专家介绍
刘吉华：中国药科大学中药学院教授，博士生导师。江苏省“六大人才高峰计划”第五批高层次人才培养对象，江苏省植物生理学会常务理事。主要从事中药活性成分生物转化及制备、中药药效物质基础及新药创制等研究工作。作为项目负责人主持国家“十二五”新药创制重大专项、国家自然科学基金等项目多项；近年来发表研究论文（SCI收录）40余篇，申请专利10余项。
正文
神经病理性疼痛中神经生长因子的作及其相关镇痛药物研发进展
颜冰，戴文玲，刘吉华*
（中国药科大学中药学院江苏省中药评价与转化重点实验室，江苏南京）
[摘要]神经生长因子（NGF）是一种重要的致痛物质，可通过促进外周炎症反应、伤害感受器敏化、异位放电、交感神经芽生及中枢敏化参与神经病理性疼痛的发生和维持，NGF及其受体已成为临床镇痛药物开发的重要靶点。目前，已研发出多种NGF抗体及NGF与其受体的小分子抑制剂用于治疗神经病理性疼痛。综述NGF参与调节神经病理性疼痛的机制及调节NGF的镇痛药物研发进展，为靶向NGF治疗神经病理性疼痛的研究提供参考。
神经病理性疼痛是躯体感觉神经系统损伤或功能紊乱而导致的疼痛，全球约有6%~8%的人患有神经病理性疼痛。神经病理性疼痛病程短则数月长则数年，常伴随睡眠障碍、焦虑、抑郁，严重影响患者的生存质量。神经生长因子（nervegrowthfactor，NGF）是神经营养因子家族成员之一，广泛分布于外周及中枢神经系统、骨骼肌以及腺体中，在胚胎发育、免疫调节、造血等方面具有重要作用。近年来，NGF及其受体已成为治疗神经病理性疼痛的新靶点，人源化NGF单克隆抗体已进入临床试验阶段，具有良好的临床应用前景。本文就目前NGF参与调节神经病理性疼痛的具体机制和调节NGF的镇痛药物的研发进展进行综述，以期为疼痛研究和相关药物研发提供参考。
1神经生长因子参与调节神经病理性疼痛的作用机制
1.1神经生长因子的异常表达
在胚胎和幼年动物体内，NGF主要由靶组织（包括皮肤、肌肉和血管组织）内神经合成分泌，促进神经纤维生长、分化和损伤修复；正常成年机体内中枢和外周神经纤维的生存不依赖于NGF，神经系统内NGF蛋白水平极低，而损伤、炎症等情况下炎症细胞及神经胶质细胞、施旺细胞（Schwanncell）、成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞、结缔组织、肌肉细胞等可大量分泌NGF，调节免疫反应，促进损伤修复，维持机体稳态。研究发现，NGF的异常表达与神经病理性疼痛密切相关。在坐骨神经慢性压迫损伤（chronicinstructioninjury，CCI）、脊神经结扎（spinalnerveligation，SNL）、紫杉醇等诱导的神经病理性疼痛动物模型中NGF蛋白水平异常升高，临床神经病理性疼痛患者NGF表达上调。其中，在CCI诱导的神经病理性疼痛模型中术侧坐骨神经、背根神经节（dorsalrootganglion，DRG）、脊髓背角NGF蛋白或转录水平均显著增高。足底注射NGF可剂量依赖性诱发大鼠热痛过敏和机械痛超敏，其中热痛过敏可持续24h，机械痛超敏持续2周，人皮下注射NGF也出现长达7周的痛觉过敏。应用NGF抗体可显著缓解SNL、链脲霉素（streptozotocin，STZ）、CCI、肿瘤压迫分别诱导的神经病理性疼痛。以上研究表明：NGF的异常表达是导致神经病理性疼痛的重要原因，抑制NGF可能是治疗神经病理性疼痛的有效策略。
1.2神经生长因子与炎症
NGF对炎症反应具有双向调节作用，如在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中，NGF可通过抑制炎症反应、促进神经修复从而维持大脑功能，但在神经病理性疼痛中NGF主要通过影响炎症介质的释放间接促进痛觉敏化。神经损伤可诱导炎症细胞聚集，其中巨噬细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞、T细胞、B细胞等炎症细胞可分泌NGF并表达NGF高亲和力受体原肌球蛋白受体激酶A（tyrosinekinasereceptorA，TrkA）和低亲和力受体p75，肥大细胞还可通过自分泌NGF形成正反馈循环，进一步促进损伤部位炎症反应。一方面，NGF与肥大细胞表面NGF受体结合可促进肥大细胞脱颗粒，释放肿瘤坏死因子、白细胞介素、组胺、前列腺素等炎症介质敏化伤害性感受神经元，促进痛觉过敏。Sousa-Valente等发现NGF可促进肥大细胞释放前列素D2（prostaglandinD2，PGD2），而PGD2合成酶抑制剂可显著缓解TrkA基因敲入小鼠骨关节炎疼痛，对野生型小鼠骨关节炎疼痛无缓解作用，表明NGF可通过促进肥大细胞释放PGD2，从而激活伤害性神经元，促进痛觉敏化。另一方面，NGF可与外周感觉神经元细胞表面TrkA受体结合促进P物质（substanceP，SP）、降钙素基因相关肽（calcitoningene-relatedpeptide，CGRP）、脑源性神经营养因子（brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF）等神经递质的合成与释放，释放的神经递质与脊髓神经元表面相应受体结合，进一步激活神经元及周围胶质细胞，诱发神经源性炎症。
