内源性大麻素系统在神经病理性疼痛中的作用和研究进展

The Role and Research Progress of the Endocannabinoid System in Neuropathic Pain

摘要: 神经病理性疼痛(Neuropathic pain, NP)作为慢性疼痛的常见来源，其发病机制复杂且目前尚无有效治疗手段；又因其发病时产生持续的灼烧似疼痛而严重影响患者的正常生活，给个人和社会带来沉重负担。内源性大麻素系统(Endocannabinoid System, ECS)已被证实是内源性抗伤害系统的一部分, 包含多个有前景的NP治疗靶点：目前研究表明激活外周CB1受体通路、靶向激活CB2受体、抑制内源性大麻素降解酶和调节瞬态受体电位通道(TRP)等都是有效减轻NP症状的策略。本文主要从上述四个方面对ECS在疼痛管理中的作用和分子机制及相关NP治疗靶点的研究进展做一综述，以期为NP的治疗及ECS相关药物的开发提供理论支持。

Abstract: Neuropathic pain (NP) is a common source of chronic pain. The pathogenesis of NP is complex and there is no effective treatment at present. Its onset can produce continuous burning pain and affect the normal life of patients seriously. NP imposes a heavy burden on individuals and society. The endocannabinoid system (ECS) has been proven to be a part of the endogenous anti-injury system and contains several promising NP therapeutic targets: current studies have demonstrated that activating peripheral CB1 receptor pathway, targeting activating CB2 receptors, inhibiting endocannabinoid degrading enzymes and regulating transient receptor potential channels (TRP) are potentially effective strategies for alleviating NP symptoms. In this paper, in order to provide theoretical support for the treatment of NP and the development of ECS-related drugs, the role and molecular mechanism of ECS in pain management and related NP therapeutic targets were reviewed from the above four aspects.

1. 前言

神经病理性疼痛(Neuropathic Pain, NP)在2011年被国际疼痛研究协会(The International Association for the Study of Pain, IASP)定义为由躯体感觉神经系统的损伤或疾病直接造成的疼痛。NP是与神经损伤(如结构性、营养性、毒性、感染性或自身免疫损伤)相关的慢性衰弱状态，也可在神经系统损伤后发生。其病理生理学机制复杂，除了神经、免疫机制相互作用外，还包括中枢神经系统和外周神经系统的功能改变 [1]。这种特殊类型的疼痛影响着全球7%~10%的人群，但目前对NP背后复杂的神经和免疫病理生理机制尚未阐明，且传统止痛药物治疗NP时普遍缺乏疗效 [1] [2]。因此NP不仅严重影响患者生活质量，其医疗保健费用和生产力损失也给个人、家庭和社会造成巨大的经济负担，所以针对此类疾病迫切需要找到更好的治疗方案。参与疼痛管理的神经递质系统之一，内源性大麻素系统(Endocannabinoid System, ECS)，最近引起了人们的特别关注。该系统主要成分在神经元和免疫细胞中高度表达，临床前研究揭示了ECS在治疗神经性疼痛方面的潜在价值 [1] [2]。但是由于ECS的复杂性质及其与其它生物系统的相互干扰，相关药物的开发还面临许多挑战 [3]。本文主要对ECS在NP中的作用和分子机制及相关药物研究进展做一综述，以期为NP的治疗及ECS相关药物的开发提供理论支持。

2. ECS概述

大麻植物被用于医疗目的已有千年之久，20世纪60年代从大麻植物中分离出两种主要成分Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC)和大麻二酚(Cannabidiol, CBD)；继而在人体内发现大麻素受体(Cannabinoid Receptor, CBR)并鉴定出人体内可以产生内源性配体(内源性大麻素，endocannabinoids，eCBs)，由此提出ECS这个概念并引发对ECS的广泛研究。ECS包括eCBs，与之结合的大麻素受体(主要为CB1R和CB2R)，以及负责eCBs合成和降解的酶、转运体和其他受体 [1] [3] [4]。

