【综述】

痛觉过敏通常表现为对不会引起疼痛的刺激产生疼痛感或对疼痛刺激的反应异常增强。痛觉过敏常见于多种疾病和病理状态，如纤维肌痛综合征、慢性疼痛综合征、带状疱疹后神经痛等，是神经病理性疼痛患者中的突出症状。

在神经元中，氯离子的跨膜转运与疼痛信号的传递密切相关。在阳离子‑氯离子协同转运蛋白（cation‑chloride cotransporter, CCC）家族中，钠钾氯协同转运蛋白1（sodium‑potassium‑chloride cotransporter 1, NKCC1）和钾氯协同转运蛋白2（potassium‑chloride cotransporter 2, KCC2）在调节神经元细胞膜内外氯离子浓度梯度中起主要作用。近年来，越来越多的研究证明，由NKCC1/KCC2参与的各种信号通路和机制在疼痛和痛觉过敏模型中发挥着重要作用。

1 NKCC1/KCC2的结构与功能

1.1　NKCC1/KCC2的结构

人类的NKCC1由第5号染色体上的SLC12A2 基因编码，共包含1 212个氨基酸残基，相对分子质量为131.4×103。NKCC1是由12个跨膜结构域和位于跨膜结构域之间的细胞外环及位于细胞内的氨基端（N端）和羧基端（C端）组成。其中，N端尾部对NKCC1的功能至关重要，尾部的缺失导致NKCC1的失活。KCC2由第20号染色体上的SLC12A5基因编码，与NKCC1相似，由12个跨膜结构域和细胞外环及细胞内的N端和C端组成，每个跨膜结构域由532个氨基酸残基组成，相对分子质量约为123.6×103，其中，C末端结构域可以通过磷酸化和去磷酸化调节KCC2的表达、转运和活性。KCC2有KCC2a和KCC2b两种亚型，它们的N末端不同，受不同启动子的调控。

1.2　NKCC1/KCC2的功能

NKCC1在人类和其他脊椎动物的各种组织中广泛表达，并参加多种功能的调节（如内耳中听力与平衡的调节、上皮细胞中唾液量的调节、神经元突触抑制的传递等）。在正常生理状态下，NKCC1通过继发性主动转运的方式同时将钠离子、钾离子和氯离子以1∶1∶2的比例转运进入细胞，以维持细胞和体液的电解质平衡。KCC2两种亚型中，KCC2a的表达相对较低，KCC2b主要在成年人的大脑皮质、海马体和小脑中发挥作用。与NKCC1相似，KCC2也通过继发性主动转运的方式同时将钾离子和氯离子以1∶1的比例转运出细胞外。因此，NKCC1与KCC2通过拮抗作用共同调控细胞内氯离子浓度，这一机制对维持神经元的兴奋性至关重要。

1.3　NKCC1/KCC2与γ‑氨基丁酸（γ‑aminobutyric acid, GABA）的关系

GABA是中枢神经系统中重要的抑制性神经递质。尽管GABA通常被认为是抑制性的，但其作用主要取决于氯离子的流动方向，即细胞内外氯离子浓度的差异。NKCC1和KCC2是调节细胞内氯离子浓度的关键转运蛋白，它们的活动直接影响GABA能信号的转导。

GABA功能从除极到超极化的转变与相关脊髓通路的成熟有关：NKCC1在未成熟的哺乳动物中的表达水平较高，KCC2的表达水平相对较低，因此，细胞内氯离子浓度保持在较高水平，这使得GABA受体激活时氯离子流出细胞，神经元产生去极化作用，所以，GABA在发育早期具有兴奋性作用。随着神经系统的发育和成熟，KCC2的表达增加，导致细胞内氯离子浓度降低，当GABA受体被激活时，神经元超极化，使得GABA发挥抑制性作用；反之，当各种损伤或炎症等因素导致KCC2表达减少和（或）NKCC1表达增加时，氯离子外流减少，导致GABA能诱导神经元除极，从而增加神经元的兴奋性。这种变化是痛觉过敏的一个关键机制。近年来，越来越多的研究将KCC2和NKCC1参与GABA信号转导过程作为神经系统疾病的治疗靶点（如神经病理性疼痛及痛觉过敏、癫痫、阿尔茨海默病、精神分裂症和唐氏综合征等）。Wang等在创伤性脑损伤小鼠模型中发现，小鼠癫痫的发生与大脑皮质和海马中NKCC1表达上调及KCC2表达下调有关，这些变化削弱了GABA介导的抑制性作用，给予NKCC1抑制剂布美他尼能够抑制癫痫发作。Kim等在精神分裂症小鼠模型中的研究发现，NKCC1表达增加促使边缘下前额叶皮质锥体神经元中γ‑氨基丁酸A型（γ‑aminobutyric acid type A, GABAA）电流的逆转电位从超极化转向除极，同样通过给予NKCC1抑制剂布美他尼可以使GABAA电流极性正常化，减少了精神分裂症的发作。NKCC1/KCC2通过GABA介导的抑制作用可为防治各种急慢性损伤、药物等引起的痛觉过敏提供新的途径。

