王 琳 刘 雪 刘冰清 刘亚楠 丁素英

（郑州大学第一附属医院体检科，郑州450001）

慢性疼痛常由外周组织持续性炎症状态和外周神经系统或中枢神经系统神经损害导致。慢性疼痛严重影响病人生活质量，已被越来越多的疼痛研究者视为一类疾病而非其他疾病的伴随状态。由外周组织持续性炎症状态引起的慢痛被称为慢性炎症痛，由外周或中枢神经系统神经损害引起的称为神经病理性疼痛(neuropathic pain, NP)[1,2]。NP 病因众多，糖尿病、感染（带状疱疹病毒或HIV）、神经创伤、离子通道病、自身免疫性疾病均可引起NP[3]。NP难治性高、机制不明，是疼痛研究领域的一大热点。NP 在普通人群的发病率为3.3%～8.2%[4]，还可导致失眠、焦虑、抑郁等精神心理疾病，带来许多社会经济问题。

表观遗传学(epigenetics)的概念于1942 年由Waddington 率先提出。表观遗传学主要研究生物体基因型和表型的关系，即研究生物体在不改变DNA序列前提下如何调控基因表达从而参与众多生理及病理过程。人类基因组测序[5]表明，人体内只有2%～3%的基因表达蛋白质，其余序列在生命过程中发挥何种作用尚不清楚。表观遗传学是不涉及DNA 序列改变的、可逆的、可遗传的基因修饰，其通过DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色体重塑、基因印迹和非编码RNA 等方式调节基因表达，影响个体表型[6]。

NP 发病机制尚不清楚，临床尚缺乏有效治疗手段，是世界性医学难题，严重困扰着数以万计的病人和临床医师，影响人类的生活质量[7]。近年来，外周炎症及神经损伤引起的痛觉传导通路相关神经组织的DNA 甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA 变化，提示表观遗传学机制可能作为基因调控新机制在NP 的发生及维持中发挥重要作用。本文结合国内外NP 近期研究，综述其在表观遗传学领域相关进展，为进一步阐明疼痛发生机制提供新思路，为NP 治疗提供新策略。

一、NP 与DNA 甲基化

DNA 甲基化是目前研究最深入也最重要的表观遗传学机制，是通过在DNA 碱基上添加甲基，从而抑制转录因子与编码基因启动子结合，起到抑制基因转录的作用。DNA 甲基化在调控染色体结构、X 染色体失活、基因印记和肿瘤发生等生命过程中发挥重要作用。真核生物DNA 甲基化最常发生的碱基修饰为5-甲基胞嘧啶，其次是腺嘌呤和鸟嘌呤甲基化。哺乳动物体内有3 种DNA 甲基转移酶 (DNMT)，分别是DNMT1、DNMT3a 和DNMT3b。DNMT1 参与甲基化状态的维持，使复制过程中甲基化位点保持遗传稳定性；DNMT3a 和DNMT3b 催化甲基化从头合成。Zhao 等[8]研究表明，外周神经损伤后，大鼠背根神经节中DNA 甲基化转移酶DNMT3a 高表达，从而促进DNA 甲基化。而此甲基化过程发生在电压依赖性钾通道(Kv)亚单位Kcna2 启动子区，从而降低了Kcna2 转录，减少Kv 电流，增加背根神经节神经元兴奋性并导致脊髓水平的中枢敏化，诱发模型动物出现NP 相关症状。这些发现表明在背根神经节中，神经元甲基化转移酶DNMT3a 可能通过抑制Kcna2 的表达，调控NP 的发生。在该课题组的另一项研究中，Sun等[9]应用脊神经结扎(spinal nerve ligation, SNL)大鼠及小鼠发现DNMT3a 可以促进背根神经节中阿片类受体编码基因的甲基化，从而使内源性阿片受体在模型动物中表达减少。这一发现为解释阿片类镇痛药对治疗NP 效果欠佳提供可能机制；同时，这一研究启发我们可以通过抑制DNMT3a 活性从而提高机体对阿片类镇痛药的敏感性，为临床治疗NP 提供了新思路。王英等[10]研究表明，NP 大鼠脊髓内DNMT1、DNMT3a、DNMT3b 上调，通过鞘内注射DNMT 抑制剂5-氮杂胞苷抑制了大鼠脊髓内DNMT 表达并有效缓解了NP。这一研究结果进一步印证了DNA 甲基化转移酶在NP 的发病机制中起重要作用。Yuan 等[11]发现八聚体转录因子1 (octamer transcription factor 1, OCT1)在坐骨神经结扎损伤(chronic constriction injury, CCI)模型大鼠中表达增多，OCT1 通过增加背根神经节中神经元的DNMT3a 的转录进一步下调阿片受体MOR 及K+通道Kv1.2 导致NP 的发生。侯立力[12]等研究表明，CCI 大鼠脊髓整体甲基化水平显著升高，而阿片受体MOR 表达显著降低，鞘内注射5-氮杂胞苷可降低CCI 大鼠脊髓整体甲基化水平、升高MOR表达水平，并提升吗啡对NP 的镇痛作用。这提示DNA 甲基化抑制剂可能成为治疗NP 的辅助用药。

