漏钠离子通道参与神经病理性疼痛机制的研究进展2024.docx

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1、漏钠离子通道参与神经病理性疼痛机制的研究进展2024国际疼痛研究学会将神经病理性疼痛(neuropathicpainfNP)定义为躯体感觉系统创伤或疾病导致的疼痛。根据病变或疾病在外周或中枢躯体感觉神经系统中的位置，分为外周性NP和中枢性NP。临床上常见的外周性NP包括痛性糖尿病周围神经痛、三叉神经痛、带状疱疹后遗神经痛等，中枢性NP包括脑卒中、多发性硬化症等。此外，术后慢性疼痛导致的NP也逐渐引起人们的关注，如开胸术后慢性疼痛、截肢术后痛等。流行病学调查发现,这种特殊类型的慢性疼痛困扰着全球7%10%的人群。但由于NP的病因多样,发病机制复杂，目前尚无特定的治疗靶点，药物治疗效果欠满意。NP

2、患者不仅长期经受疼痛的困扰，还常常伴随睡眠障碍、焦虑和抑郁。因此，揭示NP的发生机制，探寻治疗NP的靶点至关重要。漏钠离子通道(sodiumleakchannelnon-selectiveprotein,NALCN)是一种抗河触毒素的非选择性阳离子通道，在生理条件下会产生泄漏的Na+内向电流。NALCN在中枢神经系统广泛表达，参与调节神经元的兴奋性。研究发现，NALCN参与线虫热伤害性感受器的痛觉处理。NALCN过度表达能够诱导伤害性感受器静息膜电位除极，导致非洲高原噩鼠对疼痛不敏感。最近的一项研究表明，NALCN可能通过增强脊髓投射神经元的内在兴奋性参与痛觉的加工。可见，NALCN在疼痛的产

3、生和传导中发挥重要作用。目前的研究发现，NALCN可能通过中枢敏化、外周敏化、调节P物质(substanceP1SP)的致痛效应以及环腺昔酸(cyclicadenylicacidzcAMP)/蛋白激酶A(proteinkinaseA,PKA)信号通路等机制参与NP的发生、发展，有望成为治疗NP的一个新靶点。鉴于此，本文就NALCN的结构和功能，NALCN通过中枢敏化、外周敏化、调节SP的致痛效应以及cAMP/PKA信号通路参与NP的发生机制进行综述。1 NALCN的结构和功能1.1 结构NALCN是人类的一个孤儿通道，是四结构域离子通道超家族中的一个独特分支，该家族包括被广泛研究的电压门控钠通

4、道和电压门控钙通道。这些通道由4个同源结构域组成,每个结构域都有6个跨膜片段(S1S61NALCNFAM155xUNC79、UNC80及其他蛋白共同构成NALCN复合体。其中，NALCN是该复合体的电压敏感、成孔亚基；FAM155A可作为伴侣促进NALCN的折叠和跨膜；UNC79和UNC80属于调控亚基，调节NALCN通道复合体的定位和功能。在异源表达系统(如非洲爪蟾卵母细胞或HEK293细胞)中，NALCN.FAM155xUNC79和UNC80蛋白的共表达是产生背景Na+电流的必要条件。NALCN具有几个独特的生物物理特性。其一，非失活。NALCN是一种非失活的阳离子通道,介导神经元背景Na

5、+泄漏电流。其二，非电压依赖性。NALCN在-100mV到+100mV的测试范围内具有线性电流电压关系。此外，研究发现，将NALCN编码的CDNA转染到HEK293细胞中，超过80%的HEK293转染细胞出现泄漏电流，且没有观察到明显电压依赖性的激活与失活。NALCN非电压依赖性的原因可能是由于NALCN中S4片段的一些带电残基缺失。其三，非选择性。NALCN对Na+、K和Ca2+均具有渗透性，但主要通透Na01.2 功能1.2.1 调节神经元兴奋性大多数哺乳动物神经元的静息膜电位在-5080mV,最大除极接近K平衡电位（-92mV%这表明除了静止的钾电导外,还存在其他静息电导。NALCN是一

6、种广泛存在于中枢神经系统的与电压无关、非选择性、非失活的阳离子通道，介导Na+内向电流，正向调节神经元静息膜电位除极,决定神经元的基础兴奋性。研究发现，NALCN是小鼠海马神经元中河鱼屯毒素耐药的Na+泄漏电流通道。敲除NALCN基因的海马神经元，静息膜电位超极化约为IomV。过表达NALCN,海马神经元的静息膜电位除极约为20mVo在静水椎实螺中,敲减起搏神经元NALCN,静息膜电位超极化约15mV。此外，NALCN在蜗牛和线虫起搏器神经元的静息膜电位维持中也具有重要作用。这些研究表明，NALCN参与神经元静息膜电位的调节，决定神经元的基础兴奋性。1.2.2 参与神经元自发放电许多神经元在静

