陳林海，陳軼塵，魏 鵬，楊 婧

(1.寧波市第一醫(yī)院整形修復(fù)重建外科，2.寧波市醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所，浙江 寧波 315000；3.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院麻醉科，浙江 杭州 310002)

疼痛是與實(shí)際或潛在組織損傷相關(guān)或類似的令人不快的感覺和情感體驗(yàn)。疼痛的治療包括藥物、認(rèn)知行為療法、神經(jīng)肌肉阻滯和電神經(jīng)刺激等方法。但均存在藥物副作用多、安全性差、療效欠佳、組織損傷大等缺點(diǎn)[1]。然而，BTX-A因具有一次給藥后相對持續(xù)的鎮(zhèn)痛效果，有高安全性和無成癮等優(yōu)勢，以及對于肌筋膜張力性疼痛、神經(jīng)源性疼痛和炎癥性疼痛均有較好的療效而備受關(guān)注[2]。

1892年Kerner教授首次報(bào)道肉毒毒素(botulinum toxin，BTX)[3]。此后，根據(jù)血清型和抗原性的不同，將BTX分成7種(A、B、C、D、E、F、G)亞型[4]。其中BTX-A憑借其較高的親和力和良好的耐受性在臨床中應(yīng)用廣泛。2011年美國藥監(jiān)局將慢性偏頭痛作為BTX-A唯一的臨床疼痛適應(yīng)癥。起初人們認(rèn)為松弛肌肉是疼痛緩解的主要原因，但隨后的隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：BTX-A在非肌肉疼痛的模型中也具有鎮(zhèn)痛效果，且優(yōu)于肌肉疼痛模型，這使得BTX-A在疼痛治療中的作用機(jī)制更富有爭議[2]。本文分別從周圍神經(jīng)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)兩個方向討論BTX-A在疼痛治療中的可能機(jī)制，并將已報(bào)道的機(jī)制總結(jié)如Fig 1所示，旨在為臨床實(shí)踐提供參考和依據(jù)。

Fig 1 Schematic diagram of mechanism of botulinum toxin type A in treating pain

1 BTX-A對外周神經(jīng)系統(tǒng)的作用

1.1 BTX-A對外周神經(jīng)末梢遞質(zhì)的影響B(tài)TX-A可以阻斷周圍感覺神經(jīng)中傷害性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。在體外初級感覺神經(jīng)元的培養(yǎng)中，BTX-A抑制由KCl誘發(fā)的降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP) 、P物質(zhì)(substance P，SP)和谷氨酸的釋放[5]。在SP和神經(jīng)激肽A(neurokinin A，NKA)或神經(jīng)激肽1(neurokinin 1，NK1)受體基因敲除鼠和野生型小鼠的對比實(shí)驗(yàn)中，BTX-A更能夠緩解基因敲除鼠中福爾馬林誘發(fā)的慢性疼痛和神經(jīng)病變或炎癥誘發(fā)的急性疼痛[6]。在福爾馬林誘導(dǎo)的大鼠后爪和顳下頜關(guān)節(jié)疼痛的模型中，外周注射BTX-A同樣可以降低組織中谷氨酸和SP的水平[7]。通過微透析測定發(fā)現(xiàn)：在人類皮膚皮內(nèi)注射BTX-A后，皮內(nèi)辣椒素和SP的釋放量明顯下降[8]。因此，BTX-A的機(jī)制可能是通過抑制外周傷害性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放來介導(dǎo)，但目前還沒有臨床證據(jù)表明BTX-A的鎮(zhèn)痛作用與該機(jī)制有直接因果關(guān)系[2]。

另外，BTX-A還可以阻斷神經(jīng)肌肉接頭處信號遞質(zhì)的釋放。體外實(shí)驗(yàn)表明，神經(jīng)毒素能阻滯膽堿能突觸釋放乙酰膽堿，但不會干擾其合成和存儲，因此能選擇性的降低疼痛區(qū)域的肌張力，阻斷肌肉痙攣性收縮。同時臨床研究也證實(shí)BTX-A在治療緊張性偏頭痛、慢性腰痛和肌筋膜疼痛方面的功效和安全性[4]。