2 NKCC1/KCC2参与痛觉过敏的机制和研究进展

2.1　NKCC1参与痛觉过敏的机制和研究进展

诸多研究表明，痛觉过敏的发生引起了NKCC1的表达增加。Wu和Wang研究发现，大鼠脊髓损伤后出现了热痛觉过敏，NKCC1在脊髓和背根神经节神经元中出现过表达。Tan等通过氯离子荧光探针技术（荧光强度随氯离子浓度增加而降低）发现，持续性痛觉过敏大鼠背根神经节的荧光强度下降，同时，NKCC1蛋白水平明显升高，动作电位的阈值和流变酶降低，且布美他尼给药后，上述指标均明显受到抑制，证实了持续性痛觉过敏大鼠NKCC1的异常过表达，最终促进了痛觉过敏的发生。

2.1.1　NKCC1表达增加的亚细胞机制

痛觉过敏引起NKCC1的表达增加与该受体蛋白的亚细胞再分布、蛋白质磷酸化等因素有关。Chen等研究发现，化疗药物紫杉醇可以诱导大鼠出现神经病理性疼痛和痛觉过敏，并发现NKCC1和微管蛋白在脊髓中形成一种蛋白质复合物，导致脊髓神经元中NKCC1蛋白的亚细胞再分布，脊髓神经元细胞膜上NKCC1活性和NKCC1蛋白水平升高，导致氯离子稳态破坏，GABA逆转电位发生除极转变，引起痛觉过敏。Ahmed等的研究结果显示，大鼠脊髓损伤后可出现热痛觉过敏，同时脊髓组织中NKCC1和赖氨酸缺乏蛋白激酶1（with no lysine kinase 1, WNK1）的表达显著增加；WNK1作为NKCC1磷酸化的重要调节剂，通过磷酸化其特定氨基酸残基可影响氯离子内流，进而导致痛觉过敏的发生。

2.1.2　NKCC1/GABA介导痛觉过敏

GABAA诱导的超极化向除极转化是NKCC1表达增加引起痛觉过敏的关键。通常情况下，GABAA受体的激活会导致神经元的超极化，从而抑制神经元活动，减轻疼痛。然而，Kim等通过电生理技术检测脑干背角神经元的膜电位发现，在皮下注射白细胞介素‑1β产生痛觉过敏的炎性痛大鼠模型中，三叉神经元NKCC1的表达增加改变了神经元内外的离子梯度，使得GABAA受体激活，导致神经元除极，从而促进了痛觉过敏的产生；脑内注射布美他尼可逆转白细胞介素‑1β诱导的炎性痛大鼠的痛觉过敏。

Javdani等研究发现，NKCC1主要在肽能伤害性初级传入神经的脊髓轴突末梢中表达，而在非肽能伤害性初级传入神经的脊髓轴突末梢中表达较低。免疫组化分析进一步显示，在脊髓背角Ⅱ层中，NKCC1在小白蛋白阳性抑制性神经元中的表达强度明显高于蛋白激酶Cγ阳性兴奋性神经元。这些发现提示，NKCC1参与痛觉过敏及其他感觉信号调控的机制可能因其分布的神经元类型而异。

2.2　KCC2参与痛觉过敏的机制和研究进展

在CCC家族中，KCC2参与疼痛及痛觉过敏的机制受到了更广泛的关注。诸多研究证明了KCC2在痛觉过敏的发生、发展中扮演重要角色。Ferrini等研究发现，长期吗啡处理导致大鼠脊髓背角神经元中KCC2表达下降，从而减弱氯离子外排能力，影响脊髓GABAA和甘氨酸介导的突触后抑制，表现出痛觉过敏的症状。Tang等研究发现，内脏痛觉过敏作为肠易激综合征的重要标志，与KCC2的下调也有密切关系。