二、NP 与组蛋白修饰

组蛋白常见的修饰形式有乙酰化、甲基化、磷酸化和ADP 核糖基化，目前研究最多的是组蛋白乙酰化修饰。作为表观遗传学的重要组成部分，近年来研究证实组蛋白修饰在NP 中发挥重要作用。

组蛋白的乙酰化修饰主要发生在组蛋白的赖氨酸残基上，调控组蛋白乙酰化的酶由组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase, HAT)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HDAC)构成。与DNA 甲基化后转录活性降低相反，组蛋白的乙酰化使编码基因表达上调，促进DNA 的转录和mRNA 的翻译。Tao 等[13]在CCI 大鼠中发现，造模成功3 天后大鼠脑干中缝大核内δ 阿片受体在突触后膜表达升高，在14 天后δ 阿片受体表达下降，而应用HDAC 抑制剂会增加突触后膜δ 受体表达从而产生镇痛效应。Kiguchi 等[14]报道了组蛋白乙酰化和趋化因子在加重NP 中的重要作用。发现在小鼠坐骨神经部分卡压(partial sciatic nerve ligation, pSNL) NP 模型中，神经损伤可导致巨噬细胞和中性粒细胞的增多，从而使小鼠体内的趋化因子上调；作者进一步研究表明，机体通过增加神经外膜周围巨噬细胞和粒细胞趋化因子启动子区域组蛋白H3 的乙酰化水平而上调趋化因子表达，从而导致严重的神经炎症反应。而应用组蛋白乙酰化酶抑制剂后，NP 小鼠疼痛症状减轻，间接说明组蛋白乙酰化会导致疼痛发生。Kami 等[15]最新的研究表明，脊髓背角小胶质细胞和星形胶质细胞组蛋白去乙酰化酶1 (HDAC1)高表达降低了其核内组蛋白乙酰化水平，然而脊髓背角的神经元中却无HDAC1 高表达，这提示NP 可能是由脊髓背角内的HDAC1 高表达的小胶质细胞和星形胶质细胞介导。Mariaru 等[16]在实验动物中发现，神经损伤会导致组蛋白去乙酰化酶2 (HDAC2)在星形胶质细胞中显著表达，而HDAC2 在生理状态下主要在神经元中表达，但神经损伤后，神经元中的HDAC2 却未发生显著改变。Notartomaso 等[17]发现，在慢性炎性痛和NP 小鼠模型中，L-乙酰肉毒碱(lacetylcarnitine, LAC)可增加背根神经节中组蛋白H3（结合Grm2 基因启动子位点）的乙酰化水平，并进一步上调mGlu2 受体表达，从而缓解疼痛，这可能与LAC 促进H3 乙酰化，进而增强Grm2 基因启动子的转录活性有关。Feng 等[18]发现，CCI 大鼠脊髓背角的组蛋白甲基化显著升高，同时Wnt3a 启动子区域的胞嘧啶甲基化显著降低，此研究表明，Wnt 信号通路的表观遗传修饰促进大鼠NP 的发生。近年来，环氧化酶(COX)在NP 中的作用也越来越受到关注，Zhu 等[19]在模型动物中发现，组蛋白乙酰化会增加COX-2 的表达，而组蛋白乙酰转移酶p300 的抑制剂则能降低组蛋白乙酰转移酶p300 和COX-2 的水平，从而升高模型动物的痛阈，这提示机体可通过组蛋白乙酰化提高机体COX-2 水平从而诱发NP。以上研究表明，组蛋白的乙酰化和去乙酰化过程在NP 的发生中发挥重要作用。

同时，脊髓节段的趋化因子水平也可能与组蛋白乙酰化修饰导致的NP 有关。潘冰冰等[20]在CCI 大鼠中发现，CXCR2 表达异常上调可导致NP产生和维持，而组蛋白乙酰转移酶抑制剂可降低CXCR2 表达并缓解NP；刘芳芳等[21]发现趋化因子CCL-1 受体CCR-8 参与切口痛痛觉敏化过程，注射组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂后，脊髓组蛋白H3K9 及CCR-8 表达显著增多，小鼠疼痛过敏增强。上述两研究表明，组蛋白乙酰化修饰通过影响脊髓水平趋化因子及其受体的水平而参与疼痛的发生及维持。组蛋白甲基化修饰是组蛋白翻译后修饰的重要方式，徐华丽等[22]发现，在SNL 小鼠NP 中，组蛋白精氨酸甲基化酶(protein arginine methyltransferase, PRMTs)的转录基因中，Carm1 转录表达明显上调，而Prmt5、Prmt8 和Prmt9 转录抑制，Prmt8 抑制最明显。这提示Carm1 和Prmt8 通过影响组蛋白精氨酸甲基化参与NP，但具体机制尚待深入揭示。