目前已发现多种eCBs，其中研究最多的是花生四烯乙醇胺(Anandamide, AEA)和2-花生四烯酰甘油(2-AG)。AEA由N-酰基磷脂酰乙醇胺水解磷脂酶D (NAPE-PLD)合成，并由脂肪酸酰胺水解酶(FAAH)分解为花生四烯酸和乙醇胺；2-AG由二酰基甘油脂肪酶(DAGL)合成，由单酰基甘油脂肪酶(MAGL或MGL)分解为花生四烯酸和甘油。其中2-AG在神经组织中较AEA浓度更高，被认为是CBR的主要配体。eCBs由突触后膜磷脂前体以“按需”和“活性依赖”的方式分裂而产生的，并通过逆行信号机制作用于突触前大麻素受体 [1]。

CB1R和CB2R是两个G蛋白偶联受体。CB1R存在于许多组织中，主要在神经系统中表达；作为中枢神经系统中最丰富的受体之一，CB1R是多种神经元的主要调节因子，包括谷氨酰胺能、GABA能、多巴胺能神经元等。CB2R在小胶质细胞和免疫细胞中高度表达，它们的激活与抗炎作用有关 [3] [5]。

尽管是以一种精神活性植物命名的，ECS实际上是人类有机体中一个非常重要的系统，参与了包括情绪调节、疼痛管理、认知功能、奖赏、食欲、脂肪和葡萄糖代谢、神经发生和神经保护、炎症和免疫功能等在内的大量生理过程 [3] [6]。因此，以ECS相关蛋白为目标的化合物已被用于或研究用于治疗疼痛、癫痫、精神疾病、代谢疾病、神经退行性疾病和癌症等 [7]。然而由于ECS作用的复杂性，其临床应用还需要更多更深入的研究。

3. NP概述

NP是指由周围或中枢引起躯体感觉神经系统损伤而发生的病变或疾病。病因复杂，包括多神经病变、带状疱疹后神经痛、三叉神经痛和中风后疼痛等。其临床特征是产生感觉异常(表现为皮肤爬行感或刺痛感)、自发的(非刺激诱导的)持续的疼痛，以及射击、电击样等感觉；还表现有机械和热敏感这两类超敏反应，即轻度刺激引起的缓慢重复刺激所引起的疼痛会逐渐加重 [8] [9]。NP的病理生理学复杂，除了神经免疫相互作用外，还包括中枢和外周神经系统的功能改变。一般来说，神经损伤可通过诱导神经递质表达改变来致使自发性异位放电和异位超兴奋，导致初级传入痛觉感受器的高兴奋状态；初级传入神经元中的生长因子、炎症介质、促炎细胞因子和神经活性分子的表达紊乱也可以导致疼痛过敏；传入c纤维的外周敏化又可增加脊髓、脑干和大脑神经元的兴奋性和突触效能，并诱导中枢敏化。临床上中枢敏化表现为动态性触感触痛、继发性点状痛觉过敏、后感和增强等，都会导致或维持慢性疼痛 [8]。当这种循环持续下去时，就会引发持续的疼痛。总的说来，目前对NP的认识不足，诊断不足，治疗不足：现阶段对NP的诊断主要依靠详细的病史、全面细致的体格检查以及必要的辅助检查，有时还需依据病人对于治疗的反应 [10]。治疗NP对医生来说是一个真正的挑战：虽然强调病因治疗，但因为NP病因复杂或者有些患者的病因无法根除，NP的治疗主要针对临床症状；对症治疗原则上应首先考虑药物治疗，同时辅助心理治疗、行为疗法等非药理学方法 [9]。事实上，减少疼痛的传统和现有药物止疼效果欠佳或者其显著的副作用，造成了NP治疗效果的不理想，但这也推动了新型止痛药的药物研发工作的迫切性。

4. ESC对NP的调节及其在NP治疗中的研究进展

ECS参与痛觉管理，是内源性抗疼痛系统之一 [11]。研究证实ECS在NP中发挥了重要作用，针对该系统的治疗有望成为新型镇痛药 [3] [10]。

4.1. eCBs通过CB1R通路参与痛觉管理

CB1R属于一类视紫红质样G蛋白偶联受体(GPCRs)，通过Gi/o蛋白影响胞内信号系统：它们与腺苷酸环化酶负偶联，并促进丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活，通过调节向内整流的K⁺通道和Ca²⁺通道降低神经元的兴奋性；CB1R通过逆行传递信号，可抑制突触前终端的GABA和谷氨酸释放 [12]。众所周知，这两个目标都会影响疼痛通路。因此，CB1R可以看作是外部伤害感受器传入有害输入的大门。

