《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：The role of the kynurenine pathway in the pathogenesis of pain and affective disorders after traumatic brain injury
创伤性脑损伤（TBI）改变神经免疫生理学，导致促炎与抗炎级联反应之间的失衡。虽然急性炎症是先天免疫系统的一种适应性防御机制，旨在促进损伤后愈合和恢复稳态，但未解决的促炎级联反应已被证明会导致TBI的长期后遗症。TBI影响的一个尚未充分研究的重要神经免疫信号通路是犬尿氨酸通路（KP）。犬尿氨酸是中枢神经系统中吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO1）代谢色氨酸的产物，其下游代谢产物（如喹啉酸（QUIN）和犬尿喹啉酸（KYNA））分别是犬尿氨酸3-单加氧酶（KMO）和犬尿氨酸氨基转移酶（KAT）的产物。TBI患者在血浆、脑脊液和脑组织中表现出KP代谢产物（包括犬尿氨酸和喹啉酸）水平的紊乱。在重度抑郁症（MDD）和疼痛相关疾病（包括头痛、纤维肌痛和神经病理性疼痛）中均有KP代谢产物水平改变的报道，提示KP在TBI常见的病理后遗症（包括抑郁和慢性疼痛）的进展中发挥作用。这篇叙述性综述概述了KP，评估了TBI后KP的改变与慢性疼痛和抑郁等后遗症的关系，并讨论了TBI框架内潜在的KP导向治疗靶点。
犬尿氨酸通路（KP）概述
KP是色氨酸（TRYP）代谢系统的一部分，可将TRYP转离5-羟色胺和褪黑素的生成。在人类中，L-TRYP是一种必需氨基酸，只能通过饮食供应，并通过大氨基酸转运蛋白1（LAT1）转运至大脑。约95%的游离TRYP沿KP代谢，而剩余约5%作为5-羟色胺和褪黑素生成的底物[28]。犬尿氨酸（KYN）下游的神经活性代谢产物包括喹啉酸（QUIN）和犬尿喹啉酸（KYNA），它们调节免疫信号和神经传递（图1）。QUIN与KYNA之间的相对平衡可影响神经元可塑性、发育、认知功能、损伤后恢复以及特定行为方面（如疼痛感知）[37,38]。值得注意的是，关于IDO1活性及其下游代谢产物（如KYNA和QUIN）的体外研究结果可能受到孤立系统简化性质的影响，不一定完全反映体内条件；因此，体内细胞和组织特异性研究对于将这些观察结果置于背景中至关重要。以下是KP中关键酶和代谢产物的总结，以及调节其表达和活性的因素描述。
**IDO1**：KP的限速步骤是将TRYP转化为N-甲酰犬尿氨酸，由色氨酸2,3-双加氧酶（TDO）和吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO1和IDO2）催化，其中IDO1在多种神经细胞类型（包括神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞）中均有表达[39]。大量研究表明，在免疫刺激存在下，IDO1表达水平在神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞培养物中升高，而在未受刺激的相应培养物中IDO1水平低或检测不到[40,41]。这些数据共同表明IDO1在免疫激活和炎症反应中上调[40,41]。在Murakami和Saito的研究中，IDO1活性在受刺激的单核细胞中最高（420 × 10
3 pmol/hr/mg），其次是受刺激的星形胶质细胞和神经元（260 × 10