1.2 BTX-A的抗炎作用BTX-A的抗炎作用是存在一定爭議的。動物研究中發(fā)現(xiàn)：在完全弗氏佐劑(complete Freunds adjuvant，CFA)或福爾馬林誘導(dǎo)的慢性疼痛模型中，BTX-A可減輕疼痛區(qū)域的炎癥性腫脹，同時促進(jìn)外周谷氨酸的釋放[9]。但在辣椒素或卡拉膠誘導(dǎo)的急性疼痛模型中，雖然BTX-A能夠降低疼痛的敏感性，但在組織中未觀察到腫脹相關(guān)炎性滲出液的吸收，說明鎮(zhèn)痛與局部炎癥之間是互不干涉的[10]。此外在急慢性的關(guān)節(jié)炎性疼痛的模型或病例中，關(guān)節(jié)內(nèi)注射BTX-A可減輕軟骨變性、降低滑膜組織中促炎細(xì)胞因子IL-1βh和TNF-α的表達(dá)，并觀察到炎性細(xì)胞的浸潤[11]。同時，BTX-A也能降低CFA誘導(dǎo)的顳下頜關(guān)節(jié)炎的痛覺過敏，明顯降低外周SP、CGRP和IL-1β等細(xì)胞因子的水平，而在環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的膀胱炎和辣椒素誘導(dǎo)的前列腺炎的模型中，BTX-A能夠促進(jìn)炎性細(xì)胞積聚和環(huán)氧合酶-2的表達(dá)，加劇炎性反應(yīng)[7]。以上結(jié)果說明，BTX-A對傷害性刺激的調(diào)控作用在不同疾病模型有所差異,BTX-A對慢性炎性疼痛有更直接的抗炎作用[2]。

在臨床實(shí)驗(yàn)中：經(jīng)皮下注射BTX-A后發(fā)現(xiàn)局部谷氨酸釋放減少，同時在一組對比BTX-A和生理鹽水注射前后的實(shí)驗(yàn)中，皮下組織活檢也未發(fā)現(xiàn)SP、CGRP的濃度差異[8]。這一系列矛盾的研究結(jié)果，使得BTX-A通過抗炎鎮(zhèn)痛的作用存在爭議。

1.3 BTX-A對損傷神經(jīng)修復(fù)的作用在慢性壓迫性損傷神經(jīng)病理痛的模型中，發(fā)現(xiàn)BTX-A能加速神經(jīng)斷端的生長。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，在早期神經(jīng)損傷的小鼠模型中注射BTX-A，可以增加細(xì)胞分裂周期2(cdc2)和生長相關(guān)蛋白43(GAP-43)的表達(dá)，促進(jìn)施旺細(xì)胞的增殖和成熟[12]。最新研究：BTX-A可以在坐骨神經(jīng)干內(nèi)通過軸突轉(zhuǎn)運(yùn)的方式進(jìn)入施旺細(xì)胞，改變傳入神經(jīng)的感覺反饋機(jī)制，減少Ia纖維的傳輸效率，提高鎮(zhèn)痛的效果,同時也觀察到BTX-B可以緩解神經(jīng)源性疼痛，但卻不具備促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的能力，這表明BTX-A對受損傷神經(jīng)內(nèi)的基因表達(dá)模式有某些未知的作用，這是BTX-B所不具有的[13]。

1.4 BTX-A對感覺神經(jīng)節(jié)的影響對于BTX-A在外周神經(jīng)中的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，最先發(fā)現(xiàn)：BTX-A可能從周圍神經(jīng)的軸突向初級傳入纖維的感覺神經(jīng)元進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)運(yùn)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BTX-A可在大腦不同腦區(qū)進(jìn)行跨突觸轉(zhuǎn)運(yùn)。這可能是BTX-A治療經(jīng)偏頭痛的機(jī)制之一[2]。體外研究表明，用BTX-A處理神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞可促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸的釋放，并改變膠質(zhì)細(xì)胞和感覺神經(jīng)元之間的突觸連接方式[14]。

動物實(shí)驗(yàn)中：大鼠三叉神經(jīng)節(jié)損傷的疼痛模型中，直接注射BTX-A可緩解三叉神經(jīng)痛。這與BTX-A可降低傷害相關(guān)的離子通道蛋白(如辣椒素受體1(transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1)和嘌呤受體P2X3)表達(dá)上調(diào)，并減少早期多肽類疼痛遞質(zhì)(如前強(qiáng)啡肽)的mRNA的轉(zhuǎn)錄水平有關(guān)[12,15]。此外，Shimizu等也證明BTX-A降低了硬腦膜投射區(qū)域中感覺神經(jīng)元中TRPV1的表達(dá)。在體外試驗(yàn)中，從三叉神經(jīng)節(jié)中急性分離的初級神經(jīng)元，經(jīng)BTX-A處理后可阻斷KCL誘發(fā)的神經(jīng)胞吐過程，減少傷害性神經(jīng)遞質(zhì)釋放[16]。以上結(jié)果表明，BTX-A會阻斷傷害性物質(zhì)向神經(jīng)節(jié)感覺神經(jīng)元表面轉(zhuǎn)移從而達(dá)到鎮(zhèn)痛的作用[17]。

