P2X受体在骨癌痛发生和维持中的作用及其机制探讨

2018/07/10 13:44

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施任怡梁宜杜俊英房军帆摘要：骨癌痛多因肺癌、乳腺癌和前列腺癌等发生骨转移引起疼痛，是一种顽固的难治性疼痛。现已有针对骨癌痛病理机制的相关研究，但是仍然无法明确其具体发生机制。P2X 受体介导的嘌呤信号在肿瘤生长、转移的相关病理机制中有非常重要的作用，而且参与癌性疼痛的形成和维持过程。P2X受体是一种三磷酸腺苷（ATP）的门控离子通道，主要包括 P2X1-P2X7 7个亚型，初步研究表明 P2X3、P2X4、P2X6、P2X7受体参与骨癌痛的发生发展，其相关机制存在差异。本文就P2X受体参与骨癌痛发生和维持的机制做一综述，进一步确定P2X受体在骨癌痛中发挥关键的作用。关键词：P2X受体；骨肿瘤；疼痛；机制探讨      骨癌痛是晚期癌症患者最常见的疼痛，三分之二的转移性骨疾病患者出现严重疼痛症状[1]。针对骨癌痛的预防和控制是癌症治疗的其中一大难点。最近研究发现P2X受体参与了肿瘤发生/发展 [2]。P2X受体介导的嘌呤信号在癌症发生、肿瘤生长及其诱发痛觉敏化中起着至关重要的作用[3]。P2X受体是一种三磷酸腺苷（ATP）的门控离子通道，主要包括P2X1-P2X7七个亚型。已有研究证明，其中P2X3、P2X4、P2X6、P2X7受体参与骨癌痛的产生和维持过程，且存在不同的调制机制[4-6]。目前尚未有研究对其进行总结，故本文将围绕P2X受体在骨癌痛的产生和维持中的作用及其可能机制进行阐述。1  P2X受体的结构和分布特点1.1  P2X受体结构特点      到目前为止，已有七个P2X（P2Xl一7）被克隆，并被接受为P2受体家族成员。P2X受体各亚型具有相同的一般结构：包括胞内的N末端和C末端，两个跨膜区和一个细胞外环组成[7]。其中细胞外环包含有10个保守的半胱氨酸残基，以二硫键互相连接，细胞外环上含有ATP结合位点和相应的激动剂、拮抗剂和调节剂的作用位点。P2X受体七个亚型的氨基酸序列之间有35%-48%的同源性，其氨基酸残基数从379到595个不等[8]。据既往研究表明P2X受体氨基端较羧基端短，羧基末端长度不相同，最短的是P2X6，有25个残基，P2X7则拥有240个残基[9]。P2X受体可形成同聚体或异聚体的ATP门控非选择性阳离子通道，被ATP激活后可以引起Na+和Ca2 +内流和K+外流，但对Ca2+ 的通透性最大[10]。目前认为P2X受体属寡聚蛋白类，其受体亚基数量从3个到6个不等[11-12]。1.2  P2X受体分布特点       P2X受体不同亚型在中枢神经系统和外周神经系统均有分布，并且无论在中枢或是外周神经系统中，P2X受体主要表达在神经元细胞和神经胶质细胞。由于P2X受体对伤害性、炎症性和病理性疼痛的传导都是必不可少的，因此在参与疼痛转导的感觉神经节、DRG和脊髓后角神经元均能检测到P2X受体。（表1） <img src="/Public/uploads/image/20180710/1531201247419749.png" title="1531201247419749.png" alt="QQ截图20180710133944.png" width="493" height="501" style="width: 493px; height: 501px;"/> 2  P2X受体参与骨癌痛           有研究报道，ATP及其作用的P2X受体广泛分布于与伤害性信息传递有关的外周或中枢神经细胞中，它们与伤害性刺激的感受及传递密切相关。越来越多的研究证实，ATP介导的嘌呤信号在癌症疼痛的发生中起着至关重要的作用[20]。由于在肿瘤微环境中，ATP的释放不仅能够促进癌细胞的转移和浸润，而且能促进神经细胞和免疫细胞的产生[21]。