2.2.1　KCC2参与下行疼痛信号的传递

大脑对脊髓的下行控制失调是痛觉过敏出现的重要机制之一，KCC2可以改变下行疼痛信号的传递。Yang等在坐骨神经慢性压迫性损伤大鼠模型中证明，TCB‑2（5‑羟色胺2A型受体激动剂）可上调脊髓背角KCC2水平，同时发现KCC2抑制剂能抵消TCB‑2减轻痛觉过敏的效果，进一步证明了TCB‑2减轻痛觉过敏的作用是通过增强KCC2实现的。Aby等的研究进一步表明，当脊髓KCC2功能受损时，原本具有抑制作用的下行5‑羟色胺能信号会转变为致痛效应；应用KCC2增强剂可逆转这一转变，并恢复5‑羟色胺对痛觉信号的下行抑制性调控，从而产生镇痛效应。

2.2.2　KCC2的基因表达与痛觉过敏的联系

基因表达涉及多种酶、转录因子及小分子的参与，这些调控环节的异常与痛觉过敏的发生、发展密切相关。Yeo等研究发现，化合物Kenpaullone以浓度依赖性方式增强KCC2基因表达，主要过程为Kenpaullone通过抑制糖原合成激酶‑3β导致δ‑连环蛋白进入细胞核，并通过KAISO转录因子激活KCC2的启动子来增加KCC2的表达，从而达到减轻慢性疼痛和痛觉过敏的效果。成年大鼠在早期膀胱炎后会出现长期的内脏痛觉过敏，Zhang等发现这与脊髓中一种微RNA有关，该微RNA‑92b‑3p通过与KCC2基因的3'非翻译区结合，导致KCC2表达下调；通过鞘内注射微RNA‑92b‑3p抑制剂发现，脊髓背角神经元中KCC2上调，痛觉过敏减轻。骨癌痛和炎性痛大鼠的研究表明，通过组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）介导的组蛋白低乙酰化表观遗传可抑制KCC2表达，且能被HDAC抑制剂逆转，并减轻痛觉过敏。Ouyang等也证实了该结果，他们发现HDAC2的抑制或敲除可导致KCC2信使RNA水平上升，KCC2表达增加，从而减轻了由慢性压迫性损伤引起的机械和热痛觉过敏。Liu等研究发现，脉冲射频处理可增加组蛋白乙酰化水平和KCC2表达，部分恢复GABA突触功能，从而减轻炎性痛大鼠痛觉过敏。与NKCC1磷酸化一致，WNK1也是KCC2蛋白活性的调节剂，Kahle等发现敲除WNK1/遗传性感觉神经病2型基因能够减轻选择性神经损伤（spared nerve injury, SNI）相关的痛觉过敏，该结果是通过降低KCC2的抑制性磷酸化和恢复GABA信号的除极实现的。

2.2.3　脑源性神经营养因子（brain‑derived neurotrophic factor, BDNF）/酪氨酸激酶 B（tyrosine kinase B, TrkB）‑KCC2介导痛觉过敏的机制研究进展

大量研究已经证实BDNF可以诱导背角神经元中KCC2的下调，减弱对痛觉通路神经元的抑制作用。随着BDNF/TrkB‑KCC2信号轴研究的深入，以该轴为基础的调控网络正在进一步扩展。

嘌呤受体P2X配体门控离子通道4 （purinergic receptor P2X ligand‑gated ion channel4, P2X4）是一种ATP门控阳离子通道受体，激活P2X4受体可以促进小胶质细胞释放BDNF，BDNF与其受体TrkB结合可引起KCC2下调，进而介导神经信号的传递。Lalisse等研究发现，P2X4基因敲除的小鼠，BDNF介导的KCC2表达下调受到了抑制。Romeo‑Guitart和Casas发现新型神经保护剂NeuroHeal可降低成熟BDNF和P2X4的表达，增加KCC2的水平，进一步研究表明，NeuroHeal可通过影响小胶质细胞P2X4‑BDNF‑KCC2通路来改善痛觉过敏。Matsumura等在小鼠带状疱疹后神经痛模型中的研究结果表明，NP‑1815‑PX（一种新型选择性P2X4拮抗剂）能够通过抑制P2X4来阻断由小胶质细胞释放的BDNF的信号，从而恢复KCC2的表达，减轻机械性痛觉过敏。这些研究都证实了P2X4‑BDNF/TrkB‑KCC2通路在痛觉过敏中发挥重要作用。