1.3神经生长因子与伤害感受器敏化
神经损伤后外周分泌的NGF作用于伤害感受器表面TrkA受体，通过激活胞外信号调节激酶（extracellularsignal-regulatedkinase，ERK）、磷脂酶C（phospholipaseC，PLC）/蛋白激酶C（proteinkinaseC，PKC）等胞内信号通路，致敏酸敏感性离子通道2/3（acid-sensingionchannel，ASIC2/3）、瞬时受体电位香草酸亚型1（transientreceptorpotentialvanilloid1，TRPV1）、瞬时感受器电位M8（transientreceptorpotentialmelastatin8，TRPM8）等离子通道，降低离子通道开放阈值，并增加离子通道蛋白表达，促使其向细胞膜转移，从而降低神经元动作电位阈值，提高神经元兴奋性。例如NGF可上调DRG神经元膜表面TRPV1蛋白表达，使外周和中枢TRPV1活性持续增强并提高辣椒素诱导的内向电流。Eskander等报道称，NGF可上调脊髓和足底皮肤亚麻油酸及花生四烯酸衍生物含量，并发现NGF可通过调节磷脂酶A2（phospholipaseA2，PLA2）提高氧化脂质水平从而激活TRPV1，进而参与疼痛的产生及维持。
近年发现的一类不属于经典C伤害性感受器的寂静性伤害感受器，正常的生理性刺激不能激活这类感受器，但炎症及多种化学刺激可活化此类伤害性感受器。寂静性伤害感受器主要分布于关节、膀胱、皮肤等组织，占C伤害性感受器的20%左右。低频率放电刺激可激活机械敏感的寂静性伤害感受器，促进神经病理性疼痛的产生和维持。研究报道，NGF可激活寂静性伤害感受器。Prato等在DRG神经元中鉴定出一种表达尼古丁乙酰胆碱受体亚型3（CHRNA3）的寂静性伤害感受器，并发现NGF可能通过ERK1/2激活机械门控离子通道PIEZO-2，从而使CHRNA3阳性的寂静性伤害感受器发生敏化，导致痛觉过敏。
1.4神经生长因子与异位放电
神经病理性疼痛中传入神经元的异位放电是导致自发痛的重要原因。DRG神经元表达多种钠、钙离子通道，外周神经损伤后该部位或邻近未受损的DRG神经元表面多种电压依赖性离子通道的密度与功能均发生改变，产生大量异常动作电位，即异位放电。文献报道称，人足背部注射NGF可降低皮肤电阈值和活动依赖性传导速度，促进异位放电的产生和传导并导致痛觉敏化。研究表明：NGF与多种钠离子通道表达相关，异常高表达的NGF可诱发DRG钠离子通道如Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9等表达增加，从而参与调控神经病理性疼痛。Nav1.7基因敲除鼠足底注射NGF后，未出现NGF导致的痛觉过敏。应用NGF抗体可减少结肠感觉神经元中肠梗阻诱导增加的河豚*素不敏感型（tetrodotoxin-resistant，TTX-R）钠通道的基因表达及活性，缓解内脏痛。
1.5神经生长因子与交感神经芽生
正常机体内DRG部位的交感神经并不支配感觉神经元，但研究发现在坐骨神经分支选择性损伤（sparednerveinjury，SNI）等神经病理性疼痛动物模型中，DRG内交感神经出芽并入侵感觉神经元，形成篮状结构；阻断交感神经功能可减少篮状结构的产生，缓解神经病理性疼痛。NGF与交感神经芽生有密切联系，用NGF基因敲入小鼠制备的CCI模型DRG内交感神经出芽数量高于野生型小鼠，机械痛超敏和热痛过敏更加严重；应用基质金属蛋白酶2/9（matrixmetalloproteinase2/9，MMP-2/9）抑制剂抑制NGF成熟体降解诱导内源性NGF水平升高，可诱发大鼠交感神经出芽，促进机械痛超敏和热痛过敏。以上研究表明：异常高表达的NGF可通过促进交感神经芽生参与神经病理性疼痛的发生及维持。
1.6神经生长因子与脊髓中枢敏化