3 pmol/hr/mg），未受刺激的细胞中活性极低（<0.1 pmol/hr/mg）[39]。免疫信号分子，包括IFN-γ、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、病原体或损伤相关分子模式分子（PAMPs或DAMPs）以及花生四烯酸，可上调小胶质细胞中IDO1的表达[28]。具体而言，IFN-γ通过Janus激酶/信号转导和转录激活因子（JAK-STAT）或核因子-κB（NF-κB）通路诱导IDO1。TNF-α是一种促炎细胞因子，可激活NF-κB以刺激IDO1表达，而PAMPs和DAMPs可通过Toll样受体-髓样分化初级反应88（TLR-MyD88）通路激活IDO1。花生四烯酸通路的产物前列腺素E2（PGE2）也可刺激IDO1活性。在缺乏IFN-γ的情况下，c-Jun N端激酶（JNK）激活或分化簇80（CD80）和程序性死亡配体1（PD-L1）与细胞毒性T淋巴细胞抗原4（CTLA-4）的相互作用可诱导IDO1上调[28]。除细胞因子外，KYN本身可通过与细胞内芳烃受体（AhR）结合促进IDO1产生，AhR是一种转录因子[28]。通过这些可能的途径，IDO1催化KYN生成，KYN是不同分支途径的底物，一个分支直接产生被认为具有“神经保护”作用的代谢产物KYNA，另一个分支产生3-羟基犬尿氨酸（3-HK）、3-羟基邻氨基苯甲酸（3-HAA）和QUIN，这些被认为是“神经毒性”代谢产物[28]。
**KYNA**：KYNA具有神经保护作用，并可能具有抗炎作用。KYNA通过多种机制发挥神经保护作用。首先，KYNA作为谷氨酸受体拮抗剂，可防止兴奋性毒性和细胞裂解[42]。在神经元细胞培养中，KYNA阻止了epibatidine（一种nAChR激动剂）对α7烟碱型胆碱能受体（nAChR）的激活，通过膜片钳电生理学测量[43]。其次，KYNA是N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAr）甘氨酸共激动剂位点的竞争性抑制剂，IC
50为8-15 μM[43]，KYNA衍生物的IC
50为32 nM[42]。最近，KYNA在nAChR上的活性受到质疑，Stone等人的综述得出结论，NMDAr是主要作用位点，而非nAChR[44]。实际上，Dobelis等人直接证明，将KYNA浴液应用于成年小鼠脑切片可快速且可逆地完全阻断自发性谷氨酸能兴奋性突触后电位，但KYNA对胆碱诱发的电流无影响[45]。第三，多项报告表明KYNA抑制α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异噁唑丙酸（AMPA）受体（IC
50 10–500 μM）[46]，这也可减少兴奋性毒性。第四，体外和体内研究已证明KYNA可清除羟基自由基、超氧阴离子和其他自由基[28]。Huitron等人显示，硫酸亚铁（FeSO
4）在体外刺激活性氧（ROS）形成，即使在没有NMDAr的细胞培养物中，KYNA也能减弱这种作用，并且体内急性输注KYNA可逆转FeSO
4诱导的ROS[47]。第五，也是最具争议的一点，KYNA可能通过激活两种关键受体——G蛋白偶联受体35（GPR35）和AhR，发挥抗炎作用，从而启动信号级联反应，导致促炎细胞因子（如IL-1β）的抑制、抗炎细胞因子（如IL-10）的上调以及免疫细胞迁移的抑制[48]。
