骨癌痛模型研究進(jìn)展

癌癥疼痛是大多數(shù)臨床腫瘤患者的癥狀之一，也是破壞患者生活質(zhì)量的重要因素。原發(fā)性或者轉(zhuǎn)移性腫瘤引起的疼痛會隨著腫瘤的發(fā)展不斷加重。癌痛表現(xiàn)主要有3種:持續(xù)性疼痛,自發(fā)間歇性疼痛和活動誘發(fā)的突然性疼痛(breakthroughpain)。在骨癌痛過程中也會出現(xiàn)這3種疼痛狀態(tài)。其中持續(xù)性疼痛是骨癌痛最常見的始發(fā)癥狀,這種持續(xù)性疼痛開始表現(xiàn)為鈍痛,隨著時間的變化出現(xiàn)持續(xù)性跳痛并且不斷加重,而且活動也能使疼痛加重;當(dāng)骨內(nèi)腫瘤灶進(jìn)一步發(fā)展,會出現(xiàn)間斷性自發(fā)產(chǎn)生的更嚴(yán)重的疼痛;突然性疼痛常見于身體重心下降及受損肢體活動后。雖然在臨床上阿片類鎮(zhèn)痛藥等多種方法可用于骨癌痛的治療,但由于存在療效短暫以及藥物的副作用等問題,仍有相當(dāng)一部分骨癌痛不能得到理想控制。臨床用于治療突然性疼痛的阿片類藥物所需的劑量極高,而高劑量又產(chǎn)生了多種副作用,例如:呼吸抑制、嗜睡和便秘等,嚴(yán)重影響腫瘤病人的生活質(zhì)量。因此如何更有效的治療骨癌痛成為目前臨床急需解決的問題,而發(fā)展新療法的最大障礙在于目前對癌痛發(fā)生發(fā)展的機制了解尚少。近年來骨癌痛動物模型的建立并且逐漸成熟,促進(jìn)了對骨癌痛機制的深入研究,為開發(fā)治療骨癌痛的新藥物提供了新的思路和理論依據(jù)。外周敏化(peripheralsensitization)和中樞敏化(centralsensitization)是包括癌痛在內(nèi)的慢性痛發(fā)病的主要機制。腫瘤局部微環(huán)境中的多種炎癥介質(zhì)、低pH值等因素以及后期周圍神經(jīng)損傷等都會引起傷害性感受器的異常興奮,導(dǎo)致外周敏化效應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致中樞敏化。1動物骨癌痛模型疼痛出現(xiàn)于多種疾病過程中,動物疼痛模型的建立對闡明疼痛的發(fā)病機制以及探討藥物作用原理都具有重要意義,近年來出現(xiàn)的動物骨癌痛模型為研究骨癌痛的機制提供了良好的條件。1.1小鼠骨癌痛覺超敏試驗在C3H/HeJ小鼠股骨骨髓腔內(nèi),注射小鼠溶骨型骨肉瘤NCTC2472細(xì)胞,造成小鼠骨癌。手術(shù)后5d可以出現(xiàn)自發(fā)痛(自發(fā)性縮足)和痛覺超敏(allodynia)。這種模型與人類癌癥誘發(fā)的骨痛有相似的臨床表現(xiàn)。1.2小鼠跟骨骨髓腔內(nèi)注射與小鼠股骨癌痛模型相似,同樣用NCTC2472細(xì)胞注射到小鼠跟骨骨髓腔內(nèi)。手術(shù)后6d可以觀察到骨質(zhì)破壞,自發(fā)痛、機械性痛覺過敏(hyperalgesia)和冷痛覺超敏。1.3骨癌痛模型的建立2002年國外有研究人員將乳腺癌細(xì)胞MRMT-1接種于Wistar大鼠脛骨內(nèi)造成骨癌痛模型,這一模型被普遍認(rèn)同并得到廣泛應(yīng)用。2006年筆者所在研究小組將大鼠乳腺癌Walker-256細(xì)胞接種于Wistar大鼠脛骨骨髓腔內(nèi)也造成骨癌痛模型,并且簡化了模型制作方法,提高了大鼠的存活率。接種后4d,發(fā)生機械性痛覺超敏和痛覺過敏;接種腫瘤細(xì)胞12d時可以觀察到骨質(zhì)降解。原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性骨腫瘤都會出現(xiàn)嚴(yán)重的疼痛。隨著病程的發(fā)展,患者可以出現(xiàn)不同程度的痛覺過敏和痛覺超敏。上述骨癌痛模型,與臨床癥狀相似,為研究骨癌痛的發(fā)生發(fā)展機制提供了有利條件。2知識的釋放和損傷痛覺異常初級傷害性感覺神經(jīng)元位于脊髓背根神經(jīng)節(jié)(dorsalrootganglion,DRG),可將各種傷害性刺激信息轉(zhuǎn)化為電化學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至中樞。在持續(xù)的外周刺激下,DRG神經(jīng)元發(fā)生可塑性變化,外周神經(jīng)敏感性增加,痛閾降低,產(chǎn)生痛覺過敏和痛覺超敏。