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微RNA-132在神经病理性疼痛中的研究进展
作者: 来源:医学综述 2017-12-25

 神经病理性疼痛(neuropathic pain,NPP)是临床诊疗工作中的常见病,常规使用的镇痛药往往达不到明显疗效,因此寻求更有效的药物和治疗方法显得尤为重要。伴随分子生物学技术的发展,NPP发生和发展中疼痛有关基因的作用已成为研究热点之一。研究表明,NPP的发生常伴有疼痛传递通路中部分基因表达的改变。其中,有20%~30%人类基因的表达受微RNA(microRNA,miRNA/miR)调节。而miRNA是一种内源性基因编码的RNA,长约22个核苷酸,它主要通过碱基互补配对与靶基因的非编码区结合,在转录水平对靶基因的表达进行调控,进而参与神经重构及神经元降解性疾病的发生、发展。

 

miR-132于2002年由Lagos-Quintana等在小鼠神经组织中首次发现。其具有一定的组织特异性和进化保守性,具体体现为在人、大小鼠、猿等物种中具有相同的序列和结构。miR-132不仅高表达于神经相关组织,与轴突、突触的生长分化和神经肿瘤的形成有关,还在癌症的发生、感染过程,心血管系统及神经系统中发挥不同的生物学功能。它由22个核苷酸组成,通过调控多个靶基因的转录和翻译,使大量蛋白在突触部位的表达显著增加,参与伤害性刺激诱发脊髓神经元长时程增强和可塑性变化。人miR-132由两种同源miRNAs构成,分别为hsa-miR-132-5p和hsa-miR-132-3p,它们在神经系统相关疾病、免疫疾病、精神分裂及癌症中发挥不同的调节作用。近年来,miR-132在NPP中的作用备受关注,其表达水平与NPP的发生、发展密切相关。现就miR-132在NPP发生、发展中的作用及其相关机制的研究进展予以综述。

 

1.miRNAs与NPP

 

目前,关于NPP的发病机制尚不明确,比较重要的有外周、中枢神经机制,主要表现为对外周及中枢神经系统的致敏作用。其中,伤害性感受器对中枢痛觉传导通路的神经元细胞产生持续、可逆的兴奋和突触效能增加的现象称为中枢致敏;而外周致敏则指外周伤害性感受器对伤害性刺激的兴奋性增加,使平时低强度的阈下刺激也可导致疼痛。miRNAs主要通过绑定目标信使RNA的3'端非编码区,抑制靶基因翻译或促使其降解,且可在翻译水平调节基因表达。已发现的人体内每一个成熟的miRNAs分子能够抑制上百个信使RNA,但由于miRNAs对靶基因表达调控的复杂性和多样性,导致其参与NPP的确切机制和作用靶点尚不清楚。大量研究证实,疼痛能够引起多种miRNAs表达上调或下调。如在经过L5脊神经结扎(spinal nerveligation,SNL)的大鼠中,miR-183被发现在脊髓及背根神经节中表达增加,且在不同感觉神经组织细胞内出现异常分布,这些改变可能参与NPP的发生、发展。

 

同时,miRNAs还可通过基因调控影响神经元的发育、修复、树突的形态和突触重构。机体还可通过海马回路和垂体-肾上腺轴影响边缘系统,进一步影响NPP的发展。此外,海马回路也可抑制下行镇痛系统参与NPP的发生、发展。

 

2.miR-132

 

2.1miRNA-132与疼痛的关系

 

疼痛是一种因组织或潜在损伤而引起的不适主观感觉和情感体验。局部组织由于损伤而释放组胺、5-羟色胺、缓激肽、前列腺素E等因子,刺激伤害性感受器产生疼痛。Pellegrini等研究发现,在急性肾损伤及纤维化发生阶段miR-132的表达上调;且在急性动脉瘤破裂蛛网膜下腔出血和迟发性脑梗死的创伤性疼痛发生时,miR-132的表达明显上调。Orlova等通过RNA微阵列发现,复杂局部疼痛综合征患者血浆内miR-132的表达明显改变,证实miR-132与复杂局部疼痛综合征的发生有关。一项关于不稳定型心绞痛的早期诊断研究显示,运用受试者工作特征曲线检测miR-132、miR-150、miR-186三个miRNAs合并起来计算得出的曲线下面积在疼痛发生6h内最大。以上研究均证实,miR-132与疼痛的产生有关。

