基化修飾起初被認(rèn)為不可逆轉(zhuǎn)，但最近研究發(fā)現(xiàn)有多種組蛋白去甲基轉(zhuǎn)移酶存在[13]，說(shuō)明組蛋白的甲基化修飾是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。神經(jīng)病理性疼痛中研究最廣泛的即組蛋白的甲基化修飾和乙?；揎?，我們將在下文中進(jìn)一步闡述。

2 組蛋白修飾參與神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)控

2.1 組蛋白乙?；揎椗c神經(jīng)病理性疼痛 組蛋白的乙?；揎椏梢酝ㄟ^多種途徑參與神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)控。外周神經(jīng)損傷模型發(fā)現(xiàn)組蛋白H3和H4的乙?；桨l(fā)生改變，引起神經(jīng)元功能和疼痛感知相關(guān)的基因表達(dá)發(fā)生變化。慢性壓迫性神經(jīng)損傷可以引起大鼠脊髓致痛因子——腦源性嗜神經(jīng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)和環(huán)氧化酶Cox2的表達(dá)上調(diào)，給予姜黃素抑制HAT的活性，可以劑量相關(guān)性地抑制BDNF和Cox2基因啟動(dòng)子區(qū)對(duì)乙酰化組蛋白H3和H4的招募，同時(shí)緩解動(dòng)物的痛敏癥狀[14]。除痛覺過敏外，神經(jīng)病理性疼痛也可表現(xiàn)為感覺減退等陰性癥狀。研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)損傷可以引起動(dòng)物脊髓背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglia，DRG)內(nèi)Nav1.8表達(dá)下調(diào)，并產(chǎn)生C纖維相關(guān)的感覺減退癥狀，給予HDAC抑制劑后動(dòng)物的感覺異常癥狀得到改善，同時(shí)Nav1.8的乙?；缴遊15]。由此可知，組蛋白的乙酰化修飾與神經(jīng)病理性疼痛陽(yáng)性癥狀和陰性癥狀的產(chǎn)生均有密切聯(lián)系。

運(yùn)動(dòng)可以緩解神經(jīng)病理性疼痛，但其具體機(jī)制尚不清楚。最新研究發(fā)現(xiàn)部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎術(shù)可誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生觸誘發(fā)痛和熱痛覺過敏癥狀，同時(shí)脊髓背角內(nèi)HDAC陽(yáng)性的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增多，運(yùn)動(dòng)鍛煉后表達(dá)乙酰化H3K9的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少，同時(shí)動(dòng)物的痛敏癥狀也得到緩解，提示小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)乙?；揎梾⑴c神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)控[16]。

類似的，細(xì)胞周期依賴性激酶(cyclin-dependent kinase 5，Cdk5)在神經(jīng)病理性疼痛中的作用也與組蛋白的乙?；揎椨嘘P(guān)[17]。鞘內(nèi)注射Cdk5抑制劑有效緩解了神經(jīng)損傷引起的動(dòng)物痛敏癥狀，同時(shí)升高了Cdk5基因啟動(dòng)子區(qū)組蛋白H4的乙?；?，促進(jìn)Cdk5基因的轉(zhuǎn)錄，這一作用與CREB的磷酸化修飾有關(guān)[17]。Wnt/β-catenin信號(hào)通路參與神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生和發(fā)展，其機(jī)制與神經(jīng)損傷引起的脊髓背角內(nèi)Wnt3a基因啟動(dòng)子區(qū)H3乙酰化水平升高以及胞嘧啶甲基化水平降低有關(guān)[18]。這些研究共同說(shuō)明組蛋白的乙酰化修飾廣泛參與神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生和發(fā)展，可以在神經(jīng)系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)發(fā)揮基因表達(dá)調(diào)控的作用。