三、NP 与非编码RNA

人类基因组测序研究表明，人体内编码蛋白的基因序列仅有2 万个左右，这一比例不足人类全基因组序列的2%。显然，仅靠mRNA 的前体剪切和蛋白质的翻译后修饰无法完全实现蛋白质的差异化和功能多样性。同时，98%的非编码序列在人体如何发挥作用引起了科学家的极大兴趣。起初，这些非编码序列被认为是转录噪声而被轻视，但越来越多的研究表明，非编码序列的转录产物，即非编码RNA (noncoding RNA, ncRNA)，尽管在细胞中不编码蛋白质，却在诸如基因印记、发育分化、基因沉默等许多细胞和分子过程中发挥着重要作用。ncRNA 根据碱基数目是否大于200 核苷酸分为微小RNA (microRNA, miRNA) 和长链非编码RNA (long noncoding RNA, lncRNA)。近年来研究证明，ncRNA 在NP 的发生及维持阶段发挥重要作用[23]。现分别从miRNA 和lncRNA 角度分述相关进展。

1. NP 与miRNA

miRNA 是一类长度范围在16～29 个核苷酸之间，平均长度约22 个核苷酸的内源性非编码单链RNA 小分子。miRNA 调控的基因沉默是生物体内普遍存在的重要的基因调控机制，最近研究发现miRNA 参与慢性疼痛的基因调控过程并在NP 中扮演重要角色。Yang 等[24]在糖尿病NP 小鼠内发现miRNA miR-190a-5p 表达显著下调，应用荧光素酶报告实验证实SLC17A6 是miR-190a-5p 的直接作用靶点，而SLC17A6 作为溶脂运载家族成员在谷氨酸突触小泡中发挥重要作用，并参与突触兴奋性传递从而在NP 发挥作用。上调miR-190a-5p 可有效抑制SLC17A6表达并减弱模型动物的疼痛行为学表现。Heyn 等[25]则从神经炎症领域探讨了miRNA 与NP关系，发现miR-124a 和miR-155 是组蛋白去乙酰酶SIRT1 的直接阻遏剂，miRNA 对SIRT1 的阻遏会导致Foxp3 的表达并进一步增加调节性T 细胞的分化，而T 细胞反应目前被认为是NP 发生的重要因素。而Huang 等[26]从突触重塑方面揭示miRNA 在NP 发挥的作用，发现miR-500 在NP 动物内高表达并通过作用于脊髓背角的Gad1 基因下调GAD67 表达，GAD67 是胞质内GABA 合成及GABA 小泡运输至突触间隙的关键酶，而GABA 作为抑制性神经递质在生理性镇痛方面发挥重要作用；通过应用miR-500 抑制剂或敲除miR-500 表达，脊髓背角神经元中GABA 能突触受体表达增加，有助于缓解NP 模型动物的疼痛。

2. NP 与lncRNA

NP 的具体机制虽不清楚，但证据表明lncRNA参与其发生。Liu 等[27]应用高通量测序分析NP 与lncRNA 的关系，结果显示有22 213 个lncRNA 在坐骨神经部分损伤(spared nerve injury, SNI) NP 小鼠的脊髓中差异表达。Jiang 等[28]在SNL 小鼠脊髓中发现了 511 个与正常小鼠表达有显著差异的 lncRNA。与假手术小鼠相比，SNL 小鼠脊髓中发现了 366 个上调和 145 个下调的 lncRNA。这些研究说明 lncRNA 参于了 NP 的调节，但其在脊髓中调控 NP 的具体机制仍未明确。上述研究表明，lncRNA 在NP 的发生发展中发挥着重要作用。Zhao 等[8]揭示了lncRNA Kcna2 AS 在NP 中的作用，研究表明，lncRNA Kcna2 AS 可以沉默NP 大鼠背根神经节内的mRNA Kcna2，Kcna2 沉默使背根神经节内神经元表面电压门控钾通道表达减少，从而使背根神经节的神经元更易去极化，通过外周敏化机制参与NP。Li 等[29]在CCI 大鼠中发现，lncRNA MRAK009713 过表达增强动物疼痛行为学表现，而应用小干扰RNA (siRNA)敲减lncRNA MRAK009713 可有效改善模型大鼠的机械痛敏和热痛敏。进一步研究表明，MRAK009713 通过促进嘌呤受体配体门控离子通道P2X3改变神经元电生理特性，导致顽固性NP 的发生。类似的实验结论也在2 型糖尿病大鼠NP 模型中得到印证，Peng等[30]发现lncRNA NONRATT021972 可以通过促进P2X3升高模型动物的痛阈，而应用NONRATT-021972siRNA 敲减NONRATT021972，可以减少P2X3的表达，从而缓解疼痛症状。上述研究表明，lncRNA 可通过多种机制调控NP 的发生。

四、未来展望

综上所述，大量证据表明表观遗传学机制通过抑制或活化疼痛相关基因、炎症介质、信号通路等多种方式在NP 的发生和维持中发挥着重要作用，但表观遗传学机制在NP 中如何发挥作用及相关药物对NP 的治疗机制研究尚不明确。如何获得NP的表观遗传学标志物，作为开展临床诊断及预测的重要样本来源，更深入探索表观遗传学机制在NP中的发生机制和从表观遗传学角度研发新型镇痛药物，是科研工作者未来亟待解决的问题。