**QUIN**：另一方面，QUIN激活NF-κB，并且是一种谷氨酸受体激动剂，可促进兴奋性毒性[28]。Stone和Perkins发现，体内注射20–50 mM QUIN可可靠地诱导兴奋性突触后电位[49]。Chiarugi等人也证明，在微摩尔浓度下，QUIN的细胞毒性效应可在原代皮层神经元培养物中重现[50]。尽管体内内源性QUIN浓度通常低得多，通常在纳摩尔范围内，但慢性暴露于纳摩尔水平的QUIN仍已被证明可在实验系统中诱导凋亡信号[51]。在体内，QUIN在精神疾病（包括MDD）和神经系统疾病（包括TBI、疼痛、癌症、癫痫、亨廷顿病、多发性硬化症、脑膜炎等）中上调[52,53,54,55,56,57,58]。然而，这些发现并非在所有文献中一致。重要的是，研究在不同生物区室（包括血液、脑脊液、外周组织，以及较少见的脑组织）中测量了QUIN，这可能导致报告结果和解释的变异性。与这种异质性一致，荟萃分析和系统综述表明，在精神疾病中QUIN水平可能不变甚至降低[34,59]。值得注意的是，由于QUIN丰度低，通常接近常用检测方法（包括LC–MS/MS）的定量下限，因此生物体液中QUIN的测量在技术上具有挑战性，使得结果对样品处理、分析平台和实验室特定验证等方法学因素高度敏感。
在KP代谢产物中，QUIN因其在驱动神经炎症、兴奋性毒性和氧化应激中的既定作用而成为一个特别引人注目的治疗靶点。鉴于这些相同的病理生理过程在TBI后长期紊乱，QUIN被强烈认为是TBI与疼痛和抑郁样症状发展之间的机制联系。生活方式因素（包括睡眠[60]）以及膳食成分（如萝卜硫素、硒、姜黄素和L-茶氨酸[28]）已被报道可降低外周QUIN水平，并可能通过抗氧化和抗炎机制减轻QUIN相关的神经毒性。在分子水平上，促炎细胞因子如IFN-γ、IL-6和IL-1β可增加QUIN产生[61,62]。在细胞外，QUIN还可与亚铁离子参与氧化还原循环，促进活性氧生成、脂质过氧化和细胞损伤[63]。体外和体内研究进一步证明，IFN-γ刺激的单核细胞是QUIN产生的主要贡献者，与未受刺激的细胞相比，其QUIN产生增加高达约8,000倍[40]。
犬尿氨酸通路酶表达中的细胞类型差异也促进了QUIN的调节。犬尿氨酸单加氧酶（KMO）是将犬尿氨酸代谢导向QUIN分支的关键酶，在神经元中活性较高（约3 pmoles/hr/mg），在巨噬细胞或小胶质细胞中活性较低（约0.5 pmoles/hr/mg），在星形胶质细胞中不存在（0 pmoles/hr/mg）[64]。与此一致，Espey等人报告，在受刺激的星形胶质细胞培养物中QUIN产生可忽略不计（0 nmol/mg），而在小胶质细胞培养物中则产生大量QUIN（约1.4 nmol/mg）[65]。在药理学上，几种药物靶向KMO作为QUIN生物合成的限速酶，使其成为潜在的治疗靶点（见补充表格）。
TBI后的犬尿氨酸通路
KP作为TBI后先天免疫反应的一部分被迅速激活[30,31]。尽管TBI后KP激活的确切原因尚不完全清楚，但很可能是由多种因素共同驱动的，包括从裂解细胞释放的DAMPs激活TLR4，以及其他涉及小胶质细胞和星形胶质细胞上PD-1、IFN和PGE受体的促炎通路[28]。这些小胶质细胞和星形胶质细胞通过产生IL-1、IL-6和TNF-α等炎性细胞因子的通路发挥作用，这些细胞因子有助于局部脑炎症和KP的激活（图2）。趋化因子也被释放，招募中性粒细胞和巨噬细胞等先天免疫细胞到损伤部位，增强炎症反应和KP激活。在先天免疫反应期间，促炎细胞因子可通过上调IDO1激活KP，导致QUIN产生增加，同时通过抑制KAT II减少KYNA合成[28,30,31]。
尽管大量报告强调了调节KP反应的独特细胞特异性作用，但这一反应背后的机制仍知之甚少。在促炎条件下，巨噬细胞和活化的小胶质细胞表达全套KP酶，并可将KYN代谢导向神经毒性分支，通过IDO/TDO、KMO、KYNU和3-HAAO导致QUIN产生增加。相反，星形胶质细胞缺乏KMO，因此无法产生QUIN[39,64,65]。星形胶质细胞通过KAT II产生KYNA，并通过喹啉酸磷酸核糖转移酶（QPRTase）降解QUIN，从而促进该通路的神经保护分支。