 

2.2miRNA-132与NPP的关系

 

国际疼痛学会将NPP定义为周围和(或)中枢神经系统、外周神经损伤后,原发和(或)继发性损害、功能障碍或短暂性紊乱引起的疼痛。在世界范围内,NPP的发病率很高。但目前对NPP的药物治疗均是针对症状,而非病因治疗,且有效率只有30%,所以给患者造成严重的身体和心理负担。

 

目前关于miR-132在NPP中的研究主要基于临床疼痛的动物模型,包括慢性压迫性神经损伤(chronic constriction injury of sciatic nerve,CCI)模型、SNL模型、脊髓损伤模型、神经横断及糖尿病疼痛模型等。VonSchack等的研究显示,在大鼠SNL模型中,术后第28天健侧(未结扎侧)背根神经节的miR-132表达下调,表明miR-132参与NPP的发展和维持。Arai等通过低密度阵列分析发现,坐骨CCI模型大鼠术后第7天和第15天,海马组织中的miR-132表达均下调,海马神经元miR-132在NPP诱发和维持中的表达量均较低,暗示miR-132可能参与海马神经元发生可塑性改变,进而通过阻止海马神经元兴奋的传导,产生镇痛效应。Hori等利用实时定量聚合酶链反应证实,大鼠CCI模型海马神经元中的miR-132表达上调。刘玥等对小鼠骨癌痛模型进行实时定量聚合酶链反应发现,癌痛组小鼠术后7~21d脊髓miR-132的表达上调,且鞘内注射miR-132反义锁核酸可部分抑制骨癌痛小鼠痛觉过敏,根据碱基互补配对原则其与miR-132互补的核酸片段结合,形成异源双链,从而抑制和降解miR-132。

 

于彬等研究大鼠坐骨神经缺损模型发现,术后3h和6h损伤近端神经组织中miR-132的表达增加,这再次从神经修复和再生角度证实,miR-132参与NPP的发生、发展。此外,miR-132的表达与脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)密切相关。Vo等研究证实,BDNF对miR-132的前体生成有刺激作用,至少持续24h,且在2~3h时达最大值。而miR-132通过促进BDNF介导的新生神经元的神经突增生,对中枢神经系统发挥有利作。且miR-132与BNDF在动物模型术后第7天表达均下降。上述研究表明,BDNF能诱发皮质神经元的miR-132表达上调,同时miR-132能够调节BNDF的表达。

 

2.3miR-132参与NPP的机制

 

大量研究已证实,NPP的发生和发展与中枢敏化、神经可塑性改变密切相关。其中,神经可塑性变化是目前研究的热点,也是NPP的主要发病机制。在疼痛的发生过程中,神经元的基质可发生动态改变,表现为在时间、结构上的异常:时间上可表现为急、慢性疼痛差异;结构上包括分子、细胞突出和神经网络水平的异常,如突触连接数目和细胞数目的改变。miR-132与树突的形成和海马内突触的可塑性变化有关。miR-132作为神经营养的重要调节剂,可通过抑制p21蛋白激活因子1信使RNA翻译正调节轴突延长,通过环腺苷酸/蛋白激酶A和胞外信号调节激酶-环磷腺苷效应元件结合蛋白(camp-response element binding protein,CREB)依赖性信号通路调节轴突生长。敲除miR-132基因后BDNF的表达水平下降。

 