CB1R在外周神经系统水平上调节NP。CB1受体通常表达于感觉传入纤维的末端，在背根神经节(Dorsal Root Ganglion, DRG)中75%以上的伤害性神经元上都发现了CB1R并参与NP的调节：有研究表明在神经痛的脊髓神经结扎损伤模型(SNL)中，DRG中CB1R在mRNA和蛋白水平上表达显示上调 [12]；而外周痛觉感受器中选择性CB1R的缺失会导致疼痛行为的增强以及CBR激动剂抗痛觉作用的减弱 [1]。除了外周痛觉感受器，脊髓背侧的许多谷氨酸感觉传入神经元和GABA能中间神经元也表达CB1R。研究认为eCBs是在刺激谷氨酸能伤害性、中小直径C纤维后产生的，并激活脊髓背角内抑制性中间神经元上表达的CB1R [1]。另有研究表明，脊髓中的一小群星形胶质细胞表达CB1R，星形胶质细胞上这些受体的激活导致短暂的Ca²⁺电流，刺激2-AG的产生，2-AG一种有效的内源性CB1R激动剂 [12]。这些发现证实在脊髓背角表达的CB1R参与了慢性神经病理性疼痛的管理。外周CB1R激动剂已经在临床前NP疼痛模型中进行了研究：内源性CB1R配体AEA、外源性大麻素配体HU-10、合成大麻素配体WIN55-212-2都显示出外周镇痛作用。例如坐骨神经损伤神经病理性疼痛模型中，L4和L5脊椎动物脊髓鞘内注射WIN 55-212-2对热和机械痛感有很强的镇痛作用 [12]。遗憾的是尽管在临床前环境中有大量发现支持大麻素调节发生在周围神经系统的想法，但这些发现目前还没有在人类身上被复制，且其原因仍待研究。

CB1R也可在中枢神经系统水平上调节NP。在中枢神经系统中，研究最多的疼痛调节区域之一是脑干的导水管周围灰质(PAG)。该区域CB1R密度高，受到有害刺激时释放内源性AEA，表明该结构是eCBs作用的关键区域 [1]。另一个与大麻素下行疼痛调节有关的脑干区域是延髓头端腹内侧区(RVM)。在该区域注射HU-210和WIN 55-212-2可显著增加大鼠的甩尾潜伏期。CB1R也影响大脑其他区域的GABA能和谷氨酸神经元，CB1R可直接地激活调节谷氨酸活性增加伤害性信号，而GABA作用主要抑制伤害性的神经元的活动；这可能是导致大麻素在某些情况下抑制疼痛，但在另一些情况下加剧疼痛的原因 [1]。进一步研究大麻素对这些细胞系的调节作用对于了解大麻素在镇痛中的潜在治疗用途至关重要。

由于CB1R是ECS的主要受体，我们目前了解的ECS相关药物的研发很多都是针对其作用进行的。但由于CB1R在神经系统的广泛分布，该受体的激动可能会引发身体依赖性和戒断等不利影响，干扰ECS对奖赏系统的调节等问题 [3] [13]。为了避免这些不良反应，研究人员提出寻找和涉及外周CB1激动剂、CB1正变构调节剂等解决方案。例如，植物大麻素可以阻断针对CB1R的不良精神活性作用：除四氢大麻酚外，目前发现的植物大麻素都不具有精神活性，这使它们成为一种更安全的选择，也是药物筛选的选择对象 [11]；其次，改变CB1R激动剂/拮抗剂作用的变构调节剂可能有助于最小化副作用 [11]。在过去的几年里，这一方向的研究取得了显著进展，一些合成或天然化合物被描述为CB1R变构配体，关于它们的药理特性和治疗潜力也在研究中。