在基线条件下，Robert Schwarcz等人的放射性标记示踪剂研究表明，KYN可轻易穿过血脑屏障，而下游代谢产物（包括AA、3-HAA、KYNA和QUIN）的渗透性相对有限[66]。此外，一项系统综述发现，在精神疾病中，外周（血液）和中枢（脑脊液或脑）KYN浓度之间存在中度至高度一致性[67]。然而，TBI常常损害血脑屏障，这可能允许更高程度的外周QUIN前体（如KYN、3-HK、AA和3-HAA）内流，从而压倒星形胶质细胞调节KP代谢的能力。进一步加重神经毒性的是，QPRTase活性迅速饱和，导致QUIN积累[68]。尽管有这些见解，仍存在几个关键空白。TBI后外周巨噬细胞与常驻小胶质细胞对KP代谢产物的相对贡献尚未明确界定。也不清楚为什么星形胶质细胞中尽管存在上游底物，但QUIN产生不通过KYNU进行。此外，TBI后小胶质细胞KAT II活性是否降低，以及这如何影响局部KYNA的可用性，仍有待确定。这些未解决的问题强调需要进一步研究细胞类型特异性KP调节如何塑造TBI后神经毒性和神经保护反应之间的平衡。
临床研究一致表明，TBI患者在血液、脑脊液和脑组织中表现出高于正常的QUIN浓度，这与兴奋性毒性、较差的神经学结局和更高的死亡风险相关。具体而言，Meier等人显示，在反复运动相关脑震荡的患者中，血清QUIN出现急性和慢性持续升高，并且QUIN前体3-HK与海马体积呈负相关[53,54]。Singh等人显示，与无脑震荡史的足球运动员相比，有脑震荡史的足球运动员在急性和慢性时间点血浆QUIN升高，KYNA浓度降低，并且QUIN与慢性时间点的更差情绪症状相关[69]。Sinz等人[70]和Bell等人[71]分别在成人和儿科患者中显示，重度TBI后时间与患者脑脊液中QUIN浓度增加之间存在强关联，在损伤后第3天达到峰值，并且非存活者与存活者相比QUIN升高显著更高[70,71]。Yan等人证明，在死后重度TBI受害者中，与来自非TBI患者的组织相比，在TBI诱导死亡后急性期患者的皮层中检测到表达IDO1的细胞浓度最高[55]。这些发现强调了KP失调在TBI中的关键作用，突出了其作为治疗干预靶点和病理进展及结局生物标志物的潜力。
应用CNS损伤的临床前模型显示KP活性上调，与临床研究一致。Blight等人显示，脊髓损伤——在机制上不同于TBI，尽管两者都是CNS损伤且在某些损伤情况下可同时发生——导致损伤部位（T13）在椎板切除术后5天与未损伤区域（C2）相比，KYN增加约2倍，QUIN增加约10倍，IDO1活性增加约2倍[72]；然而，这些发现对TBI的转化相关性应谨慎解释。Saito等人证明，沙鼠颈总动脉短暂闭塞10分钟导致海马、纹状体、皮层和丘脑的IDO表达和QUIN水平高于未处理的对照沙鼠[41]。事后分析显示，海马和纹状体QUIN水平显著高于皮层或丘脑。在脑出血小鼠模型中，脑KYN在损伤后24-72小时达到峰值，并与较低的神经功能评分以及海马内较高的氧化应激和细胞凋亡相关[73]。此外，Ren等人证明，与对照动物相比，啮齿动物中爆炸相关TBI与海马CA1神经元凋亡以及损伤后3天和7天存活神经元中KMO和KYNU表达增加相关[29]。Ren等人还证明，连续6天每日给予KMO抑制剂可逆转凋亡，并改善损伤后第7天在 elevated plus maze 中测量的行为缺陷[29]。与Ren等人一致，Li等人证明，与假手术对照相比，受控皮层冲击小鼠在损伤后28天海马IDO1和KMO表达增加[74]。此外，在对侧脑损伤模型（在机制上不同于TBI）中，Zakhary等人发现，额叶损伤后6小时内抑制KMO可减少水肿和凋亡，降低损伤周围脑QUIN，增加脑KYNA，并在损伤后急性（24小时）和慢性（4周）时间点改善运动功能——这些效应被KAT2抑制逆转[30]，尽管对TBI的转化相关性应谨慎解释。