2 BTX-A對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用

BTX-A對外周神經(jīng)系統(tǒng)的作用有助于疼痛治療，但就鎮(zhèn)痛程度而言，BTX-A若只作用于外周神經(jīng)和神經(jīng)元是不夠的，實(shí)驗(yàn)證實(shí)如果只作用與外周神經(jīng)和神經(jīng)元，最低有效劑量的鎮(zhèn)痛時間在24 h左右，但實(shí)際作用時間可至48 h后。因此專家提出假設(shè)：BTX-A對中樞神經(jīng)系統(tǒng)也有作用[18]。后期的研究表明，單側(cè)BTX-A注射后雙側(cè)疼痛超敏反應(yīng)均降低，其次是與局部皮下給藥相比，椎管內(nèi)給藥后疼痛緩解更快，劑量需要更低，更進(jìn)一步證實(shí)該假設(shè)[19]。

2.1 BTX-A對中樞中TRPV1表達(dá)的影響臨床中發(fā)現(xiàn)BTX-A僅調(diào)控疼痛相關(guān)的炎癥和機(jī)械刺激，不影響其感覺模式(如瘙癢)，原因可能與BTX-A選擇性作用于特定的感覺神經(jīng)元有關(guān)[20]。BTX-A能緩解福爾馬林誘發(fā)的大鼠口面部疼痛，但該作用效果能被辣椒素反轉(zhuǎn)。辣椒素會上調(diào)感覺神經(jīng)元TRPV1的表達(dá)水平，阻止BTX-A在三叉神經(jīng)核中對SNAP-25的裂解。這表明：表達(dá)TRPV1神經(jīng)元的末端可能有抑制BTX-A活化的酶存在,研究表明，BTX-A更容易表達(dá)在TRPV1受體的初級感覺神經(jīng)元上，可能的原因是外周感覺神經(jīng)元中有較高的SV2A(突觸囊泡蛋白2A)蛋白表達(dá)水平，讓BTX-A進(jìn)入神經(jīng)元發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[21]。這與基礎(chǔ)研究一致，BTX-A對臨床中感覺功能保留較好的異常性疼痛患者有較好的治療效果[22]。在TRPV1、NK1、NKA基因敲除小鼠中，BTX-A不能有效緩解神經(jīng)病理痛和慢性炎性痛，這表明BTX-A可通過調(diào)節(jié)辣椒素敏感神經(jīng)元而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[6,18]。但是，在卡拉膠引起的雙側(cè)坐骨神經(jīng)慢性機(jī)械性痛覺過敏的模型中，用高劑量辣椒素對坐骨神經(jīng)進(jìn)行脫敏后，并不影響B(tài)TX-A的鎮(zhèn)痛作用[22]。因此，可以推測BTX-A的作用通路和相關(guān)的神經(jīng)元可能不只這一項(xiàng)。

2.2 BTX-A對小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的影響小膠質(zhì)細(xì)胞通過分泌谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1能增強(qiáng)神經(jīng)元傳遞過程中的突觸長期增益效應(yīng)，同時星形膠質(zhì)細(xì)胞可分泌間隙連接蛋白-43促進(jìn)神經(jīng)元之間的間隙連接，這均可使脊髓背角神經(jīng)元過度興奮，在神經(jīng)性疼痛的產(chǎn)生和維持中起關(guān)鍵作用[23]。BTX-A鎮(zhèn)痛的作用機(jī)制可能與抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化度和減輕神經(jīng)性炎癥有關(guān)[12]。研究表明，在大鼠脊髓的背角和腹角，注射BTX-A可降低小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化程度，并抑制炎癥因子IL-1β和IL-18的表達(dá)，提高了IL-1RA和IL-10在脊髓和/或背根神經(jīng)節(jié)中的濃度[24]。近期的一項(xiàng)體外研究表明，BTX-A通過抑制p38、ERK1/2、NF-κB介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號通路而抑制大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞中IL-1β、IL-18、IL-6和一氧化氮合酶2的表達(dá)。此外，BTX-A可通過抑制P2X7受體促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向M2型分化，從而緩解神經(jīng)病理性疼痛。BTX-A還降低了SNAP-23(小膠質(zhì)細(xì)胞中主要的SNAP分子)的表達(dá)，增加了TLR2(小膠質(zhì)細(xì)胞的分子靶點(diǎn))及其銜接蛋白MyD88的表達(dá)[25]。盡管研究的結(jié)果明確，但仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探索BTX-A在神經(jīng)炎癥機(jī)制中的作用細(xì)節(jié)。