4.2. eCBs通过CB2R通路参与痛觉管理

CB2R主要表达于免疫细胞中，包括髓细胞、巨噬细胞、小胶质细胞和淋巴细胞等。与CB1R相比，CB2R在中枢神经系统中的表达水平低于CB1R，提示正常生理条件下CB2R可能不会介导大麻的作用 [13]。但CB2R是动态的、可诱导的：虽然CB2R在大多数健康组织中表达水平相对较低，但在某些病理条件下(如成瘾、炎症、焦虑、癫痫等)，大脑中CB2R的表达可以上调，提示CB2R参与了各种精神和神经疾病。在神经病理性疼痛下CB2R在各个疼痛通路中也会出现相应的上调，比如在周围神经损伤的神经病理性疼痛模型中，发现小胶质细胞中的CB2R表达上调；另外在NP研究模型坐骨神经慢性缩窄性伤(CCI)中，脊髓中CB2R蛋白表达增加 [14]。不仅如此，有研究发现，前额皮质锥体神经元细胞内存在CB2R，它通过调节Ca²⁺激活的Cl^-通道来调节神经元的兴奋性 [11]。也有证据表明在小鼠模型中小胶质细胞和巨噬细胞上的CB2R参与了神经性疼痛反应的调节 [15]。在神经性疼痛的实验模型中，痛觉过敏和异位疼痛的发生与小胶质细胞的激活和促炎细胞因子的产生有关 [16]；CB2的激活减少了小胶质细胞的激活和促炎介质的释放 [17]。以上研究表明CB2R是NP治疗研究中一个可期待的靶点。

如所上述，CB2R在神经系统中的表达远低于CB1R，这也使得CB2R成为神经性疼痛治疗的一个有趣的治疗靶点，可以绕过CB1或者CB1/CB2受体激动剂的不良认知和行为副作用。最近，第一个正变构CB2R调节剂已经合成，在100 nM处显著增强了CP55940 (合成CB1R和CB2R激动剂)和2-AG与CB2R结合的能力,并在啮齿动物NP模型中表现出镇痛活动 [18]。该化合物的抗伤害作用有待进一步探讨，可能是临床开发的良好候选化合物。

4.3. 通过调节eCBs代谢参与痛觉管理

由于eCBs能被其降解酶迅速降解，抑制其分解酶可以间接增加eCBs含量，增加ECS相关生理作用。因此抑制eCBs代谢酶代表了一种不同于直接作用的大麻素受体激动剂的方法。

FAAH属于丝氨酸水解酶超家族，它参与降解生物活性脂类–内源性大麻素，如AEA或相关酰胺信号脂类。FAAH活性被认为在多种病理条件的发展中发挥重要作用；过度表达FAAH会降低内源性大麻素的产量，从而导致其作用降低；抑制FAAH的作用，则可以增加eCBs含量，取得镇痛效果。对FAAH-敲除(FAAH-KO)小鼠的神经化学研究表明，内源性大麻素AEA在小脑、海马和皮层等大脑区域的浓度提高了10~15倍 [19]。目前已经开发出能够抑制该类酶的化合物，这些化合物可以通过防止eCBs的降解来增加它们在需要时的合成水平。例如棕榈酰乙醇酰胺(PEA)类似物棕榈酰烯丙基酰胺(L-29)，通过抑制脂肪酸酰胺水解酶(FAAH)促进eCBs的释放；实验证明在神经性疼痛的部分坐骨神经损伤(PSNI)模型中，系统性给予L-29能够抑制对机械和热刺激的超敏性 [20]。因此，FAAH引起了人们对酶做作为NP及其他神经系统疾病治疗靶点的极大关注。迄今为止，已经设计、合成了大量的相关化学支架，并对其进行了体外抑制FAAH活性的研究，但只有少数FAAH抑制剂进入了临床试验，比如辉瑞公司的PF-04457845。这是一种高效、选择性FAAH抑制剂，但在II期临床研究中被证明无效，甚至在一些个体中造成严重和永久性的神经损伤 [19]。因此设计新的有效和安全的FAAH抑制剂尚需更多的努力。

MAGL抑制剂可以通过增加2-AG刺激大麻素受体的水平，降低花生四烯酸及其促炎代谢物的水平，产生抗伤害和抗炎作用。常见MAGL抑制剂URB602在体内研究中发现全身、局部或脑内给药都增加了2-AG水平，但不增加AEA水平；足底注射URB602可减少福尔马林诱导的早期和晚期疼痛，CB1和CB2受体拮抗剂可拮抗这种疼痛 [21]。另一种的MAGL抑制剂JZL184给药后动物大脑和脊髓2-AG水平升高；在神经损伤和化疗药物(如顺铂、紫杉醇)引起的神经性疼痛模型中观察到急性全身给药JZL184具有抗伤害性；在坐骨神经CCI神经病理性疼痛模型中，JZl184全身给药可减轻机械性和丙酮诱导的冷异位性疼痛 [22]。最近开发的选择性MAGL抑制剂MJN110，在小鼠坐骨神经CCI神经病理性疼痛模型中被观察到能有效地减轻机械异位痛和热痛觉过敏 [22]。与FAAH抑制剂相比，在神经性疼痛模型中MAGL抑制剂的研究相对较少，但仍然值得期待，特别是与FAAH抑制剂联合作用，目前甚至有双MAGL和FAAH抑制剂开发出来 [23]。