类似地，Smith等人报告，在TBI冲击模型中，KYNA注射产生了可比较的益处[75]。Kannan等人证明，幼兔的受控皮层冲击与损伤周围皮层中IDO1 mRNA表达增加相关，早在损伤后6小时即可检测到，并持续至少21天，与假手术兔相比。他们还观察到IBA阳性小胶质细胞内IDO1表达以及脑KYN水平高于未受伤的假手术或幼稚动物[31]。Sadek等人使用大鼠流体冲击损伤（FPI）TBI模型，导致导航、学习、记忆受损和焦虑增加——通过Barnes迷宫和旷场测试评估。受伤大鼠在损伤后3天皮层和海马KYN水平升高，与未受伤对照相比[76]。与假手术大鼠相比，接受口服IDO1抑制剂14天疗程的受伤大鼠在损伤后25-28天的行为缺陷减轻[76]。Zakhary等人证明，啮齿动物中手术脑损伤（SBI；部分右额叶切除术）与损伤后24-72小时受伤半球内QUIN和KYNA水平均高于未受伤对照相关[30]。扩展这些研究，我们课题组最近显示，一种改良的闭合颅骨非挫伤性冲击TBI模型，与假手术对照相比，受伤小鼠急性期和慢性期皮层促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1等）和QUIN水平均升高，分别通过酶联免疫吸附测定（ELISAs）和液相色谱串联质谱法测量[77]。
TBI相关的疼痛和抑郁
慢性疼痛，定义为持续至少3个月的疼痛，是TBI的常见后果。慢性疼痛的发生率在平民中为30%至75%[78]，在有TBI的军人/退伍军人中为40%至80%[1,2]。这些比率高于美国成年普通人群（无TBI）的20%发生率[79]。TBI后疼痛症状的高发生率及其与不良结局（如MDD，下文讨论）的关联，强调慢性疼痛管理是TBI患者的重要治疗目标。重要的是，目前尚无TBI后慢性疼痛治疗的临床实践指南。除了TBI诱导的疼痛高发生率外，约一半的TBI患者在伤后第一年内受到抑郁影响，且抑郁风险比随TBI严重程度增加[3,4,5,6]。在伤后七年内，受影响的比例甚至更高（近三分之二）[6]。相比之下，普通人群中抑郁在一年内影响不到十分之一的人[80]。TBI后自杀风险也增加，两项独立研究指出，近25%的TBI患者在TBI后一年内报告有自杀意念，12%在五年内尝试自杀[81]。一项针对随机对照试验的荟萃分析发现，在创伤性脑损伤患者中，无论损伤严重程度如何，抗抑郁治疗——无论是在伤后数周、数月还是数年给药——均无显著益处[82]。
TBI是一种异质性疾病，损伤后时间、损伤部位和严重程度可能影响抑郁或疼痛风险；然而，直接将TBI严重程度或病变部位与TBI后抑郁或疼痛联系起来的证据有限。一项针对性的PubMed搜索（“TBI” AND “depression/pain” AND “lesion/injury location”）仅识别出少量相关研究，结果不一。例如，Rowland等人[17]和Finset等人[83]报告，在急性至亚急性期（伤后数天至数周），病变部位与TBI严重程度无关的抑郁无关，尽管症状轨迹与损伤后时间呈正相关；值得注意的是，Finset等人关注重度TBI，同样观察到伤后数月病变部位与抑郁无关。相反，Kwak等人[84]确实在伤后数月发现了病变部位与抑郁结局之间的关联，报告双侧额叶病变患者与单侧额叶病变患者相比，表现出更严重的执行功能障碍和更高水平的抑郁，强调了在TBI慢性期进一步研究抑郁的必要性。与临床结局的变异性一致，Couch等人[85]发现TBI严重程度与伤后数年的头痛疼痛无关，突出了临床结局的变异性。理论上，TBI部位应影响与疼痛和抑郁相关的TBI后遗症风险。然而，损伤性质、生物力学力以及许多其他因素也影响临床表现。此外，标准治疗是结构成像（CT/MRI），无法捕捉生化信号通路（即KP）的变化，也无法捕捉神经炎症过程（小胶质细胞激活/增殖、外周巨噬细胞浸润等）。KP的PET成像可以开始解决其中一些问题，并可能增进我们对损伤部位与临床后遗症之间关系的理解（见“患者中犬尿氨酸通路的成像”）。Xue等人[86]通过证明TBI后边缘皮层和皮层下区域广泛灰质体积丧失，这些变化与认知障碍和精神症状相关，提供了额外见解，表明创伤后抑郁和疼痛更可能由弥漫性网络破坏而非局灶性损伤驱动。