炎癥反應(yīng)、神經(jīng)末梢病變、其他組織損傷可造成傷害性刺激傳入信息增多,從而引起疼痛。其中炎癥反應(yīng)釋放的化學(xué)物質(zhì)(如前列腺素等)可激活A(yù)-δ和C類傳入纖維,使傷害性感受器的閾值下降,形成外周敏化。初級感覺神經(jīng)元的敏化在痛覺過敏和痛覺超敏過程中發(fā)揮著重要作用。敏化過程中,神經(jīng)元對刺激的反應(yīng)發(fā)生變化,輕微的傷害性刺激也被認(rèn)為是強烈的刺激(即痛覺過敏),甚至于非傷害性刺激被認(rèn)為是有害刺激(即痛覺超敏)。敏化后,損傷區(qū)周圍的閾下非傷害性刺激也成為傷害性刺激。與骨髓、骨和骨腫瘤相比,骨膜擁有較多的神經(jīng)支配。分布在骨膜的初級傳入纖維是Aδ和C類傳入纖維,以C類纖維占多數(shù)。C類纖維是細(xì)的無髓的纖維,傳導(dǎo)速度較慢,一般僅為1~2m/s,多傳導(dǎo)灼痛和鈍痛。Aδ類纖維是一種有髓纖維,傳導(dǎo)速度為15~30m/s,一般認(rèn)為多傳導(dǎo)刺痛。所以當(dāng)骨腫瘤生長造成骨膜受損時,患者可以感受到劇烈的刺痛,也會出現(xiàn)定位比較模糊的鈍痛。對以上動物模型的研究表明,腫瘤細(xì)胞釋放的物質(zhì)和腫瘤本身由于壓迫等原因引起的初級傳入神經(jīng)損傷同時發(fā)生,導(dǎo)致了疼痛狀態(tài)的出現(xiàn);同時,破骨細(xì)胞的活化,分布在初級傳入神經(jīng)元上的離子通道的變化也有可能參與了骨癌痛過程。2.1nd與rakenl在腫瘤發(fā)展過程中,骨質(zhì)溶解是由于破骨細(xì)胞活化造成的。而破骨細(xì)胞的活化是由于成骨細(xì)胞及間質(zhì)細(xì)胞上的核因子κB受體活化配體(receptoractivatorfornuclearκBligand,RANKL)與破骨細(xì)胞及其前體細(xì)胞表面受體RANK(receptoractivatorofNF-κB)結(jié)合形成的。研究顯示RANKL的抑制劑OPG(osteoprotegerin)通過抑制破骨細(xì)胞的活化而緩解疼痛。還有研究表明,破骨細(xì)胞的抑制劑BPs(bisphosphonates)也可以減輕骨痛。這些研究提示破骨細(xì)胞可能參與了骨癌痛過程。在骨癌痛大鼠模型中,患側(cè)破骨細(xì)胞大量增殖,并且分泌一些生物活性物質(zhì)造成骨質(zhì)破壞,同時鄰近組織微環(huán)境呈酸性,H+激活初級感覺神經(jīng)元上的酸敏感性離子通道(acid-sensingionchannels,ASICs),從而引起痛覺過敏。2.2tnf-類抗劑惡性腫瘤細(xì)胞及腫瘤周圍組織可以分泌前列腺素(prostaglandins,PGs),各類細(xì)胞因子,ATP,內(nèi)皮素(endothelin-1,ET-1),神經(jīng)生長因子(nervegrowthfactor,NGF)和腫瘤壞死因子(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)等,通過各自的受體激活傷害性感受器。在腫瘤含氧量低的區(qū)域可檢測到由于細(xì)胞溶解而釋放的細(xì)胞因子,這些細(xì)胞因子通過激活傷害性感受器而導(dǎo)致痛覺過敏。研究表明,與腫瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞最高可以占腫瘤體積的80%,而巨噬細(xì)胞和其他炎性細(xì)胞可以釋放COX-2(cycloxygenase-2)和/或NGF。在骨癌痛早期非甾體抗炎藥(non-steroidalanti-inflammatorydrugs,NSAIDs)可以明顯減弱疼痛,提示炎性細(xì)胞參與了骨癌痛過程。這些細(xì)胞因子和炎性細(xì)胞釋放的物質(zhì),可以直接或間接地敏化或活化初級感覺神經(jīng)元,形成痛覺過敏。上述這些結(jié)果提示,骨癌痛過程與炎癥痛過程有相似之處。神經(jīng)細(xì)胞及非神經(jīng)細(xì)胞,包括腫瘤細(xì)胞都可以分泌ET-1。在腫瘤骨轉(zhuǎn)移過程中ET-1大量出現(xiàn),并且與骨癌痛有關(guān)。