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瞬时受体电位通道与牙科疼痛相关研究进展

2021-03-26 10:39 | 中国实用口腔科杂志 |
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在牙科疾病的治疗过程中如何有效控制疼痛对牙科医生来说具有挑战性。目前疼痛控制的主要方法包括局部麻醉(以下简称“局麻”)、全身麻醉、镇静镇痛治疗等方式,其中局部麻醉是临床中最常用的方法。但在某些情况下,局麻的效果并不尽如人意,研究发现,有症状不可复性牙髓炎患者下牙槽神经阻滞麻醉的成功率仅为23% ~ 39%,失败的原因除了解剖结构个体变异外,还有心理因素(如牙科焦虑)可降低患者的疼痛阈值;局部炎症酸中毒使麻醉药分子离子化,导致穿透神经细胞膜的局麻药分子减少等。

    此外,随着近年来瞬时受体电位(transient receptor potential,TRP)通道在牙科领域研究的深入,其介导的牙齿痛觉超敏机制也逐渐进入了学者们的视野。TRP通道广泛存在于牙髓初级传入神经元、成牙本质细胞、牙髓成纤维细胞中,其可感受机械、热等刺激,并可参与炎症过程,通过传递伤害性信息引起痛觉敏感,与牙本质敏感、牙髓炎症性疼痛的产生关系密切,或可成为部分患者神经阻滞麻醉失败的深层原因。因此,能否通过调控微观结构TRP通道来提高局麻效果和辅助疼痛控制,成为人们从更深层的角度进行疼痛管理的目标。本文就近年来TRP通道介导的疼痛机制、调控TRP通道与疼痛管理方面等的研究做一综述,旨在为牙科疼痛的临床管理提供可行的新方法。

    1. TRP通道的组成与结构

    TRP通道是一组分布于感觉神经元的非选择性阳离子通道,可被渗透压、pH值、机械力、配体(如辣椒素),以及细胞内信号分子(如炎症介质、花生四烯酸及其代谢物、脂氧合酶产物、腺苷)等多种因素激活。TRP通道激活后,Ca2+等离子可在神经细胞膜内外流动,通过细胞膜去极化产生动作电位,向脊髓和更高级别的神经中枢传递信号,从而参与体内多种生理和病理过程,如感受机械、热等伤害性刺激及参与炎症过程等。

    TRP 通道首次发现于果蝇的视觉传导研究中,是目前已知的最大的伤害感受性离子通道组。在哺乳动物中TRP通道主要分为7个亚家族:TRPC、TRPV、TRPM、TRPML、TRPN、TRPA 和TRPP,第8个亚家族TRPY由酵母TRP组成,它们分布于神经元(如三叉神经节、迷走神经节及背根神经节等)和非神经元细胞中(如内皮细胞、成纤维细胞及角质形成细胞等)。

    综合文献报道,目前已在牙齿组织中检测到TRPV亚家族的4个成员(TRPV1、TRPV2、TRPV3和TRPV4)、TRPM亚家族的4 个成员(TRPM2、TRPM3、TRPM7 和TRPM8)、TRPC亚家族的2个成员(TRPC1和TRPC6)及TRPA亚家族的1个成员(TRPA1),在牙齿初级传入神经元(dental primary afferent neurons,DPAs)和成牙本质细胞、牙髓成纤维细胞中均可证实TRP通道的存在。

    其中,Chung等通过小鼠牙髓传入神经元的免疫组化染色发现,约10%的牙髓传入神经元上表达TRPV1,其中多数存在于平均表面积为(496 ± 85)μm2的小到中等神经元。TRP通道蛋白均以四聚体的形式发挥功能,共有6个跨膜区段,在五六区段之间形成的孔道具有多样的同源序列和对阳离子不同的渗透性。

    孔道蛋白可接受多种外界信号的刺激,也可感知细胞局部环境的变化,这种机制在生理性感觉中起着关键作用,包括视觉、味觉、嗅觉、听觉、触觉及热和渗透压的感知。此外,TRP家族的某些亚型(如TRPV1、TRPA1、TRPV3和TRPM8)与伤害性感受的传导密切相关,可将伤害性信号传递给脊髓和更高级别的神经中枢,引发痛觉敏感。