独立于TBI，疼痛和抑郁也是高度共病的疾病。慢性疼痛是抑郁的重要危险因素：30-60%的临床疼痛患者患有共病抑郁[87]。相反，特发性疼痛在MDD患者中常见。例如，在缓解抑郁的序贯治疗替代方案研究中，75%的受试者报告了疼痛[88]。根据Liu等人的荟萃分析，约55%的MDD病例报告有疼痛性躯体症状[89]。疼痛和抑郁高共病率的一个解释是它们共享共同的神经生物学基础，包括神经炎症和KP失调（下文讨论）。Walker等人的一项荟萃分析研究了连接神经炎症、疼痛和抑郁的共享机制，重点关注促炎细胞因子（包括IL-1β、IL-6和TNF-α）的作用[7]。他们得出结论，这些促炎细胞因子通过损害海马中的神经发生和突触可塑性，有助于中枢敏化（一种疼痛通路神经元变得过度活跃的过程）和抑郁症状的发展。Walker等人强调了活化的小胶质细胞和星形胶质细胞在放大神经炎症反应中的作用，这些反应延续了疼痛和抑郁[7]。Campos等人的一项荟萃分析审查了数据，显示慢性疼痛诱导胶质细胞激活和细胞因子释放，破坏前额叶皮层和海马的神经回路，加剧抑郁症状[8]。神经炎症可通过将TRYP代谢转向KP激活，从而减少5-羟色胺可用性并恶化情绪障碍症状，影响单胺能通路。最后，临床研究可靠地显示，共病疼痛和抑郁患者中炎症标志物升高，表明血浆细胞因子水平可作为生物标志物。
疼痛和抑郁中的犬尿氨酸通路：来自临床、临床前和细胞研究的汇聚证据
临床研究已证明KP活性与疼痛（包括神经病理性疼痛、颞下颌关节紊乱和纤维肌痛）之间存在联系[57,90,91,92,93,94]。与这些发现一致，一项荟萃分析报告，与无痛对照相比，全身性肌肉骨骼疼痛患者的循环色氨酸水平较低；然而，关于犬尿氨酸浓度的数据不足，无法对该代谢产物进行定量分析[36]。
临床研究也证明了KP活性与抑郁症状（包括自杀倾向）之间存在联系[94,35]。来自多项荟萃分析的证据表明，情绪障碍与KP活性改变相关[95,96,97]。例如，Bay-Richter等人发现，自杀未遂存活者与健康对照相比，CSF中QUIN较高，KYNA较低，且这些改变在自杀未遂后持续长达18个月[98]。Steiner等人进一步报告，死于自杀的个体与对照相比，前扣带回皮层小胶质细胞中QUIN表达增加[52]。大量报告也将TBI诱导的KP失调与焦虑和抑郁症状联系起来[69,99]。虽然这些发现广泛支持KP参与疼痛和抑郁，但新出现的证据表明KP改变是异质性的，并受炎症状态、生物区室和性别的影响。在一个大型MDD队列中，Milaneschi等人[100]观察到KP代谢产物无总体病例对照差异；然而，炎症分层显示，在高C反应蛋白（CRP）和高TNF亚组中，血液KYN和QUIN显著增加。此外，Youn等人[101]报告，血液QUIN水平与MDD患者双侧尾状核体积呈负相关，将外周KP活性与结构性脑改变联系起来。此外，相关研究中的性别分层分析表明差异易感性，包括MDD患者中血浆KYNA和KYNA/QUIN比值降低主要见于女性[102]，以及死后前扣带回皮层中基于性别和自杀的特异性改变，包括KYNA降低和KAT2表达改变[103]。
总的来说，这些发现表明，疼痛和抑郁中的KP失调并非统一，而是受炎症背景、性别和区室特异性动态的影响。在情绪障碍和疼痛疾病中，沿KP“神经毒性”分支的代谢升高，导致假设QUIN产生上调可能是其高共病性的共享病理生理机制[104]。基于这一框架，临床前研究已开始探索KP靶向干预，在减少疼痛、抑郁样行为和神经炎症方面显示出有希望的效果。
