转定位蛋白18kDa（TSPO）作为慢性疼痛新的治疗靶点

摘要

1.简介

慢性疼痛是一个重大的公共卫生问题，严重影响患者的生活质量，加重社会经济负担。根据国际疼痛研究协会（IASP），慢性疼痛可分为慢性原发性疼痛和慢性继发性疼痛（例如，慢性癌症相关疼痛、慢性术后或创伤后疼痛和慢性神经病理性疼痛）[1]. 阿片类药物是临床上常用的强效镇痛药。然而，阿片类药物会产生显著的副作用，包括呼吸抑制、精神模糊、身体依赖、便秘、恶心和呕吐[2,三]. 尽管对慢性疼痛机制和治疗策略的研究越来越多[4,5]，目前的慢性疼痛治疗严重不足，或者像阿片类药物一样，受到严重副作用的限制[6]. 因此，探索新型有效的止痛药对慢性疼痛的治疗至关重要。

易位蛋白18kDa（TSPO）是1977年发现的一种外周苯二氮卓受体[7]. 这种线粒体蛋白由169个氨基酸组成，具有五个跨膜结构域[8]主要位于线粒体外膜（OMM）[9]. TSPO可以与特定的线粒体蛋白质相互作用，如电压依赖性阴离子通道（VDAC）和阴离子核苷酸转运体（ANT）[10–12]参与线粒体通透性易位孔的组成并调节生理和病理条件的发展[13]提示TSPO在与线粒体相关的细胞功能中起关键作用。TSPO最初被指定为外周型苯二氮卓受体，是苯二氮唑类药物的结合位点，用于治疗焦虑、惊厥或失眠患者[7]. 然而，进一步的研究表明，TSPO广泛表达于体内大多数器官，包括分泌组织和腺组织、肾脏、心脏、肝脏和大脑[8,14,15]. 其广泛分布与多种生理功能相一致，包括膜生物生成、血红素生物合成、氧化还原平衡、生物能量学、细胞增殖、凋亡、免疫调节、胆固醇结合和转运[8,9,16–20]. 在神经系统中，TSPO已被研究为各种神经病理学的生物标记物[21]. 最近，TSPO及其配体被发现对神经退行性变有效[22]、神经炎症[23]和神经性疼痛[24]. 这些研究强调了TSPO及其配体在神经保护、限制神经炎症、促进再生和治疗神经系统功能障碍方面的潜在用途。在此，我们回顾了TSPO及其配体在慢性疼痛（包括神经病理性疼痛、癌症疼痛和炎症疼痛）发展中的作用的现有证据(表1) [24–26].

2.TSPO在疼痛处理中的可能机制

慢性疼痛的发生机制涉及多种因素，其中神经炎症是导致这一过程的重要机制[8]. 胶质细胞通过递质、细胞因子或趋化因子与神经元相互作用，参与神经炎症[45]. 在脊髓神经结扎（SNL）模型中，小胶质细胞释放趋化因子CXC基序配体1（CXCL1）；它向神经元的转运导致神经炎症，促进慢性疼痛的发展[27]. 慢性完全弗氏佐剂（CFA）注射后，活化的星形胶质细胞释放的白细胞介素-6（IL-6）也可以通过促进神经炎症激活神经元，导致慢性疼痛[25]. 这些结果表明胶质细胞在神经炎症和慢性疼痛中的作用。

TSPO与小胶质细胞活化同时上调，在各种疾病的神经炎症过程中，包括神经退行性变中，TSPO上调与活化的小胶质细胞之间存在强烈的共定位[46]，周围神经系统损伤[47]和脑损伤[48]. 因此，TSPO可作为小胶质细胞活化和神经炎症的标志物，并可预测纤维肌痛等疾病的慢性疼痛[49]和神经病理性疼痛[33]. 最近，TSPO被报告给神经病理性疼痛患者[50]研究表明，TSPO-阳性变构调节剂koumine通过调节小胶质细胞的活化和极化以及星形胶质细胞的激活来减轻炎症和神经病理性疼痛[30,50]. Wei等人[24]发现激动性TSPO配体Ro5-4864和FGIN-1-27降低肿瘤坏死因子-α（肿瘤坏死因子-α)脊髓激活星形胶质细胞释放的水平，缓解大鼠慢性疼痛模型中的神经炎症。因此，TSPO除了作为活化小胶质细胞和神经炎症的标记物外，还对神经炎症起到保护作用，这可能抑制慢性疼痛。