7、息状态下表现出基础的Na+电导,参与自发放电和起搏器活动的调节。NALCN在某些类型的神经元中参与这种紧张性电流，并在其兴奋性中发挥关键作用。在野生型小鼠中几乎都能观察到多巴胺能神经元的自发活动，但在NALCN敲除的小鼠中多巴胺能神经元的自发活动几乎是沉默的。体外敲除NALCN可降低小鼠后梯形核神经元的基础放电。此外，NALCN为昼夜节律起搏神经元提供了定时去极化驱动，参与调控睡眠和觉醒的日常节律。通过单细胞RNA测序发现，黑质网状部神经元表达NALCN,缺乏NALCN的黑质网状部神经元自发放电受到损害。可见,NALCN介导的Na+泄漏电流在神经元自发放电中具有重要作用。2 NALCN参与NP

8、的机制2.1 外周敏化机制外周敏化是指伤害性感受神经元对传入信号的敏感性增加，表现为初级传入神经元的过度兴奋及其激活阈值的降低，是外周神经介导痛觉过敏的一个重要机制。背根神经节(dorsalrootganglion,DRG)作为外周神经系统向中枢神经系统传递疼痛信息的始发站，当其特异的受体或离子通道兴奋阈值降低，或伴有特异的受体或离子通道数量增加，使其细胞膜的兴奋性增强，并产生自发的神经元放电，使得对正常刺激或阈下刺激即可产生疼痛信号并传递至中枢神经系统，形成外周敏化，导致疼痛。例如，在NP发生过程中，感觉神经元上电压门控钠通道表达增多,其亚型NaVI.7、NaVl.8、Nav1.9钠电导增加

9、，引起神经元兴奋性增加，神经元异常且重复性放电增加。研究人员在脊神经结扎模型中发现DRG神经元上的N型钙通道Cav2.2蛋白表达上调,通过增加周围神经损伤后的兴奋性引起NP,阻断该通道可抑制大鼠DRG神经元的过度兴奋,缓解机械性异常疼痛。然而，这些通道调控动作电位的上升支和下降支并不能解释NP发生过程中神经元兴奋性的普遍增加，亦不能完全解释NP发生过程中伴随的痛觉过敏与痛觉超敏现象。因此，背景阳离子电流的增加很可能是神经元普遍兴奋的重要原因。单细胞RNA测序显示NALCN在小鼠DRG神经元中广泛表达。新近的一项研究表明，NALCN可通过调节DRG神经元的兴奋性参与NP的发生、发展。研究人员发现

10、发生NP的大鼠DRG神经元上NALCN通道表达上调，且随着NALCN的表达增加和电流功能增强，DRG神经元过度兴奋，大鼠的机械痛阈及热痛阈降低。进一步抑制NALCN在DRG的表达，可显著减轻NP大鼠的机械性痛觉过敏和热痛觉过敏。以上研究表明，NALCN介导的Na+持续内流使DRG神经元兴奋性增高可能是导致NP发生过程中疼痛传导敏感性增加的原因。NALCN的非选择特性使其不仅对Na+通透，也通透Ca2o研究表明,神经损伤后，Ca2+通道异常开放，Ca2+内流增加，促进动作电位的激发和神经元兴奋性的改变，从而产生痛觉过敏和痛觉超敏。有研究指出，NALCN直接导致在细胞外Ca2+减少时观察到的各种神

11、经元兴奋性的增加。表明NP发生过程中神经元兴奋性普遍增高一部分是通过NALCN介导Ca2+浓度变化实现。2.2 中枢敏化机制中枢敏化是指中枢神经系统中伤害性感受神经元对正常或阈下刺激的反应增强，主要表现为脊髓背角神经元超兴奋性，已被证明是NP发生、发展的重要机制。脊髓背角是疼痛信息传递的关键门户及整合的初级中枢，其中约80%的I层投射神经元支配臂旁核,从而形成一条更大的上行通路,外周检测到的疼痛信号通过该通路到达大脑。研究发现，在脊髓臂旁核神经元中，降低NALCN电流或敲减NALCN通道可显著降低脊髓板层I和脊髓臂旁核神经元的内源兴奋性。最近的一项研究表明，NP的发生与NALCN在脊髓背角中的