Kawashima等发现,BDNF可在体外培养的皮质神经元中通过胞外信号调节激酶-丝裂原活化蛋白激酶号通路上调miR-132的表达。以上研究均揭示,miR-132与BDNF的关系密切。在神经元中,BDNF还可通过与原肌球蛋白相关激酶B结合,影响K+-Cl-协同转运蛋白2的功能来降低神经细胞中的Cl-水平,减轻γ-氨基丁酸A型受体/长臂猿白血病病毒的抑制作用,导致出现触诱发痛、静息痛等NPP症状。此外,miR-132在神经系统调节中的另一个重要靶基因为甲基CpG结合蛋白2(mutations of methyl-CpG binding protein 2,MeCP2)。miR-132的表达受CREB调节,其作用于MeCP23'非翻译区促进BDNF表达上调。Zhang等、Manners等利用脊髓损伤模型研究MeCP2蛋白与miR-132的关系证实,miR-132可以通过调控MeCP2的表达水平,改变疼痛敏感性;同时也证实,在脊髓中miR-132能通过CREB/miR-132通路调节BDNF的表达水平,从而参与急性疼痛和NPP过程。

 

另外,长时程增强是引起中枢敏化的神经基础;而中枢通过BDNF/原肌球蛋白相关激酶B信号通路维持长时程增强,促进NPP的发展。

 

3.miR-132在NPP治疗中的应用

 

目前,大部分NPP患者处于治疗不足的状态,现有的治疗方法不良反应大,且仅能对症治疗,疗效有限。该现象产生的主要原因为对NPP的分子机制缺乏认识,因此缺乏有效的对因治疗。虽然不断有新药问世,但对于大部分患者而言只能缓解部分疼痛,因此基于其发病机制的治疗方法有较好的前景。越来越多的证据表明,特定的miRNAs在NPP动物模型的神经系统中可出现明显失调,提示miRNAs可能在NPP的发生过程发挥不可替代的作用,同时也暗示miRNAs可以作为治疗NPP很有潜力的靶目标。Constandil等往正常大鼠体内注射BDNF,大鼠的疼痛域降低,说明疼痛状态BDNF的表达量相对升高。而鞘内注射经外源性BDNF活化的星形胶质细胞,可直接诱发正常大鼠的痛觉过敏。且人为注射小剂量外源性BDNF即可显著改变小鼠痛行为,产生致痛效果。甄龙等研究也发现,NPP患者血清的BDNF水平高于正常人。以上研究均证明,疼痛状态或者NPP发生时,BDNF的表达量相对升高。据报道,NPP对药物的敏感性可能是基于海马BDNF的表达量。

 

吗啡作为治疗疼痛的一线药物之一,有研究推测,通过miR-132调节BDNF是吗啡发挥作用的关键;右美托咪定通过下调BDNF信使RNA的表达,抑制脊髓背角神经元凋亡,在NPP发挥镇痛作用。而抗抑郁药作为临床治疗NPP的常规用药,其相关研究与上述观点一致:新型抗抑郁药帕罗西汀能有效抑制疼痛,这与海马CA1区BDNF水平降低有关;加巴喷汀能显著减少血液中BDNF的表达,从而缓解NPP。因此,如果能够通过外界作用调节miR-132,进而调节BDNF的表达来减轻疼痛,为治疗顽固性NPP提供了新的治疗途径。

 

4.小结

 

NPP治疗手段的有效性仍未达成共识。随着疼痛相关基因异常表达在NPP发生、发展中作用研究的不断深入,miR-132作为较早发现的miRNAs之一,其特殊生物学功能及与NPP的关系具有高研究价值。miR-132正调节树突形成、轴突生长的作用可能是通过促进神经元的生长来完成的。同时,miR-132可能通过CREB、胞外信号调节激酶-丝裂原活化蛋白激酶等信号途径调节BDNF的表达,而BDNF的表达量与药物治疗NPP的有效性相关。因此,调控miR-132的表达,能为NPP的有效治疗提供新途径。随着调控miR-132新靶向治疗药物的发明,未来有效治疗NPP将成为可能。