2.2 組蛋白甲基化修飾與神經(jīng)病理性疼痛 組蛋白的甲基化修飾也參與神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生和發(fā)展。Imai等[19]發(fā)現(xiàn)部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎可以顯著增高脊髓內(nèi)單核細(xì)胞趨化蛋白(monocyte chemotactic protein 3，MCP-3)的表達(dá)，同時(shí)MCP-3基因啟動(dòng)子區(qū)的H3K27me3的水平下降。這種神經(jīng)損傷引起的MCP-3蛋白的高表達(dá)主要發(fā)生在脊髓背角的星形膠質(zhì)細(xì)胞中。由于H3K27me3主要發(fā)揮抑制基因表達(dá)的作用，提示膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)疼痛相關(guān)基因的甲基化修飾參與神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)控。

DRG是連接外界環(huán)境刺激和神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)傳遞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。外周神經(jīng)損傷可以引起DRG內(nèi)多種鉀離子通道的表達(dá)下調(diào)，這與神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生密切相關(guān)[20]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)外周神經(jīng)損傷后鉀離子通道基因啟動(dòng)子區(qū)H3K9me2水平明顯升高，基因敲除DRG神經(jīng)元內(nèi)組蛋白賴氨酸N甲基化酶2——G9a可以阻斷神經(jīng)損傷引起的鉀通道的基因沉默，預(yù)防神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生[21]。這提示DRG內(nèi)G9a催化的鉀通道組蛋白甲基化修飾參與神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)控。RNA序列分析發(fā)現(xiàn)，抑制DRG內(nèi)G9a的表達(dá)也可逆轉(zhuǎn)神經(jīng)損傷引起的許多其他基因的改變[21]。μ阿片受體(mu opioid receptor，MOR)也參與其中。神經(jīng)病理性疼痛中DRG內(nèi)MOR的下調(diào)與阿片類藥物的鎮(zhèn)痛效應(yīng)減弱有關(guān)。抑制DRG內(nèi)G9a的上調(diào)阻斷了神經(jīng)損傷引起的MOR高表達(dá)，同時(shí)也增強(qiáng)了嗎啡對(duì)于痛覺過敏癥狀的治療效果[22]。由此可知，DRG內(nèi)G9a通過調(diào)控相關(guān)基因的組蛋白甲基化修飾，在神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生和治療中均發(fā)揮重要作用。

神經(jīng)病理性疼痛中CC-趨化因子配體(CC-chemokine ligand，CCL)2和CCL3是外周敏化形成的關(guān)鍵因子。Kiguchi等[23]發(fā)現(xiàn)部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎術(shù)可以引起受損坐骨神經(jīng)處CCL2和CCL3的mRNA水平及其受體表達(dá)增高。這與神經(jīng)損傷誘導(dǎo)的CCL2和CCL3基因啟動(dòng)子區(qū)H3K9Ac和H3K4me3水平升高有關(guān)。這種高表達(dá)的H3K9Ac和H3K4me3主要定位于受損坐骨神經(jīng)處浸潤(rùn)的骨髓源性細(xì)胞內(nèi)。應(yīng)用HAT抑制劑可以有效上調(diào)CCLs和CCRs的表達(dá)。這提示神經(jīng)病理性疼痛中免疫炎癥反應(yīng)的產(chǎn)生與組蛋白的修飾有關(guān)，其中組蛋白的甲基化和乙酰化修飾可能發(fā)揮協(xié)同作用以調(diào)控基因表達(dá)。

3 組蛋白修飾與神經(jīng)病理性疼痛的治療

神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，這就增加了治療的困難性。經(jīng)典的非甾體類抗炎藥(non-steroidal anti-inflammatory drugs，NSAIDs)和阿片類藥物僅能緩解部分癥狀，而且長(zhǎng)期應(yīng)用可能出現(xiàn)耐受甚至痛敏癥狀[24]。組蛋白修飾相關(guān)研究有助于揭示神經(jīng)病理性疼痛潛在的表觀遺傳機(jī)制，針對(duì)其發(fā)病機(jī)制的特異性干預(yù)措施能夠更有效地預(yù)防和治療神經(jīng)病理性疼痛，而非僅僅緩解癥狀，同時(shí)也可減少不良反應(yīng)的發(fā)生。因此，從組蛋白修飾的角度探討治療神經(jīng)病理性疼痛的新方案在理論上前景光明。但在具體研發(fā)過程中，我們必然也會(huì)遇到各種各樣的問題。