进一步说明了P2X受体在骨肿瘤生长、癌细胞转移和浸润、疼痛因子的释放，最终介导骨癌痛产生这一过程中起着重要的作用。目前研究显示，P2X3和异聚P2X2/3、P2X4、P2X6、P2X7受体参与骨癌痛发生和发展。而P2X1和P2X5受体与骨癌痛的研究目前未见相关报道，但不排除两者存在关联的可能性，有待更系统性的研究。2.1 P2X3和异聚P2X2/3受体            在P2X受体中，与疼痛关系最为密切的是P2X3受体，ATP主要通过同聚P2X3受体和异聚P2X2/3受体参与痛觉及伤害性信息传递，并参与骨癌痛的感知。研究发现，骨癌痛模型中，MRMT-1癌细胞释放出ATP引起骨传入神经高表达P2X3，进一步促进脊髓水平的中枢敏化引起骨癌痛的形成[22]。也有学者发现骨癌痛后DRG神经元中P2X3受体mRNA表达升高，在接种癌细胞后的第14、21天显著增多[23] 。Gilchrist[24]等报道，骨癌痛小鼠趾部皮肤降钙素基因相关肽（CGRP）免疫阳性的c纤维上P2X3受体表达上调，增加C纤维对ATP诱发疼痛的反应性，促进骨癌痛的形成。而使用P2X3受体拮抗剂A-317491可以减轻大鼠骨癌痛模型的炎症性和神经性疼痛[25]。Kaan [26]等人观察到骨癌痛大鼠口服 P2X3受体特异性拮抗剂AF-353后，大鼠骨癌痛缓解。也有文献报道，鞘内持续注射P2X3受体反义寡核苷酸2d后，可明显减轻大鼠足底注射αβ-meth ATP引起的机械痛觉过敏，同时背根神经节的P2X3受体蛋白水平显著降低。这些研究提示P2X3受体在骨癌痛的伤害性信息传递中起重要作用。2.2 P2X4受体            有研究表明，P2X4受体参与了神经病理性疼痛和炎性痛的产生和维持，同时脊髓P2X4受体特异性存在于小胶质细胞表面，参与了大鼠骨癌痛的产生[27]。任春光[28]等报道，骨癌痛模型中，脊髓背角小胶质细胞中P2X4受体阳性细胞数表达在术后第6d-18d呈进行性上升趋势，鞘内注射TNP-ATP（P2X1-4受体抑制剂）后，骨癌痛大鼠的机械痛觉降低。P2X4受体基因敲减，同样可有效对抗骨癌痛导致的痛觉过敏。这表明，小胶质细胞P2X4受体参与了大鼠胫骨癌痛的产生和维持。2.3 P2X6受体    Park[24]等人报道，骨癌痛小鼠脊髓背角中P2X6受体表达显著上调，而放疗后，脊髓背角P2X6受体表达明显减少，说明P2X6受体介入了小鼠骨癌痛的脊髓机制。2.4 P2X7受体        以往研究证明，P2X7受体激活不仅能促进疼痛因子释放，而且能通过肿瘤的生长、浸润和血管化最终导致骨癌痛的产生。Huang[29]等发现，胫骨注射Walker 256癌细胞后的第3-14d，骨癌痛大鼠延髓头端腹内侧（rostroventral medulla，RVM）中小胶质细胞和星形胶质细胞上的P2X7 mRNA和蛋白水平上调；RVM中注射P2X7受体拮抗剂BBG或P2X7受体基因si-RNA可以抑制RVM中P2X7受体表达，起到镇痛作用。有文献报道，腹腔注射P2X7受体特异性拮抗剂A-839977可缓解骨癌痛大鼠疼痛行为[30]。      但是，骨癌痛作为一种机制复杂而独特的慢性痛，P2X7受体在其中的作用研究也有相反的结论。对P2X7受体在骨癌痛中的作用。Hansen等[31]人研究发现，P2X7受体缺陷的小鼠对骨癌痛易感，而且给予选择性的P2X7受体拮抗剂A-438079后，均不能减轻骨癌痛小鼠的痛行为。有学者认为，在小鼠骨癌痛模型中，P2X7受体不参与骨癌诱发痛觉敏化的发生和发展。考虑可能与大、小鼠骨癌痛条件下胶质细胞不同的激活情况有关。3  P2X受体参与骨癌痛的机制研究3.1  P2X受体介导骨癌痛的上游信号分子       神经元钙敏感蛋白（visinin-like protein 1，VILIP -1）在中枢神经系统疼痛信号通路传导中发挥重要作用。目前有学者认为在大鼠骨癌痛模型DRG神经元上VILIP -1通过上调P2X3受体表达，参与骨癌痛的发生[32]。