2.3 BTX-A對中樞內(nèi)源性阿片肽和γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)神經(jīng)傳遞的間接作用Drinovac等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠神經(jīng)病理痛模型中，BTX-A通過增強(qiáng)內(nèi)源性阿片肽和GABA能神經(jīng)遞質(zhì)與各自受體的結(jié)合，發(fā)揮了鎮(zhèn)痛作用。在腹膜內(nèi)或鞘內(nèi)注射納曲酮(阿片受體拮抗劑)和荷包牡丹堿(GABA受體拮抗劑)，可抑制BTX-A對疼痛的治療治療效果,而腦室給藥后完全不影響B(tài)TX-A抗傷害感受作用[18]。此外，在神經(jīng)病理痛小鼠的模型中，觀察到BTX-A和嗎啡聯(lián)合給藥的鎮(zhèn)痛效果優(yōu)于嗎啡單獨(dú)給藥，BTX-A降低了疼痛對嗎啡的耐受性，同時增強(qiáng)了神經(jīng)元μ-阿片受體的表達(dá)[20]。

同時臨床中也證實(shí)BTX-A能有效治療因藥物濫用而出現(xiàn)止痛藥耐受的相關(guān)疼痛。因此專家提出間接作用的觀點(diǎn)：即BTX-A對疼痛的治療，是調(diào)控中樞-脊髓下行抑制系統(tǒng)，該系統(tǒng)會減弱脊髓背角的傷害性感覺輸入，這其中可能涉及一些尚未確定的神經(jīng)環(huán)路，而不是直接抑制神經(jīng)元功能產(chǎn)生鎮(zhèn)痛效果[2]。

2.4 BTX-A對上行性疼痛傳遞途徑的作用BTX-A主要在毒素注射區(qū)域相關(guān)的脊髓背角和/或腦干感覺區(qū)域起作用。視神經(jīng)系統(tǒng)的研究表明：BTX-A類似于破傷風(fēng)毒素，有跨多突觸傳遞功能，能夠在多個突觸中依次發(fā)生軸突運(yùn)輸和胞吞作用[27]。因此，BTX-A可能通過類似的機(jī)制轉(zhuǎn)送到上行的感覺區(qū)域。

有研究在大鼠胡須墊中注射BTX-A后，只在三叉神經(jīng)脊尾狀核和口狀核中發(fā)現(xiàn)SNAP-25的裂解，而檢查其他感覺區(qū)域(丘腦、下丘腦、感覺皮層、藍(lán)斑、中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)等)中未發(fā)現(xiàn)SNAP-25的裂解。該研究表明，BTX-A在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的擴(kuò)散相對較小，小劑量應(yīng)用時，毒素不太可能運(yùn)輸?shù)捷^遠(yuǎn)的感覺和運(yùn)動區(qū)域。然而，大劑量的BTX-A可能導(dǎo)致對側(cè)感覺和運(yùn)動區(qū)域SNAP-25發(fā)生裂解，支持BTX-A在脊髓逆向軸突運(yùn)輸假說[29]。另一研究，BTX-A可以抑制福爾馬林誘發(fā)中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)和藍(lán)斑中c-Fos的表達(dá)，但BTX-A不影響間腦其他區(qū)域c-Fos的表達(dá)[28]。這表明，在上行感覺區(qū)域的神經(jīng)元受到了間接的調(diào)節(jié)。目前尚無功能成像證據(jù)支持BTX-A對上行疼痛傳遞的作用。

3 總結(jié)與展望

BTX-A在臨床疼痛治療中有確切的療效，特別是針對肌骨方面的疼痛，病因包括肌筋膜張力性、炎癥性和神經(jīng)源性。其優(yōu)勢在于操作簡便，療效具有可持續(xù)性。在安全范圍內(nèi)即便多次給藥，幾乎無毒副作用，無成癮性。但在臨床應(yīng)用方面，BTX-A在疼痛治療上的使用仍處于初步階段，對于應(yīng)用的指征，注射的劑量、部位和時機(jī)均未有明確的指導(dǎo)意見，多數(shù)的治療以經(jīng)驗(yàn)為主，這不僅需要臨床經(jīng)驗(yàn)的積累，更重要的是對作用機(jī)制的明確把握。然而，BTX-A在疼痛治療中的作用機(jī)制僅明確的是：BTX-A不只作用于在單一的通路和神經(jīng)元細(xì)胞，而是需要外周和/或中樞內(nèi)某些介導(dǎo)疼痛超敏反應(yīng)的神經(jīng)元群和相關(guān)通路的共同作用。其作用的靶點(diǎn)最有可能與細(xì)胞上的某些未知受體有關(guān)，當(dāng)這些靶點(diǎn)通過某一通路與BTX-A結(jié)合后被激活，可產(chǎn)生一段時間內(nèi)的持續(xù)效應(yīng)。同時，我們還了解到電鏡下對BTX-A晶體的三維重建可被用于證實(shí)BTX-A在胃腸道上皮細(xì)胞上的作用通路和結(jié)合受體，因此通過這種神經(jīng)分子工程的研究將會成為BTX-A在疼痛治療中探索相關(guān)作用靶點(diǎn)的新模式。