如前所述，HDAC抑制劑和HAT抑制劑是神經(jīng)病理性疼痛的研究中最常應(yīng)用的干預(yù)方法。鞘內(nèi)注射非選擇性HDAC抑制劑——黃芩素能夠緩解脊神經(jīng)結(jié)扎引起的痛覺過敏和觸誘發(fā)痛的癥狀，同時(shí)逆轉(zhuǎn)神經(jīng)損傷引起的脊髓內(nèi)HDAC1的升高和H3乙?；降南陆礫25]。另一種非選擇性HDAC抑制劑丙戊酸也能有效緩解神經(jīng)病理性疼痛模型動(dòng)物的觸誘發(fā)痛等癥狀[26]。Zammataro等[27]發(fā)現(xiàn)預(yù)先給予HDAC抑制劑SAHA能夠與mGlu2/3激動(dòng)劑LY379268協(xié)同作用，增加LY379268的鎮(zhèn)痛效應(yīng)；相反，給予HAT抑制劑——姜黃素不僅抑制了DRG內(nèi)H3和H4的乙?；?，下調(diào)mGlu2受體的表達(dá)，同時(shí)LY379268的鎮(zhèn)痛效應(yīng)也明顯減弱。這提示針對(duì)組蛋白乙?；母深A(yù)措施不僅可以作為神經(jīng)病理性疼痛潛在的治療方法，也可作為輔助治療手段，增強(qiáng)傳統(tǒng)藥物的效果。部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎術(shù)后，受損神經(jīng)周圍聚集的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞內(nèi)巨噬細(xì)胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein 2，MIP-2)和CXC趨化因子受體2(CXC chemokine receptor type 2，CXCR2)的表達(dá)上調(diào)，這與神經(jīng)損傷引起的MIP-2和CXCR2基因啟動(dòng)子區(qū)乙?；降纳哂嘘P(guān)。HAT抑制劑漆樹酸可以抑制神經(jīng)損傷引起的MIP-2和CXCR2上調(diào)，同時(shí)預(yù)防神經(jīng)病理性疼痛的產(chǎn)生[28]。綜上所述，HDAC抑制劑和HAT抑制劑有望成為治療神經(jīng)病理性疼痛的新方法或者作為輔助治療手段參與多模式鎮(zhèn)痛。

這些基礎(chǔ)研究為HDAC抑制劑和HAT抑制劑作為治療神經(jīng)病理性疼痛的新方法提供了可能性，但其在臨床上的應(yīng)用還十分有限。目前，HDAC抑制劑在臨床上主要作為抗癌藥物應(yīng)用于治療，在神經(jīng)病理性疼痛這種非致命性疾病中的應(yīng)用還未開展。此外，如前所述HDAC有多種亞家族，動(dòng)物研究中所用的非選擇性HDAC抑制劑作為神經(jīng)病理性疼痛的治療藥物時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生多種副作用。因此，有關(guān)HDAC選擇性抑制劑的研究將會(huì)更有效地改善神經(jīng)病理性疼痛癥狀，同時(shí)避免不良反應(yīng)的發(fā)生。組蛋白的甲基化修飾也是重要的表觀遺傳調(diào)控方式，其在神經(jīng)病理性疼痛治療中的作用仍需進(jìn)一步研究。未來(lái)研究中尋找組蛋白修飾調(diào)控通路中特異性表達(dá)的分子，可以作為神經(jīng)病理性疼痛潛在的治療靶點(diǎn)。選擇性HDAC抑制劑有望進(jìn)入神經(jīng)病理性疼痛治療的臨床研究，尤其是腫瘤引起的神經(jīng)病理性疼痛。

4 小結(jié)

組蛋白的修飾在神經(jīng)病理性疼痛中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，針對(duì)其調(diào)控通路中酶或信號(hào)分子的干預(yù)有望成為新的治療方法。

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10.3969/j.issn.1004-437X.2017.03.026

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