NGF与其受体TrkA结合可形成复合体并内化进入胞内，逆向运输至DRG胞体，促进肽能痛觉神经元释放兴奋性神经递质如SP、CGRP和BNDF等进入脊髓背角，与背角神经元突触后膜表面受体结合，增加脊髓神经元兴奋性，放大痛觉信号。N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-asparticacid，NMDA）受体激活是形成中枢敏化的关键因素，研究显示BDNF可增强突触后膜NMDA电流，应用NMDA受体抑制剂MK-可阻断NGF诱导的超敏反应。BDNF也可通过钾氯共转运体（K+-Cl-cotransporter2，KCC2）影响氯离子反转电位，导致氨基丁酸和（或）甘氨酸通道产生兴奋性氯化物，进一步促进中枢敏化。
2调节神经生长因子的镇痛药物研发
研究表明，抑制NGF及其受体可有效缓解神经病理性疼痛。基于NGF及其受体的镇痛药物主要是通过阻断NGF、拮抗TrkA受体和（或）p75受体、抑制胞内TrkA激酶活性及NGF/TrkA下游通路等策略开发相关药物。
2.1神经生长因子抗体
人源化单克隆抗体可通过靶向结合抗原蛋白抑制其生物学功能，从而达到治疗疾病的目的。目前已有多种人源化NGF单克隆抗体正在进行临床试验，用于治疗骨关节炎痛及神经病理性疼痛等慢性疼痛。辉瑞公司研发的tanezumab可显著缓解糖尿病性神经病理性疼痛、带状疱疹后遗神经痛（Ⅱ期临床试验）及慢性下腰痛（属于混合痛，包含神经病理性疼痛）（Ⅲ期临床试验）。强生公司研发的NGF单克隆抗体fulranumab可缓解糖尿病性神经病理性疼痛及慢性下腰痛（Ⅱ期临床试验），但对带状疱疹后遗神经痛及创伤性神经病变无镇痛作用。NGF具有促进神经分化的作用，研究表明镇痛剂量的NGF抗体未引起认知功能的下降，对神经系统无显著的副作用，但临床试验中发现NGF抗体可导致神经病变和破坏性关节病等副作用，且NGF抗体诱导的关节破坏程度与剂量及使用时间呈正相关。因此，NGF单克隆抗体的临床应用尚有待进一步研究。
2.2神经生长因子小分子抑制剂
NGF小分子抑制剂，如ALE-、PD和Ro08-，可非共价地改变NGF分子拓扑结构和表面静电势，导致NGF/小分子复合物无法结合TrkA受体和p75受体，从而抑制NGF生物学活性。根据NGF与TrkA或p75的结合特点，可针对NGF表面不同结构域设计小分子抑制剂。NGFloop结构高度可变，不同神经营养因子的loop结构具有显著差异，对于可变的loop结构可设计针对NGF的特定拮抗剂，如PQC可结合NGFloop-Ⅰ/Ⅳ结构域，其抑制NGF的IC50为7μmol.L-1。Kennedy等通过分子对接和表面等离子体共振技术发现，BVNP可结合NGFloop-Ⅱ/Ⅳ裂隙结合域，对NGF抑制效率达纳摩尔级别（IC50=90nmol.L-1），优于NGF抑制剂ALE-、PD及Ro08-，但目前NGF小分子抑制剂均处于临床前研究阶段。
2.3拟肽
NGF拟肽是5~10个氨基酸组成的短肽，可与NGF竞争TrkA或p75受体结合位点，激活或抑制NGF下游信号。D3拟肽（一种NGF拟肽）是一种单价TrkA单体配体，无NGF时其可激活TrkA受体，在NGF存在时可增强NGF活性，Brahimi等通过化学短链连接2种单价D3拟肽，得到类似NGF二聚体形状的化合物，称为1ss，后者可阻断NGF结合TrkA，其IC50为5μmol.L-1。将拟肽（NGF样作用）通过结构修饰转变为拮抗剂以抑制NGF生物学功能是开发NGF拟肽类拮抗剂的重要方法，目前NGF拟肽用于治疗神经病理性疼痛仍处于临床前研究阶段。
2.4TrkA抗体
TrkA抗体可通过特异性结合TrkA免疫球蛋白样结构抑制TrkA激酶磷酸化，阻断其下游信号通路。有文献报道，TrkA单克隆抗体MNAC13可有效缓解CCI诱导的神经病理性疼痛及骨折导致的疼痛，且未出现非甾体类镇痛药长期使用导致的骨折难以愈合等副作用。年Glenmark公司宣布开展TrkA单克隆抗体GBR（由啮齿动物抗体MNAC13衍生而来）的Ⅰ期临床试验，但未见后续报道。
2.5TrkA小分子抑制剂
TrkA小分子抑制剂通过竞争性结合酪氨酸激酶高度保守的ATP位点，抑制TrkA磷酸化从而阻断下游信号通路。由于激酶结构域序列具有高度同源性，早期的TrkA抑制剂对Trk激酶选择性较差。随着X射线晶体衍射技术的发展，Trk蛋白质-配体结构得以阐明，因此基于结构的药物设计（structure-baseddrugdesign,SBDD）技术可用于进一步开发高效、选择性的小分子抑制剂。阿斯利康公司从4-氨基咪唑嘧啶衍生物中发现多个具有一定选择性的泛Trk抑制剂，此类抑制剂通过结合ATP位点在铰链区形成氢键以抑制TrkA激酶活性。其中AZ-23抑制TrkA的IC50小于3nmol.L-1，且可剂量依赖性缓解完全弗氏佐剂（