TSPO还可能通过调节神经甾体的合成参与慢性疼痛的发展[51]. 神经类固醇在神经系统的结构和功能中起着重要作用[51]包括炎症、突触传递、疼痛、意识和认知[52]. 许多研究表明，维持神经系统的正常结构和功能对预防慢性疼痛的发展至关重要[11]. 神经类固醇是一类广泛分布于中枢和外周神经系统的类固醇激素[53]. TSPO将胆固醇从细胞质运输到线粒体，之后进入线粒体的胆固醇被一系列酶催化产生类固醇激素[54]. 因此，TSPO在类固醇激素合成中的作用是速率限制的。Coronel等人[34]发现TSPO和类固醇生成酶5的表达α还原酶（I/II），参与类固醇激素合成[55]在脊髓损伤（SCI）中，黄体酮注射可逆转TSPO的表达。这表明TSPO和类固醇激素合成之间存在相关性。另一组观察到大鼠疼痛模型慢性期丘脑类固醇激素合成增加，伴随着TSPO表达增加。丘脑内注射类固醇激素或AC-5216（TSPO激动剂）可减轻大鼠的疼痛症状；这种作用被TSPO抑制剂所抵消[56]. 这些研究表明，类固醇激素对疼痛有抑制作用，而TSPO作为类固醇激素合成的限速酶，可以通过调节神经类固醇的合成来减轻疼痛(图1).

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图1

TSPO及其配体抑制慢性疼痛的机制。（a，b）TSPO及其配体抑制小胶质细胞和星形胶质细胞的活化，从而抑制活化介导的中枢敏化和慢性疼痛。（c） TSPO及其配体通过介导神经甾体合成抑制慢性疼痛。（d） TSPO及其配体促进胆固醇从细胞质运输到线粒体内膜，介导孕酮合成，从而促进神经甾体合成。TSPO：转运蛋白；IMM：线粒体内膜；OMM：线粒体外膜；VDAC：电压依赖性阴离子通道；ANT：腺嘌呤核苷酸转运体。

3.TSPO在慢性疼痛中的作用

3.1. TSPO与神经病理性疼痛

IASP将神经病理性疼痛定义为由躯体感觉神经系统损伤或疾病引起的疼痛[57,58]. 神经病理性疼痛的特征是对有害刺激异常过敏（痛觉过敏）和对非有害刺激异常疼痛反应（痛觉超敏）[59]. A类-δ外周神经系统中的纤维和C纤维初级传入神经元可以将疼痛信号传递给中枢神经系统。外周神经损伤（PNI）可以激活这些纤维中的致敏神经元。后者也会产生持续的疼痛刺激信号[60]，然后转运到脊髓的背角，进一步促进中枢敏化。各种动物模型已被用于探讨PNI、SCI和糖尿病的神经病理性疼痛机制[61]. 最近越来越多的证据表明，TSPO在神经病理性疼痛中起着关键作用。

3.1.1. TSPO与周围神经损伤

许多研究使用PNI动物模型来探索减轻神经病理性疼痛和神经再生的新策略。在早期研究中，TSPO改善了神经损伤后的周围神经再生和功能恢复[22,28]. 每日腹腔注射（i.p.）激动性TSPO配体艾提伏辛可促进坐骨神经损伤（SNI）大鼠轴突再生并改善功能恢复[22]. 另一种激动性TSPO配体Ro5-4864可以显著增强成人面神经运动神经元的再生，并在面神经切断术后恢复功能[28]. 在SNI模型大鼠的神经残端，白细胞介素-1β（白介素-1β)IL-6 mRNA水平显著上调，而艾提伏辛治疗限制了其在近端残端的增加[22]. 这些炎症细胞因子的变化表明TSPO配体可以影响周围神经的炎症。

近年来，研究人员关注神经炎症在PNI引起的神经病理性疼痛中的作用，其中许多人评估了TSPO介导的抗炎作用。L5 SNL大鼠模型中TSPO表达显著增加[24]鞘内单次注射TSPO激动剂Ro5-4864或FGIN-1-27可缓解既定的机械性超敏和热性痛觉过敏。随后，当神经性疼痛在服用这些激动剂后自然愈合时，上调的TSPO降低。这种现象可以解释TSPO可能促进神经性疼痛状态的恢复。酶联免疫吸附检测工作表明，TNF增加-αRo5-4864治疗后，脊髓后角的促炎细胞因子受到抑制。此外，脊髓背角星形胶质细胞中TSPO的早期上调部分抑制了趋化因子CXC基序配体1-趋化因子CX3C基序受体2-（CXCL1-CXCR2-）依赖的星形胶质细胞对神经元的信号传导和中枢敏化，对SNL诱导的慢性神经性疼痛产生了强有力的镇痛作用[27]. 这些研究累积表明，TSPO激动剂可以抑制慢性神经病理性疼痛SNL模型中由促炎细胞因子或趋化因子诱导的神经炎症。