    2. TRP通道介导的牙科疼痛传导机制

    TRP通道与牙齿受机械刺激时疼痛的产生有关。研究发现,小鼠成牙本质细胞功能性表达对机械刺激敏感的TRP 通道有TRPV1、TRPV4 和TRPM3等。机械性刺激或渗透压变化引发牙本质小管液流动,成牙本质细胞和邻近的DPAs随之产生机械形变,如细胞膜的肿胀、拉伸或皱缩,从而激活机械性刺激感受器TRP通道,继而向更高级的中枢系统传递信息,导致疼痛感觉产生。此外,对牙齿施加热刺激也可激活TRP 通道,体外研究表明,TRPV1~TRPV4可在34℃(TRPV4)~ 52℃(TRPV2)的温度范围内活化。

    Hossain等认为,强烈的热刺激引起牙本质的机械形变可能会对成牙本质细胞及牙髓组织产生机械应力,从而激活机械性刺激感受器TRP通道。TRP通道在牙髓炎性疼痛传导中也发挥着一定作用。当牙髓处于炎症状态时,成牙本质细胞和DPAs中TRP通道对刺激的敏感性增加,且在神经末梢的通道蛋白表达增多,导致DPAs 过度敏感,由此引发疼痛。其中,TRPV1是感觉神经介导某些伤害性刺激的分子整合器,外周神经损伤后产生的多种神经炎症介质和内源性介质(P物质、前列腺素及神经生长因子等)均可直接或间接激活TRPV1。TRPV1激活后,胞外钙离子内流,兴奋感觉神经元,释放兴奋性氨基酸和多种神经肽,引发相关生物学效应。

    炎症因子主要通过降低通道阈值和增加通道蛋白表达这两种方式来调节TRP通道,参与介导牙髓炎性疼痛。一方面,牙髓炎症时期,牙本质-牙髓复合体上的受体(如Toll样受体和核苷酸-寡聚化结合域样受体)感知到细菌的入侵,引起免疫反应,炎症因子与感觉神经元上的G蛋白偶联受体和生长因子酪氨酸激酶受体结合,激活了蛋白激酶,如蛋白激酶A、蛋白激酶C、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等,这些激酶可使TRP 通道蛋白磷酸化,从而降低TRP通道阈值。

    另一方面,炎症因子也可增加TRP通道蛋白的表达。有研究发现,炎症组织中产生的神经生长因子(nerve growth factor,NGF)被周围神经末梢吸收,并逆行运送到背根神经节(dorsal root ganglion,DRG)的细胞体中,激活MAPK家族成员p38。p38能以几种不同的方式调节蛋白表达,如激活转录因子(转录因子-2、环磷腺苷效应元件结合蛋白等)以增加mRNA的转录,或使翻译因子eIF4E磷酸化,从而增加TRP通道蛋白的翻译。

    有研究表明,在龋坏和牙髓炎的患牙中可观察到牙髓的神经纤维内TRPV1和TRPA1基因的表达和功能增加、TRPM2通道上调。此外,革兰阴性细菌毒素脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)亦可在细菌诱导的免疫反应成熟之前直接激活TRP通道,其机制可能是LPS直接与Toll样受体4结合,导致趋化因子和细胞因子的分泌,进一步激活感觉神经元,并使TRP通道敏感。

    3.调控TRP通道与疼痛管理

    多种信号分子与TRP通道蛋白结合,可开放孔道使阳离子在膜内外流动,从而引发动作电位,并上行传导至中枢系统。通过对该传导通路的深入了解,研究者在调控TRP通道与牙科疼痛管理方面提出了新的猜想:是否能通过激活通道蛋白促使通道开放或以特异性的通道蛋白拮抗剂抑制细胞膜去极化的发生等方式,来增强局麻效果和抑制疼痛的产生,使之成为行之有效的临床牙科疼痛管理措施。

    3.1 改变局麻药的化学成分

    TRP通道孔径比钠离子通道更大,一旦被高选择性和有效的TRP受体激动剂激活,局麻药在通道中的透过率会明显上升,使麻醉的起效时间缩短、麻醉效率提高。Binshtok 等研究发现,局麻药利多卡因和TRPV1 激动剂辣椒素共同作用可抑制钠通道的兴奋性,研究者通过记录成年大鼠背根神经节神经元上通过电压依赖性钠通道的电流,证明辣椒素的协同使用增加了局麻药QX-314 的透过率:单独注射5 mmol/L QX-314(一种带正电荷的利多卡因衍生物,分子质量为263 u)后,通过去极化引起的钠通道电流几乎没有变化;单独应用辣椒素(1 mmol/L,5 min)时钠通道电流在一定程度上减小;而当QX-314与辣椒素协同使用时,钠通道电流几乎完全被阻断。此外,辣椒素可显著增加局麻药的持续作用时间。