12、表达和功能增加有关。与对照组相比，NP模型小鼠脊髓背角的NALCNmRNA表达明显增加,且脊髓背角神经元的兴奋性也相应增加，NP模型小鼠的机械痛敏及热痛敏阈值降低。敲减NP模型小鼠脊髓背角的NALCN能够明显减轻小鼠的疼痛反应。可见，NALCN极有可能是通过兴奋脊髓背角神经元介导NP的发生、发展。除了脊髓背角神经元兴奋性异常增高，突触可塑性改变也是导致中枢敏化的重要原因。中枢神经系统中的兴奋性突触传递主要由谷氨酸介导，从而激活N-甲基Q天冬氨酸受体，N-甲基-D天冬氨酸受体是离子型谷氨酸受体的一个亚型，与电压门控钙通道相互作用，引起Ca2+大量内流，诱导N-甲基-D天冬氨酸受体持续增强，使突触

13、活动频率持续增高,表现为自发性和诱发性神经元放电增多，神经元敏化。NALCN已被证明可调节神经元静息膜电位。有研究指出，NALCN增加神经元兴奋性是通过转导细胞外Ca2+浓度的变化完成。另有研究指出，NALCN在多巴胺神经元近端树突中的表达是其强直性和爆发性放电的基础。虽然目前尚无NALCN与神经递质方面的研究，但以上研究提出了一种假设，即NALCN可通过介导Ca2+浓度变化引起突触上兴奋性神经递质谷氨酸释放，参与NP的发生、发展。2.3 调节SP的致痛作用SP是公认的介导疼痛的一种神经肽。研究表明，SP在各种疼痛状态下分泌增加，包括NP和炎性疼痛。利用坐骨神经慢性压迫损伤模型发现，发生NP的

14、大鼠脊髓背角中的SP表达上调，大鼠的机械性痛敏反应更强。利用脉冲射频治疗坐骨神经慢性压迫损伤模型大鼠，其脊髓中的SP表达下调，疼痛缓解。可见，SP在NP发生过程中具有明显的致痛作用。研究发现，NALCN可被SP激活。在海马神经元中,SP通过激活NALCN刺激动作电位放电，并随着神经元中SP受体的激活放电增强。免疫荧光显示,NALCN在DRG和脊髓背角SP肽能神经元广泛表达。新近的一项研究报道SP通过下游SrC激酶信号激活脊髓上行投射神经元中的NALCN,并且敲除NALCN阻止了该神经元中SP诱发的动作电位放电。另有研究报道,鞘内注射SP引起的疼痛相关行为在下调或敲除DRG和脊髓背角中的NALC

15、N后明显减轻。以上研究提示SP释放对脊髓的伤害性信号部分通过脊髓背角神经元内表达的NALCN介导。2.4 CAMP/PKA信号通路CAMP是哺乳动物细胞内的第二信使，可以激活CAMP依赖的PKAoCAMP/PKA信号通路可调节许多细胞的生理过程，如新陈代谢、细胞生长和细胞分化，以及离子通道的表达。研究发现，cAMP/PKA信号通路与NP有关。糖尿病神经性疼痛大鼠表现出明显的机械异常痛，与CAMP生成增加和脊髓背角PKA蛋白表达升高相关。抑制大鼠伏隔核中cAMP/PKA信号通路可减轻结扎坐骨神经所致的NPcAMP/PKA信号通路调控下游何种物质介导NP的发生需进一步探索。近期的一项研究发现在坐骨

16、神经慢性压迫损伤模型小鼠术后第3天鞘内注射CAMP或PKA抑制剂可显著降低NALCN的表达,并减轻小鼠机械性痛觉过敏和热痛觉过敏。因此，cAMP/PKA通路可能在一定程度上导致NP小鼠NALCN表达增加，从而介导NP的发生。以上研究提出一种假设，即NALCN表达增加可介导NP的发生，且受cAMP/PKA信号通路调节。3展望NP是临床上最常见的慢性疼痛,其发生机制复杂，且目前尚无特定的治疗靶点与满意的治疗药物。NALCN可通过中枢敏化、外周敏化、上调SP的致痛作用以及cAMP/PKA信号通路介导NP的发生、发展。因此,NALCN可能是治疗NP的潜在分子靶点。鉴于NALCN在NP发生、发展过程中的重要作用以NALCN作为研究的潜在靶点,深入探索NALCN参与NP发生、发展的可能机制问为进一步揭示NP的发生、发展机制，以及研发治疗NP的药物提供有价值的理论依据。