促炎细胞因子TNF-α和IL-1β在慢性收缩损伤（CCI）模型中参与神经病理性疼痛[29]. Jin等人[30]描述了TSPO对使用潜在激动剂koumine的CCI大鼠模型脊髓中这两种促炎细胞因子水平升高以及CCI诱发的小胶质细胞和星形胶质细胞激活的抑制作用。此外，备用神经损伤后，大鼠背根神经节（DRG）神经元中的TSPO被激活[31]在SNI模型中，鞘内单次注射Ro5-4864具有显著的镇痛作用。Western blotting显示，Ro5-4864注射后，DRG中磷酸化细胞外信号调节激酶1/2（p-ERK1/2）和脑源性神经营养因子（BDNF）水平的升高受到抑制。DRG神经元ERK1/2信号通路及其下游BDNF的激活也通过外周炎症参与PNI后神经病理性疼痛的发生[32]. 在该研究中，神经病理性疼痛愈合后，激活的TSPO的所有增加水平均被抑制或恢复正常，表明TSPO上调的作用可能是诱导这种恢复。其抑制作用机制也可能参与PNI模型的抗神经炎症(图2).

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图2

TSPO及其配体抑制周围神经损伤引起的慢性疼痛的分子机制。（a，b）TSPO及其配体抑制小胶质细胞和星形胶质细胞分泌炎症因子TNF-α，IL-1β和IL-6。这些炎症因子可导致神经炎症，导致慢性疼痛。（c） TSPO及其配体抑制CXCL1-CXCR2依赖的星形胶质细胞对神经元的信号传导和中枢敏化。（d） TSPO及其配体抑制DRG中p-ERK1/2信号通路及其下游BDNF的表达。BDNF在DRG中合成，通过调节神经递质的产生而引起慢性疼痛。TNF公司-α：肿瘤坏死因子-α; 白介素-1β：白细胞介素-1β; IL-6：白细胞介素-6；趋化因子CXC基序配体1；趋化因子CXC基序受体2；p-ERK1/2：磷酸化胞外信号调节激酶1/2；BDNF：脑源性神经营养因子；DRG：背根神经节。

3.1.2. TSPO与脊髓损伤

除了原发性运动和感觉障碍外，SCI患者还可能出现其他使人衰弱的后果，包括神经性疼痛[62]. SCI后神经性疼痛（SCI相关神经性疼痛）仍然难以治疗，因为其机制尚不清楚。脊髓损伤后小胶质细胞或星形胶质细胞介导的背角神经炎症参与神经性疼痛的发展和维持[63]. 许多研究使用与TSPO结合的PK11195的PET成像来评估神经胶质激活在神经病理性疼痛患者中的作用，包括在神经炎症过程中的作用[33]. 最近的报告表明TSPO可以改善慢性SCI诱导的神经病理性疼痛[34,35]. Li等人发现，在SCI模型中，胃内给药ZBD-2（N-苄基-N-乙基-2-（7,8-二氢-7-苄基-8-氧代-2-苯基-9H-嘌呤-9-基）乙酰胺，一种激动性TSPO配体，可显著降低机械诱导的超敏和热痛觉过敏[35]. 免疫组织化学和western blot数据表明，ZBD-2逆转了SCI后小胶质细胞和星形胶质细胞的慢性激活，进一步解释了TSPO与神经炎症的关系。

Liu等人[34]还发现TSPO通过另一种机制对SCI产生影响：类固醇激素孕酮。这种激素激活TSPO，下调SCI模型中的机械和热超敏反应。在慢性神经病理性疼痛中，服用孕酮还可以降低脊髓中促炎酶和细胞因子的表达[36,37]提示黄体酮在TSPO和神经炎症中的潜在作用。这些发现表明TSPO及其配体可能是治疗脊髓损伤相关神经病理性疼痛的潜在靶点。

4.结论

在这篇综述中，我们回顾了TSPO与慢性疼痛的关系。累积的研究结果表明，TSPO在缓解慢性疼痛（包括神经病理性疼痛、炎症疼痛和癌症疼痛）的发生和维持方面起着至关重要的作用。虽然在炎症条件下TSPO表达增加[73,74]，它是炎症的负调节因子[75]. 在本文所述的研究中，IL-1等炎症因子的表达βTSPO过度表达或激活后，IL-6和CXCL1降低，进一步证实TSPO在抑制神经炎症反应中的作用。尽管TSPO在神经疾病中的有效作用机制已通过临床试验验证[76]TSPO作为一种缓解慢性疼痛的药物的临床效果尚未被探索。然而，本文所述的临床前TSPO研究提供了新的见解，可能有助于药物开发以促进疼痛治疗。现在需要进一步的临床试验来探索TSPO治疗缓解疼痛的效果。

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