临床前动物模型中的疼痛敏感性和抑郁样行为已证明，KP（即IDO1、KMO和KAT2）不仅参与这些症状的发展，而且代表其治疗的有前景的靶点通路。
**IDO1**：作为驱动炎症诱导的KP激活的限速酶，IDO1已在疼痛和抑郁的临床前模型中广泛研究。例如，Ciapala等人[37]和Rojewska等人[38]报告，与未受伤对照相比，啮齿动物坐骨神经结扎导致脊髓小胶质细胞（7倍）、促炎细胞因子IL-6和IL-1β（30–50倍）、干扰素（3倍）和活性氧（150倍）显著增加。有趣的是，这些促炎反应通过IDO抑制剂治疗而正常化。他们的研究还揭示了脊髓中神经毒性KP酶（KMO、KYNU和3-HAAO）增加2–4倍，这与触觉和热痛阈降低相关——这一效应被IDO1抑制剂给药逆转[37,38]。与这些发现一致，报告了病毒诱导的肺和淋巴组织IDO1表达引起疼痛超敏反应，这一效应在IDO1敲除小鼠中不存在，但在静脉注射KYN后恢复[105]。类似地，Kim等人证明，大鼠后爪完全弗氏佐剂（CFA）注射降低了机械和热痛阈，通过Von Frey和Hargreaves测试评估，并且外周或海马内给予IDO1抑制剂显著减轻了这种疼痛敏感性[106]。此外，Sugisawa等人证明，培养的小胶质细胞中的IDO1可被疼痛受体衍生激素（Reg3γ）激活[56]。
平行研究将KP活性与抑郁样行为联系起来。Li等人显示，TBI后出现抑郁样行为的小鼠海马IDO1表达升高，KAT2无显著变化，表明犬尿氨酸代谢转向该通路的神经毒性分支[74]。Bansal等人显示，啮齿动物嗅球手术切除——一种抑郁模型——导致皮层和海马KYN产生增加，同时伴随类似抑郁的行为表型[107]。Heisler等人发现，LPS处理的IDO1敲除小鼠与野生型LPS处理对照相比，探索新物体的时间更长——这一效应通过外周KYN注射逆转[108]。Kim等人显示，CFA注射增加了TST和FST中的不动时间——这些效应被IDO1抑制减弱[106]。O’Connor等人[109]和Lawson等人[110]的额外工作表明，小鼠外周或中枢LPS注射增加了脑KYN水平，增加了TST和FST中的不动时间，并降低了蔗糖偏好，所有这些均被IDO1抑制或基因敲除逆转[109,110]。Lawson等人显示，脑室内给予IDO1抑制剂减少了LPS暴露后的快感缺乏行为——反映为更高的蔗糖偏好和TST中不动时间减少[110]。在一项旨在解析IDO1在疼痛与抑郁中作用的研究中，Kim等人证明，IDO1抑制减少了FST中的不动时间，并增加了热板测试中的缩足潜伏期——表明抑郁样行为和疼痛敏感性均降低[106]。有趣的是，遭受慢性约束应激（一种快感缺乏模型）的小鼠与仅接受急性刺激的动物相比，在FST中表现出更大的不动时间和更高的疼痛敏感性[106]。这些数据共同证明了IDO1在介导疼痛敏感性和抑郁样症状中的双重作用，强调了KP作为这些共病疾病中共享且可靶向的机制。
**KMO**：在IDO1下游，KMO调节KP的神经毒性分支。与疼痛相关，Ciapala等人[37]和Rojewska等人[38]证明，给予竞争性或非竞争性KMO抑制剂的SNI小鼠或大鼠，与未治疗的SNI小鼠相比，机械或热痛阈更高，并且与单独使用吗啡或KMO抑制剂相比，与吗啡等阿片类药物联合给药以加性方式诱导更高的痛阈[37,38]。类似地，Cheng等人[111]显示，保留性SNI诱导大鼠海马慢性小胶质细胞增殖、促炎细胞因子增加以及小胶质细胞KMO表达升高。此外，KMO抑制降低了海马喹啉酸（QUIN）、促炎细胞因子和细胞凋亡水平，并减少了FST中的不动时间，但不影响机械超敏反应（缩足）[111]。