进一步研究发现，过表达VILIP-1增加正常大鼠功能性P2X3受体的表达，并且增加神经元兴奋性。相反，敲减VILIP-1可下调骨癌痛大鼠P2X3受体，抑制骨癌痛。核因子-κB（NF-κB）作为参与机体免疫炎症反应的快速反应因子，与骨癌痛的形成密切相关。有文献报道，在骨癌痛大鼠的脊髓中NF-κB的表达显著增加，引起P2X3受体基因启动子区DNA去甲基化增强，导致P2X3受体表达增加[33]。鞘内注射NF-κB p65 shRNA 慢病毒或者抑制剂PDTC可以逆转P2X3受体高表达，从而降低骨癌痛大鼠机械痛。除此之外，目前研究表明，纤维连接素、整联蛋白系统、TLRs和NOD2等众多物质均可能参与体内外小胶质细胞P2X4受体上调，促进骨癌痛的形成[34]。3.2  P2X受体介导骨癌痛的下游信号分子阿片肽作为重要的免疫调节因子在骨癌痛的产生中也起着重要作用。Chizhmakov [35]等人报道，P2X3 受体在癌性疼痛中的调节作用可能通过阿片受体途径（µ-受体），即通过降低阿片受体的敏感性促进癌性疼痛的产生。      溶血磷脂酸受体1（LPA receptor subtype 1，LPAR1）在肿瘤发生发展和转移过程中起重要作用。Wu[36]等研究人员观察到鞘内注射LP- AR1抑制剂VPC32183可以阻断P2X3受体介导的骨癌痛。近一步深入研究发现，LPAR1是通过激活下游Rho/ROCK信号参与P2X3受体介导的骨癌痛的产生和维持。丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族中的P38MAPK，ERK，同癌性痛密切相关。Guo[37]等研究发现 P2X4受体激活后，通过多条通路激活ERK、P38MAPK，介导BDNF的释放并参与大鼠骨癌痛发生。细胞因子被认为是外周免疫反应的炎症介质。其中Toll样受体-4（Toll-like receptor 4，TLR4）、TNF-α在骨癌痛大鼠脊髓背角小胶质细胞上 P2X4 受体活化后，被大量释放，引起骨癌痛的发生和发展[38]。另外，Ferrari[39]等研究人员采用胫骨内注射癌细胞后，P2X7受体在高浓度的ATP激活作用下，释放大量的促炎症因子，如IL-1β、IL-6和IL-18等，这些细胞因子均可兴奋初级感觉神经元。       N-甲基-D-天门冬氨酸（NMDA）受体在脊髓伤害性刺激中起着重要的作用, 在骨癌痛模型中有高表达[40]。有学者认为，P2X4受体在骨癌痛中的作用可能是通过BDNF的释放，促进与其受体trkB结合，进一步调控神经元NMDA受体功能实现的。四、结语       目前，针对骨癌疼痛机制的研究是肿瘤相关研究中最迫切需要解决的问题之一。大量文献研究显示P2X受体可能是介导肿瘤生长和癌痛的共同作用靶点，拮抗该受体既可以起到抑制肿瘤生长浸润的作用，又可以有效地缓解骨癌痛。但是，癌性疼痛不仅仅是神经病理性疼痛、炎性疼痛两者的结合，因此对P2X受体激活在骨癌痛调制机制中的作用还需做更加全面的探究；另外，P2X7受体在骨癌痛中的作用目前尚处于初始阶段，相关的研究报道相对较少，对于P2X7受体在其中的作用也较有争议，需要更多相关的研究来进一步阐明。参考文献[1] Van den Beuken - van Everdingen MH,De Rijke JM,Kessels AG,et al.Prevalence of pain in patients with cancer: A systematic review of the past 40 years [J].Ann Oncol,2007,18( 9):1437-1449．[2] Adinolfi E,Raffaghello L,Giuliani AL,et al. 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