国际疼痛学会(International Association For the Study of Pain,IASP)将神经病理性疼痛(neuropathic pain,NP)定义为“损伤或疾病直接影响躯体感觉系统引起的疼痛”。据统计普通人群中10%患有神经病理性疼痛。
目前关于神经病理性疼痛发生机制尚不明确,既往认为神经损伤后的神经元改变、外周和中枢敏化是其重要的发病机制。最近研究表明神经病理性疼痛不仅仅体现在神经元的兴奋性改变,同时也涉及神经元、免疫细胞及相关细胞因子之间的相互作用。
当神经元发生损伤以后,躯体的感觉系统发生免疫炎症反应,释放多种免疫活性物质如细胞因子、趋化因子、神经营养因子等产生相应的链式反应,从而影响神经元的兴奋性和神经元中间的突触联系而发挥作用,进而导致神经病理性疼痛的发生与发展。
T淋巴细胞是主要的适应性免疫应答细胞,主要分为Th(T helper)、Tc(T cytotoxic)、Tregs(Regulatory T cells)细胞亚型。CD4+Th淋巴细胞根据其分泌的细胞因子分为Th1、Th2、Th17细胞。目前关于CD4+Th淋巴细胞亚型与神经病理性疼痛的关系尚不清楚。
有证据表明,Th细胞通过分泌不同的细胞因子作用于细胞内的信号转导通路,表达不同的转录因子进而参与神经病理性疼痛的发生和发展。Th1通过分泌促炎细胞因子导致疼痛的发生,而Th2则根据其分泌的抗炎细胞因子参与到缓解疼痛过程中,尤其是Th1与Th2的失衡严重影响神经病理性疼痛发生、发展及转归。
Th17细胞是新近发现的CD4+Th细胞,通过分泌多种细胞因子发挥作用,在免疫炎性反应中发挥着重要作用,在神经病理性疼痛的关注较少,本文就Th17细胞及相关细胞因子在神经病理性疼痛中的研究进展作一综述,为未来神经病理性疼痛的治疗提供新的治疗靶点。
1.Th17细胞分化
Th17细胞是Th细胞家族在2005年发现的最新成员,因为与Th1和Th2表型不同,并且能特异性的产生IL(Interleukin)-17A,因此以Th17命名。Th17细胞除了产生IL-17A,也会产生IL-17F、IL-21、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(Granulocyte-macrophage Colony Stimulating Factor,GM-CSF)和IL-22,Th17细胞主要表达为维甲酸相关孤独受体γt(Retinoic acid receptor related orphan receptor γt,RORγt)转录因子、趋化因子CCR(Chemokine Receptor)6以及凝集素CD161。其中IL-17是其分泌的最重要的细胞因子,转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)其诱导和分化最主要的细胞因子,IL-6、IL-21、IL-1β在Th17细胞分化中也起着十分重要的作用。
最近研究表明人类Th17细胞除能产生IL-17A和转录因子RORγt,也能表达IL-23R,以及趋化因子受体CCR6、CCR3和CCR4。在IL-6和TGF-β的共同作用下,通过IL-21或IL-23稳定和扩增后,上调RORγt的表达,促进原始CD4+T细胞向Th17细胞的分化。而IL-1β和IL-6激活后能够上调RORγt的表达,但不能诱导原始CD4+T细胞分化为Th17。
Lee等发现在TGF-β缺失的情况下,IL-1β和IL-23在Th17细胞分化过程中起着关键性的作用,IL-23通过其受体能够上调IL-17A和IL-22的表达。另有研究表明,TGF-β的存在并不是Th17分化的必需条件,甚至有研究表明,TGF-β能够抑制原始CD4+T细胞向Th17细胞的分化。
在一项关于TGF-β对Th1和Th17的影响研究中表明,在给予TGF-β干预以后,Th1的增殖受到明显抑制,而Th17并无明显变化,对Th17的影响可能是通过抑制T-bet的表达进而对Th1细胞的影响从而间接影响Th17细胞内的生物学效应。在外源性TGF-β缺乏,IL-1β和IL-23存在的情况下,Th17细胞来自于人脐带血CD161+CD4+T细胞,表明TGF-β虽然不能直接的对Th17分化起着关键性的作用,但是却能通过抑制Th1细胞间接的影响Th17的分化。
低剂量的TGF-β与IL-6共同作用下可诱导原始CD4+T向Th17细胞分化,但高剂量TGF-β可上调叉头样转录因子3(FOXP3)表达诱导Treg细胞分化。此外,有研究发现转录因子的调控也是Th17分化的十分重要的因素,目前已经发现至少六个转录因子是Th17细胞分化的必备元件,这六个转录因子分别是信号转导与转录激活因子3(Signal transducer and activator of transcription3,STAT3)、RORγt、核受体RORα、干扰素调节因子4(Interferon regulatory factor-4,IRF-4)、B细胞活化转录因子(B-cell activating transcription Factor,B-ATF)与缺氧诱导因子1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1),细胞因子Il-6、Il-21和Il-23均能诱导STAT3的活性,STAT3能够和RORγt共同作用下诱导Th17细胞分化进一步促进IL-17和IL-21的分泌,同时IRF-4可通过活化RORγt来促进Th17细胞分化。