与情感症状相关，在体内，KMO缺失或抑制与改变的抑郁样反应相关。在无炎症挑战的情况下，KMO缺失与抑郁样表型[112]和抗抑郁样表型[113]均相关。Laumet等人显示，在SNI小鼠中脑室内注射IL-1拮抗剂与对侧海马KMO表达降低和FST中不动时间减少相关；在icv KMO抑制中观察到类似效应[61]。Parrott等人[114]和Larsson等人[115]显示，小鼠外周LPS感染激活血液和脑中的KP，上调KMO并增加TST中的不动时间。此外，在幼稚小鼠中外周注射3-HK升高了脑3-HK水平，增加了不动时间，并减少了旷场探索[115,116]。此外，Heisler等人报告，与野生型小鼠相比，KMO缺失与更高的新物体探索时间相关[108]。与Zhang等人（显示爆炸诱导的TBI影响海马神经可塑性、凋亡和存活细胞中KMO表达）类似，Tao等人证明，外周LPS给药诱导海马细胞凋亡，升高海马和皮层中促炎和抗炎细胞因子，增加海马和皮层中小胶质细胞招募和3-HK水平，并导致TST中更大的不动时间[117]。
Cheng等人[111]、Zhou等人[118]、Kim等人[106]和Laumet等人[61]的研究试图区分疼痛和抑郁，并得出结论，虽然KP参与神经病理性疼痛和LPS诱导的疼痛等疼痛疾病，但其主要功能影响似乎是对疼痛相关的抑郁样行为[61,106,111,118]。然而，疼痛症状和抑郁症状在动物模型中难以研究，因此不能排除KP在疼痛感觉中的作用。
在BV2小胶质细胞培养中，KMO抑制降低了TNF-α和亚硝酸盐水平，而不影响NOS、IL-6或IL-1β[62]。KMO抑制还减少了感染[115,119]的啮齿动物模型中的神经炎症。小胶质细胞培养和LPS处理小鼠中的敲除研究显示，KMO缺失导致KYNA增加，TNF-α、IL-1β和IL-6减少[112,116,120,121]。
**KAT2**：四种犬尿氨酸氨基转移酶（KAT 1-4）能够催化KYNA的形成，其中KAT2占脑KYNA产生的大部分（约75%）[122]。研究还表明，KYNA可减少不同疼痛模型中的炎性疼痛并减弱伤害感受[123]。此外，低KYNA与QUIN比值已被提议作为慢性疼痛的潜在生物标志物[124]。在啮齿动物神经病理性疼痛模型中，鞘内给予Zaprinast（一种类似KYNA的GPR35激动剂）持续降低机械和热痛敏感性，减少脊髓中小胶质细胞激活，并增强吗啡的镇痛效果[125]。非甾体抗炎药（NSAIDs），如双氯芬酸，在啮齿动物坐骨神经结扎神经病理性疼痛模型中，与未治疗对照相比，增加了触觉阈值和血液KYNA水平[126]。给予中脑导水管周围灰质（一个参与疼痛感知的关键区域）的KYNA增强了吗啡的效果[127]。Pineda-Farias等人确认，鞘内给予KYNA减轻了啮齿动物神经病理性疼痛模型中的异常性疼痛。值得注意的是，KYN与丙磺舒（一种KYN从CNS流出的抑制剂）联合给药增加了脊髓KAT2蛋白表达和KYNA水平，以剂量依赖性方式有效逆转异常性疼痛，而单独使用任一化合物均未产生相同效果[123]。Yaksh等人显示，腹腔内给予4-氯犬尿氨酸，穿越血脑屏障，被脊髓和脑中的星形胶质细胞转化为KYNA，最终降低了接受角叉菜胶（一种强效促炎剂）的啮齿动物与盐水对照相比的热痛觉过敏和触觉异常性疼痛[128]。
KAT2的基因删除研究较少，然而，Potter等人进行的一项研究揭示，KAT2缺失改善了新物体识别和情境记忆[129]。KYNA已被证明对疼痛处理和神经炎症具有调节作用[130]。Szabo等人最近的研究显示，KAT2敲除小鼠血浆和尿液中KYNA降低，羟基犬尿氨酸表达增加，这与FST中更高的不动时间以及在旷场中心