除已知通路外，多种生理调节受体作为BDNF/TrkB‑KCC2信号轴的上游调控因子参与痛觉过敏进程。神经紧张素作为内源性镇痛神经肽，通过激活中脑导水管周围灰质的下行抑制通路发挥镇痛作用。Richner等的研究显示，抑制分拣蛋白可以阻止BDNF/TrkB通路介导的脊髓背角中KCC2的下调，并以神经紧张素受体2依赖性方式减轻疼痛与痛觉过敏。α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7 nicotinic acetylcholine receptor, α7nAChR）是神经免疫系统的配体门控离子通道。Jia等在SNI诱导大鼠出现机械性痛觉过敏的模型上通过检测腹腔注射中药三氟淫羊藿素（trifluoro‑icaritin, ICTF）后和鞘内注射α7nAChR拮抗剂α‑Bgtx后大鼠脊髓中α7nAChR的表达，免疫荧光共定位检测α7nAChR和小胶质细胞的作用，同时测定BDNF、TrkB、KCC2的表达，结果表明ICTF通过抑制α7nAChR介导的BDNF/TrkB‑KCC2信号转导途径抑制小胶质细胞活化，从而减轻SNI引起的机械性痛觉过敏。Gu等在瑞芬太尼痛觉过敏大鼠模型上也发现α7nAChR‑BDNF/TrkB‑KCC2的通路参与了痛觉过敏。β2肾上腺素受体是一种G蛋白耦联受体，主要参与调节多种生理过程（包括疼痛感知等）。López‑Álvarez等研究显示，慢性电刺激通过恢复β2肾上腺素受体表达，减少胶质细胞的激活和BDNF的过度产生，防止KCC2下调，从而减轻机械性痛觉过敏，因此认为，β2肾上腺素受体通过激活胶质细胞间接影响KCC2的表达和功能。

还有一些研究关注了BDNF如何下调KCC2功能来诱发疼痛及痛觉过敏。Ma等在SNI小鼠模型上的研究表明，BDNF可促进KCC2与Cbl‑b（一种E3泛素连接酶）的相互作用，导致KCC2的泛素化和降解；而敲除Cbl‑b表达和抑制TrkB受体可以逆转KCC2泛素化水平的下降，并减轻BDNF诱导的痛觉过敏。Zhao等在臂丛撕脱大鼠模型上的研究结果显示，TrkB特异性抗体K‑252a通过抑制TrkB活性可减轻臂丛撕脱后机械性痛觉过敏和冷痛觉过敏。

3 NKCC1/KCC2作为痛觉过敏的治疗靶点

以NKCC1/KCC2为靶点的治疗方法也取得了显著的进展。腹腔注射布美他尼可逆转NKCC1在脊髓损伤大鼠背角和背根神经节中的过表达，并改善热痛觉过敏反应。Hu等通过局部注射人脐带间充质干细胞发现，小鼠脊髓损伤后前扣带皮质和中脑导水管周围灰质中的KCC2表达增加，机械性痛觉过敏得到明显改善。Liao等研究表明，低强度聚焦超声刺激可以降低钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅳ和磷酸化环腺苷酸应答元件结合蛋白的表达水平，从而提高KCC2的表达，减轻神经损伤大鼠的机械性痛觉过敏。ICTF作为一种中草药提取物，通过抑制α7nAChR介导的BDNF/TrkB‑KCC2信号转导途径可减轻SNI引起的机械性痛觉过敏。研究证明，由传统中医针灸发展而来的电针治疗可增加KCC2和GABAA受体γ2亚单位的表达，从而增强GABA介导的神经抑制作用。

4 总结与展望

综上所述，NKCC1/KCC2在痛觉过敏的发生、发展中扮演了重要角色。GABA在正常条件下主要起抑制作用，但在神经损伤或炎症等情况下，GABA信号可以变为兴奋性，从而导致痛觉过敏。这一变化主要由NKCC1/KCC2的表达和活性变化引起，进而改变了细胞内外的氯离子梯度，使得GABA信号变为兴奋性，这对于GABA能神经传递的功能是必需的。这一机制在多种疼痛模型中得到了验证，以此为治疗靶点的临床研究也正在进一步发展。因此，靶向调节NKCC1/KCC2的表达或活性，为痛觉过敏的治疗提供了新的策略。未来研究需进一步探索NKCC1与KCC2以及其他CCC在痛觉过敏中的作用机制，不同类型的痛觉过敏模型中可能有其独特的作用机制。此外，考虑到痛觉过敏的复杂性，未来的研究还需关注CCC在痛觉过敏中的作用是否受到性别、年龄等因素的影响，以期实现更为个体化的疼痛管理策略，促进加速康复外科的推行。

国际麻醉学与复苏杂志,2025,46(09):995-1000.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20250207‑01348

Tags： 阳离子‑氯离子协同转运蛋白参与痛觉过敏的研究进展