2.Th17细胞生物特性
Th17细胞主要通过其对细胞因子的影响来发挥生物活性的。众所周知,Th17细胞能够产生不同的细胞因子,包括IL-17A、IL-17F、IL-26、IL-22、IL-6和TNF-α,这些细胞因子主要通过刺激不同的细胞如内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞和巨噬细胞产生趋化因子如CXCL1、CXCL2、CXCL5、CCL2和CCL5,也可产生一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase-2,NOS-2)、金属蛋白酶(metalloproteinase,MMP)3、GM-CSF以及致炎性细胞因子(IL-1、IL-6和TNF-α),也可表达不同的转录因子RORγt、RORα和STAT3。
除了对细胞因子的影响之外,Th17细胞也能通过其它途径来发挥重要的生物学效应。如PGE2活性增加影响Th17分泌的IL-23/IL-17进一步会导致炎症反应的加重,以其产生特异性的细胞因子如IL-17、IL-22、IL-17F的及CCL20而发挥着生物效应。
3.Th17细胞及相关细胞因子与神经病理性疼痛
1)Th17细胞与神经病理性疼痛
研究表明Th17细胞通过其分泌的细胞因子IL-17以及相关细胞因子如IL-6、IL-8等参与神经病理性疼痛的发生与发展。Thl7细胞通过其产生的IL-17作用于星形胶质细胞上的IL-17的受体;另一方面IL-17又通过上调星形胶质细胞促炎因子的分泌,直接或间接增加伤害性神经元的兴奋性,参与了神经病理性疼痛的中枢敏化过程。
在大肠埃希氏菌感染的前列腺非肥胖糖尿病与C57BL/6大鼠慢性盆腔痛模型研究中发现,非肥胖糖尿病大鼠与对照组相比,IL-17A明显增加,Th17相关的转录因子RORγt在10天左右也会明显增加,而IL-17A在10天左右增加的时候,其触诱发痛程度是逐渐加重的,这些证据充分表明了Th17参与了慢性盆腔痛的机制。
在IL-17基因敲除的大鼠中痛觉过敏会明显减轻,胶质细胞激活也表明了外周神经元Th17细胞参与了神经病理性疼痛的发生,然而对于中枢机制的研究中却没有得出相同的结论。Draleau等在L5脊髓横断导致的神经病理性疼痛动物模型研究中发现,脊髓损伤前后Th17细胞百分比无明显差异,可能与脊髓中本身所含的Th17细胞数量过少有关。
而在许多临床试验中也发现Th17细胞参与了神经病理性疼痛,Th17与腰椎间盘突出症所导致的根性痛研究中发现,Th17和IL-17与VAS评分、PGE2都有着密切的相关性,病人术前与正常对照组相比,Th17细胞的比例与IL-17浓度会明显增加,可能为椎间盘突出的病人其Th17和IL-17水平增高,PGE2产生可进一步诱导Th17细胞分化,导致疼痛的发生。
另一项关于面部疼痛、外周神经病理性疼痛以及带状疱疹后遗神经痛研究中却发现,病人Th17细胞百分比相对于健康人是减少的,RORγtmRNA含量增加,IL-17无明显变化,表明Th17可能有其它的机制参与神经病理性疼痛的过程。
2)IL-17与神经病理性疼痛
IL-17最初是从杂交后啮齿目动物激活的T细胞CTLA8转录因子中cDNA中分离出来的,其受体有860个氨基酸的片段,几乎分布在全身所有组织,也是研究最为广泛的细胞因子。IL-17目前主要认为是致炎性细胞因子,主要是由Th17细胞产生,也可由中性粒细胞、细胞毒性T细胞以及胶质细胞所分泌,在神经炎性免疫疾病中起着重要的作用。最近研究中表明,IL-17可以间接的导致损伤神经元区域的免疫细胞的招募,从而释放致炎性细胞因子,直接作用于背根神经节参与神经病理性疼痛的发生与发展。
在大鼠坐骨神经结扎模型足底或椎管内给予IL-17后可导致机械痛及热痛的产生,其机制可能与IL-17介导细胞因子TNF-α和IL-1β的释放有关。在CCI模型中发现损伤神经元中IL-17表达增加,尤其是在7天左右达到高峰,T细胞或者IL-17基因敲除的大鼠,其机械痛及热痛均表现不明显;在SNL模型中也发现,IL-17敲除大鼠在其损伤的坐骨神经和背根神经节,其T细胞浸润和巨噬细胞减少,脊髓小胶质细胞和星形胶质细胞活性降低,同时致炎性细胞因子IL-6、TNF以及INF-γ均明显减少,表明IL-17参与及维持着神经病理性疼痛,可能与胶质细胞的活性有关,也可能与IL-17导致IL-6减少有关。
在慢性压缩性损伤(CCI),部分坐骨神经结扎(PSL),完全坐骨神经横断(CST)和神经周围炎症动物模型发现CCI和神经炎动物模型在第3、5和8天时出现了明显的机械痛和热痛,PSL的大鼠在第5天和8天后表现为机械疼痛,而CST的大鼠则发生明显的感觉迟钝。
3天以后,仅在PSL大鼠模型中的发现IL-17水平显著增加,8天以后,CCI、CST和PSL及神经炎模型中的神经元中的IL-17水平显著升高,很可能与IL-17在急性期疼痛的作用有限有关,但在发展为慢性神经病理性疼痛中起着重要的作用。
综上所述,本文讨论了Th17细胞及其相关细胞因子在神经病理性疼痛中的相互作用,这些研究为Th17细胞及其细胞在神经病理性疼痛中提供了充分的证据,但是机制十分复杂,这需要我们进一步的研究,为神经病理性疼痛的免疫机制研究提供新的视角,也为神经病理性疼痛免疫性药物治疗提供新的靶点。