脂肪酸结合蛋白(FABPs)将内源性大麻素转运到细胞内，使其通过细胞膜到内质网水解 [1]。实验证明FABP5和FABP7基因缺失可减少卡拉胶注射引起的热痛觉过敏和水肿 [24]；而FABP抑制剂SBFI26和SBFI50可减轻角叉胶引起的急性足肿胀和热痛觉过敏 [25]。

以上研究表明通过抑制eCBs的分解代谢酶或FABPs可以防止eCBs的降解，使得内源性大麻素能够更充分发挥其镇痛效果以减轻神经性疼痛。一般而言，与直接作用的CB1R激动剂相比，这些抑制剂不会引起直接大麻素激动剂的不良副作用 [19]，因此，它们的阻断也成为一种新兴的治疗包括NP在内的神经系统相关疾的策略。

4.4. eCBs通过与顺态受体电位(TRP)受体结合参与痛觉管理

瞬态受体电位通道(TRP)是在不同组织中非兴奋和兴奋细胞所表达的非选择性阳离子通道，大多数TRP通道位于质膜中；这些通道调节离子进入；调解各种神经信号过程，涉及温度，压力和pH的感觉，以及气味，味觉，视力和疼痛感知；并且许多疾病都涉及TRP通道功能障碍，其中就包括神经病变性疼痛 [26]。虽然CB1和CB2被认为是经典大麻素受体，但大麻素和TRP受体的配体之间有显著的重叠。在寻求治疗这类疾病的新方法时，发现大麻素可以调节TRP通道的某些子集。TRP被分为七个子家族，包括：TRPC、TRPV、TRPA和TRPM、TRPP和TRPML以及TRPN (NOMPC)；其中TRPV、TRPA和TRPM三个家族中的六个TRP通道：TRPV1，TRPV2，TRPV3，TRPV4，TRPA1和TRPM8都被发现是介导eCBs活性的通道 [26]。根据报道，外周感觉神经元(如DRG神经元)可以通过TRPV1来参与由热、机械或化学刺激引起的疼痛 [27]，转导和调节疼痛刺激并能响应配体和温度，所以可以靶向内源性大麻素系统来脱敏TRP来调节疼痛。而且当eCBs将TRP通道激活后，可以通过降低钙离子水平使活性下降而发挥镇痛作用。

5. 小结与展望

NP作为慢性疼痛的常见来源，发病率仅仅次于骨关节炎，发病机制复杂且难以治愈；又因其发病时产生持续的疼痛而严重影响患者的正常生活。因而探究NP的有效治疗药物和方案具有重要现实意义。本文主要综述了ECS在NP状态下的抗伤害作用机制以及ECS中相关靶点作为NP治疗药物的研究进展。但ECS作为一个复杂的生物系统，并不是单独作用的，同时还与体内其它系统有重要的相互作用。因此相关治疗的常见副作用不可忽视，包括有镇静，僵直症(身体变硬)，体温过低，成瘾，运动障碍，认知障碍和导致心理疾病等神经病理性问题；这些副作用是由于大脑中广泛分布的CB1R遭到全面激活所引起 [28]。为了克服这一问题，已经开发了替代方法，目前临床前研究证明，靶向CB2R、外周限制性CB1R和内源性大麻素降解和转运酶是一种潜在有效的减轻NP症状的策略，且副作用有限；但临床有效性和安全性仍需更为深入的研究 [28]。总之，ECS包含多个有前景的治疗靶点，为开发以大麻素为基础的NP治疗药物提供了强大的动力；可以期待相关药物在NP的临床治疗中起到良好的效果。

NOTES

^*通讯作者。