人类α1-抗胰蛋白酶抑制伤害感受器兴奋性并缓解炎性和神经病理性疼痛

《Biomolecules》：Human α1-Antitrypsin Inhibits Nociceptor Excitability and Relieves Inflammatory and Neuropathic Pain

　　

慢性疼痛影响数亿人，且目前管理不善，因为最有效的药物包括阿片类药物，具有限制长期使用的副作用。由于炎症驱动慢性疼痛的起始和维持，抗炎机制是一个有吸引力的镇痛靶点。研究人员研究了人类α₁-抗胰蛋白酶（hAAT），一种具有强效抗炎活性并在疾病模型中具有既定保护作用的丝氨酸蛋白酶抑制剂，作为候选镇痛药，使用Aralast NP?，一种临床级、已获批的制剂，使研究结果可直接转化。通过在小鼠背根神经节（DRG）神经元中使用钙成像和膜片钳电生理学，研究人员发现hAAT降低了低电压激活（LVA）Ca²⁺通道的激活并抑制了内在兴奋性。藜芦碱（Veratridine）诱发的Ca²⁺反应，即伤害感受器活性的钠通道依赖性读数，被hAAT抑制到与选择性钠通道抑制剂ProTx-II（NaV1.7）和VX-548（NaV1.8）相当的程度，这是由于伤害感受器相关反应谱的丧失。在体内，hAAT在炎性和神经病理性模型中均降低了疼痛敏感性和疼痛相关行为。总之，这些发现揭示了hAAT抑制伤害感受器活性的机制，并将Aralast NP?定位为治疗慢性疼痛的安全有效候选药物。

慢性疼痛影响全球数亿人，现有治疗手段（如阿片类药物）因副作用大、长期使用风险高而效果有限。炎症在慢性疼痛的起始和维持中起关键作用，因此抗炎机制成为镇痛靶点研究的重要方向。人类α₁-抗胰蛋白酶（hAAT）是一种内源性丝氨酸蛋白酶抑制剂，具有强效抗炎活性，已在多种疾病模型中显示保护作用，且其临床级制剂Aralast NP?已获批用于α₁-抗胰蛋白酶缺乏症。然而，hAAT是否直接调节初级感觉神经元兴奋性，以及能否转化为持续性疼痛状态下的镇痛效果，尚不清楚。为此，研究人员开展了本研究，旨在探讨hAAT对伤害感受器兴奋性的影响及其抗伤害感受潜力。论文发表在《Biomolecules》。

研究人员采用以下关键技术方法：①使用钙成像技术，在Fura-2AM负载的小鼠背根神经节（DRG）神经元中，检测低浓度（40 mM KCl）和高浓度（90 mM KCl）钾离子刺激诱发的细胞内钙离子（[Ca²⁺]c）变化，以评估低电压激活（LVA）和高电压激活（HVA）钙通道活性；②运用全细胞膜片钳电流钳技术，记录小直径DRG神经元的动作电位（AP）发放频率、静息膜电位（RMP）和基强度（rheobase）；③采用藜芦碱（VTD）诱发钙反应，并分类为振荡型（OS）、快速衰减型（RD）和慢速衰减型（SD）反应谱，结合NaV1.7/NaV1.8选择性抑制剂（ProTx-II、VX-548）比较；④在体内，通过腹腔注射脂多糖（LPS）诱导热痛觉过敏、足底注射福尔马林诱导炎性疼痛，以及保留性神经损伤（SNI）模型诱导神经病理性疼痛，进行行为学测试（尾缩潜伏期、舔爪时间、von Frey纤维机械痛阈、丙酮冷痛阈）。所有实验使用C57BL/6J小鼠，雌雄均被纳入不同实验范式。

研究结果如下：

**3.1 hAAT抑制雌性小鼠DRG中的LVA Ca²⁺通道**
钙成像显示，hAAT（1 mg/mL）预处理使40 mM KCl诱发钙内流降低58.45%±1.77%，与LVA阻断剂TTA-P2效果相似（51.24%±2.07%），而对90 mM KCl诱发的HVA钙内流无显著影响，表明hAAT选择性抑制LVA（T型）钙通道。

**3.2 hAAT降低雌性小鼠DRG诱发的动作电位发放频率**
全细胞膜片钳记录表明，hAAT使AP发放频率从50 pA电流刺激开始显著降低，但基强度和RMP无变化，提示hAAT选择性抑制超阈值发放增益而不改变被动膜特性。

**3.3 hAAT减轻LPS和福尔马林诱导的炎性疼痛**
在LPS热痛觉过敏实验中，hAAT（30 mg/kg）预处理完全阻止了LPS诱发的尾缩潜伏期缩短。在福尔马林II期实验中，hAAT呈剂量依赖性镇痛，30 mg/kg效果与1 mg/kg吗啡相当，ED₅₀为1.54 mg/kg（吗啡为1.54 mg/kg），而I期反应无显著影响。

**3.4 hAAT逆转SNI神经病理性疼痛模型中的异常性疼痛**
在雄性SNI小鼠中，腹腔注射hAAT（10 mg/kg）在1小时内提高机械痛阈，作用持续至3小时，24小时恢复基线；冷痛觉（丙酮实验）也显著减轻，但效果较机械性稍弱。AUC分析证实hAAT显著降低机械和冷异常性疼痛。

讨论部分总结：hAAT抑制LVA钙通道和NaV1.7/NaV1.8依赖性钙内流，降低伤害感受器兴奋性，并在多种疼痛模型中产生抗伤害感受作用。其机制可能涉及直接或间接调控Cav3.2（T型钙通道）及钠通道，与抗炎活性协同。hAAT的镇痛作用可逆，提示需持续给药。研究局限性包括：未直接记录T型电流、未使用基因敲除模型、未在雌雄中测试所有范式。未来需明确分子靶点及作用部位。

结论部分翻译：本研究将人类α₁-抗胰蛋白酶鉴定为感觉神经元兴奋性调节剂，并在所测试的炎性和神经病理性疼痛模型中具有广泛有效的抗伤害感受作用。hAAT抑制低电压激活钙内流并降低伤害感受器诱发放电，而不改变被动膜特性，并在炎性（LPS、福尔马林）和神经病理性（保留性神经损伤）模型中减轻疼痛行为，涉及两种性别。这些发现将hAAT的生物学功能扩展至蛋白酶抑制之外，将这种丰富的、临床获批的丝氨酸蛋白酶抑制剂定位为一种机制明确的、可用于疼痛治疗再利用的候选药物。确定其分子靶点和作用部位是下一步的关键。