在骨癌痛中出現(xiàn)的痛覺過敏部分是由于ET-1選擇性敏化和/或活化了含有ET-1受體(也稱endothelin-Areceptor,ETAR)的初級傳入傷害性感受器造成的。使用ET-1受體拮抗劑可以阻斷痛覺過敏,提示ET-1參與了骨癌痛過程。NGF參與癌痛過程與多種分子和蛋白有關(guān),包括神經(jīng)肽,如P物質(zhì)和降鈣素基因相關(guān)肽(calcitoningenerelatedpeptide,CGRP)等;受體,如緩激肽受體等;離子通道,如P2X3,瞬時受體電位香草酸亞型1(transientreceptorpotentialvanilloidtype1,TRPV1),ASIC-3,部分鈉通道等;激活轉(zhuǎn)錄因子(activatingtranscriptionfactor3,ATF3)等等。這些因素的協(xié)同作用,會導(dǎo)致疼痛信號被放大。TNF-α也參與了骨癌痛的發(fā)生發(fā)展過程。Wacnik等的研究發(fā)現(xiàn),給正常小鼠足底注射TNF-α可以產(chǎn)生機械性痛覺過敏,提示TNF-α可以興奮或敏化初級傳入纖維。在小鼠骨癌痛模型上注射TNF-α的受體拮抗劑可以部分阻斷腫瘤導(dǎo)致的痛覺過敏,提示TNF-α參與了骨癌痛的過程。并且有體外研究表明,腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的TNF-α可以刺激破骨細(xì)胞活動及骨再吸收作用,TNF-α拮抗劑可以抑制腫瘤激活的破骨細(xì)胞的活動,減輕骨癌痛。研究表明IL-1β(interleukin-1β)參與了損傷引起的炎癥痛過程,并與炎癥痛中出現(xiàn)的痛覺過敏有關(guān)。在癌痛過程中,IL-1(interleukin-1)同樣也參與了痛覺過敏的形成。IL-1參與癌痛的機制可能是通過直接刺激破骨細(xì)胞的前體細(xì)胞分化或間接引起RANKL的表達(dá)上調(diào)而引起痛覺過敏。2.3癌痛狀態(tài)小鼠atf3的表達(dá)變化在腫瘤生長過程中,腫瘤細(xì)胞逐漸接近并壓迫、損傷外周神經(jīng),最終影響感覺神經(jīng)元,造成初級感覺神經(jīng)元敏化,出現(xiàn)持續(xù)痛和痛覺超敏。研究表明,癌痛狀態(tài)下支配骨的感覺神經(jīng)元中CGRP或NGF200(nervegrowthfactor200)的表達(dá)下降;作為受損神經(jīng)元的標(biāo)志物,ATF3的表達(dá)在癌痛模型小鼠中可出現(xiàn)明顯的上調(diào)。這些改變提示骨癌痛過程與神經(jīng)痛過程有相似之處。2.4nav1.8在骨癌痛模型中的表達(dá)大量電壓門控離子通道在初級傳入神經(jīng)元上表達(dá),這些通道對神經(jīng)元細(xì)胞膜動作電位的產(chǎn)生和維持非常重要。在腫瘤骨轉(zhuǎn)移的過程中,這些離子通道的變化可能參與了骨癌痛的形成與維持。電壓門控陽離子vanilloid受體1(transientreceptorpotentialvanilloidtype1,TRPV1,也被稱為vanilloidreceptor1,VR1)是外周神經(jīng)末梢傳導(dǎo)傷害性感覺的受體,TRPV1受體選擇性表達(dá)于無髓鞘的C類傳入纖維上,可以被辣椒素、熱刺激和酸性環(huán)境活化,造成初級傳入神經(jīng)敏化。在骨癌痛中TRPV1的活化具有重要的作用,這種作用與破骨細(xì)胞及腫瘤誘導(dǎo)的組織酸中毒有關(guān)。在骨癌痛發(fā)生時,一方面,骨破壞和骨形成過程中有明顯的破骨細(xì)胞的增殖和肥大,導(dǎo)致細(xì)胞酸性微環(huán)境,或者當(dāng)腫瘤壞死時產(chǎn)生的酸性環(huán)境,可以增加TRPV1通路的興奮性;另一方面,緩激肽,ATP,NGF等導(dǎo)致TRPV1的敏化。在癌痛模型中,TRPV1的拮抗劑capazepine可以逆轉(zhuǎn)熱痛覺過敏,提示TRPV1的敏化參與了骨癌痛的過程,因此TRPV1的拮抗劑有可能成為治療骨癌痛的新手段,用于臨床癌痛病人的治療。電壓門控鈉離子通道Nav1.8表達(dá)于初級感覺神經(jīng)元的胞體和軸突,介導(dǎo)TTX-R(河豚毒素不敏感)鈉電流,參與組織或神經(jīng)損傷后DRG神經(jīng)元自發(fā)動作電位和異常放電等活動,在外周神經(jīng)的敏化過程中具有