    Ries等在QX-314局麻药中加入辣椒素后,局麻起效时间缩短了75%以上,而麻醉作用消退时间无变化。Shomorony等将负载着辣椒素和河豚毒素(特异性钠通道阻滞剂)的脂质体给予大鼠行坐骨神经阻滞麻醉后,麻醉平均阻滞持续时间为18.2 h,较单独使用河豚毒素的平均阻滞时间(0.4 h)显著延长,这种组合下可实现最小程度的肌肉毒性并减少肌肉炎症的发生,且未发现河豚毒素可能产生的全身毒性副反应。另外一项免疫组化研究表明,拔牙前10 min给予大鼠QX-314与TRPV1受体激动剂辣椒素混合试剂的局部浸润注射,可显著降低拔牙后2 h三叉神经元的神经活化。这些通过应用TRP通道激动剂改变局麻药化学成分的研究,可能会为开发更有效的用于疼痛管理和其他领域的局麻药提供研究思路。

    3.2 TRP通道激动剂辣椒素使痛觉脱敏

    单独使用辣椒素可导致TRPV1脱敏,减少伤害性感受的传导。研究发现,在持续活化TRPV1后,神经细胞膜的兴奋性反而降低,疼痛感受传入减少,即受体脱敏,这是外周感觉神经元的一种潜在调节机制,使其对有害刺激产生一定的适应性。有学者研究了TRP通道脱敏的分子机制,发现由内部储存物中Ca2+释放引起的通道细胞内表面Ca2+的升高足以引发脱敏。其中,TRP通道蛋白的酪氨酸残基Tyr671对TRPV1的高Ca2+通透性至关重要,并参与通道蛋白的结构重排,导致TRP 通道Ca2+依赖性脱敏。

    此外,Ca2+传感器钙调蛋白也可通过与TRP通道的结合,参与Ca2+的负反馈调节,从而引发脱敏。更多机制相关的内容正在不断探索中。辣椒素等激动剂介导的TRPVl脱敏现象在疼痛研究中又称为神经元的去功能化,包括膜电位的暂时丧失、膜转运能力的丧失,以及表皮和真皮末梢神经的收缩。其作用强弱与辣椒素的用时及用量有关,将辣椒素施予细胞后的约20 s内即会发生称为“急性脱敏”的神经反应下调,但长期或反复使用后,辣椒素会导致伤害性感受器的永久性功能脱敏及表皮神经纤维的变性。目前,辣椒素介导的TRPV1去功能化已进入临床试验阶段,被认为可有效治疗神经性疼痛。

    3.3 TRP 通道拮抗剂阻断疼痛信号传导

    TRP通道的特异性拮抗剂可有效阻断通道对于伤害性感受的传导,已被应用于疼痛控制的研究中。第一代TRPV1 拮抗剂AMG 517(Amgen,美国)被应用于拔除第三磨牙后的镇痛测试,然而该药物在大鼠、狗和猴等动物实验和人体试验中都出现了持续高热症状,受试者的最高体温超过40℃,导致试验终止。

    另一种TRPV1 拮抗剂AZD1386(Astra-Zeneca,美国)是在拔除下颌第三磨牙后的急性疼痛患者中进行了测试,仅显示出1 h内的短期镇痛作用,但未报告受试者的不良反应。在分子水平上,应用较高剂量的TRP 通道拮抗剂JNJ-38893777可减弱辣椒素诱导的降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide,CGRP)的释放,而所有剂量的拮抗剂JNJ-17203212均有效,且以时间和剂量依赖性方式完全消除CGRP 的释放。

    综合文献报道,目前进入Ⅱ期临床试验的TRP通道拮抗剂很少,仍需等待更多试验结果的公布,使TRP通道拮抗剂在疼痛控制领域作出更进一步的贡献。由此可见,将TRP通道激动剂加入局麻药中,可使麻醉的起效时间缩短、麻醉效率提高;而单独应用辣椒素使TRP通道脱敏也在神经性疼痛领域有了一定的突破;随着TRP通道拮抗剂的进一步研究和稳定靶向镇痛药的逐步问世,调控TRP通道将成为实现牙科疼痛管理的一条途径。

    4.小结

    综上所述,TRP通道受到渗透压、温度、炎症因子等刺激后诱发疼痛感觉的神经传导机制,成为牙科疼痛领域新的研究方向。从分子水平对TRP通道进行调控也为牙科疼痛管理带来灵感,例如利用辣椒素改变局麻药的化学成分和使用TRP通道激动剂及拮抗剂来调控TRP通道以降低疼痛的传导等。随着人文医学愈发受到重视,实现良好的疼痛管理将是研究人员不懈努力的方向。

(责任编辑:爱牙牙)
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