翻译：赵鑫雨 徐州医科大学2026级硕士研究生
审校：赵林林 徐医附院麻醉科
摘要
本文回顾了过去约50年来神经轴治疗发展的历史轨迹，重点关注其在疼痛及疼痛管理中的应用。文章讨论了推动神经轴靶向治疗发展至21世纪当前水平的各项进展，并探讨这一发展脉络可能指向的未来方向。
引言
椎管内给药可追溯至19世纪末。自诞生以来，这种途径已被广泛用于递送治疗药物：最初用于麻醉，随后扩展至疼痛[1]、痉挛状态[2]、神经退行性疾病和遗传性疾病[3]，以及转移性疾病和感染性疾病[4]。与医学中的许多进展一样，治疗的发展依赖于技术进步，包括给药系统的改进：先是带刻度的注射器和针头（图1），随后是植入式给药装置，以及与这些装置相容的治疗药物；同时也离不开 James Leonard Corning[5] 和 Augustus Bier[6] 等早期先驱的远见，他们认识到了椎管内给药的应用价值（图2）。
本综述讨论了过去约50年间促成当今椎管内疼痛治疗方法的进展，以及这一发展轨迹如何为未来的神经轴靶向干预指明方向。在临床前研究确立椎管内阿片类药物镇痛作用50年之际发表本综述，正当其时。[7]
图1. 带刻度的鲁尔玻璃注射器和可拆卸针头，由 Herman Wulfing Luer 于1869年研制。
图2. 使用可卡因实施传导阻滞的先驱。（A）约1885年，William S. Halsted 广泛采用神经周围给予可卡因的方法实现手术麻醉。（B）1885年，James L. Corning 描述了将可卡因注入犬的硬膜外腔后产生的局部、可逆性运动和感觉功能阻滞。（C）1889年，August Bier 通过鞘内给予可卡因，在自身试验及接受手术的患者中达到了手术麻醉深度。
脊髓系统与伤害感受-理解椎管内疼痛治疗解剖联系的知识发展背景
关于疼痛相关脊髓加工组织方式的早期认识
约1632年，笛卡尔描绘了一幅男孩足部接近火源后面部出现痛苦表情的图画，清楚展示了他所设想的外周损伤、脊髓传导与脑内加工——在其理论中由松果体承担——之间的联系。19世纪的三项发现，为理解这种疼痛状态所涉及的脊髓系统功能组织提供了关键认识。
第一，19世纪20年代，Charles Bell 和 Francois Magendie 证明，背根将信息传入脊髓，而腹根将信号从脊髓传向肌肉。[8,9] 第二，19世纪60年代，Charles Brown-Séquard 对脊髓半切动物开展的研究提示，疼痛通路在对侧脊髓内走行。[10] 第三，1886年，William Gower[11] 报告了一名颈髓损伤患者：损伤累及一侧腹外侧象限，而对侧出现痛觉反应丧失，轻触觉仍然保留。这一临床观察证实了 Brown-Séquard 早期的实验结果，也呼应了 Moritz Romberg 于1853年的观察[9]，后者发现神经梅毒患者的脊髓后索退变与低阈值机械感觉丧失有关。
费城的 William Spiller 和 Edward Martin 进一步证实了这些发现与人类疼痛的关系。1912年，他们证明，腹外侧脊髓切断术能够缓解由压迫脊髓的“恶性且无法切除”肿块所致的剧烈疼痛。[10–13] 他们得出结论：“对于其他方法无法控制的单侧疼痛，应在疼痛侧的对侧切断脊髓，并选择足够高的节段，以考虑到感觉纤维的交叉。”
20世纪中叶对疼痛体验相关神经轴信号传递认识的进展
脊髓背角的组织结构
20世纪60年代初，包括伦敦大学学院的 Patrick Wall[14]、北卡罗来纳的 Ed Perl[15]、爱丁堡的 Ainsley Iggo[16]、美国国立卫生研究院的 Ronald Dubner[17]、William Willis[18] 以及巴黎的 Jean-Marie Besson[19] 在内的研究团队，通过背角神经元的单单位记录，揭示了伤害感受信号传递过程中传入信息加工的复杂性。[20] 到20世纪70年代，对脊髓投射神经元的研究已识别出多个细胞群。位于浅层 Rexed 第Ⅰ层的神经元，即 Waldeyer 神经元，接收终止于浅层的高阈值感觉传入纤维输入，被认为是“伤害感受特异性”神经元。[20,21] 相比之下，位于背角更深部第Ⅴ层和第Ⅶ层的神经元接收汇聚性输入，能够对广泛输入范围内的刺激强度进行编码，例如广动态范围神经元。[22] 第Ⅰ层及第Ⅴ、Ⅶ层神经元共同被视为将伤害感受信息从脊髓传向脊髓上靶区的主要神经元群。[23]
背角功能的动态特性
20世纪60至70年代形成的一项重要认识是，背角功能具有高度动态性，并非一个被动的中继系统。[24] 1966年，Loren Mendell 和 Patrick Wall 证明，反复激活伤害感受器会使投射神经元的兴奋性增加，这种现象被称为“wind-up”，即反应逐渐增强的现象。[25]
支持这种动态调节的其他证据包括：（1）突触前抑制可调节低阈值机械感受器产生的兴奋性驱动[26,27]；（2）节段性皮节表征能够受到主动调节[28]；（3）外周损伤可引起脊髓敏化[29]；（4）延髓至脊髓的下行通路可调节脊髓传出投射系统[30,31]；（5）存在“弥漫性伤害性抑制控制”（DNIC），即一个部位的伤害性刺激可以抑制广动态范围（WDR）神经元的反应。[32,33] 这些观察支持了 Ronald Melzack 和 Patrick Wall 于1966年提出的“闸门控制”假说，该假说强调脊髓环路能够通过调节背角的输入与输出关系，选择性地调控疼痛信号。[34]
脊髓背角的递质药理学
Henry Dale 和 Otto Loewi 因确立化学性突触传递而获得1936年诺贝尔奖[35]；此后，John Eccles 强调了抑制性突触信号传递的重要性。[36] 在20世纪60年代至70年代初，脊髓神经递质传递的复杂性逐渐显现。
甘氨酸和 γ-氨基丁酸（GABA）被确定为脊髓内的主要抑制性递质，分别通过对士的宁和印防己毒素敏感的机制调节氯离子通道。[37] Eugene Roberts 及同事证明，含 GABA 的中间神经元与初级传入纤维末梢形成突触，支持了突触前调节的存在。[38] Werman 及同事则证明了甘氨酸的突触后作用。[39] 1959年，堪培拉的 David Curtis、Jeff Watkins 及同事发现，通过离子电泳给予谷氨酸可使哺乳动物脊髓神经元产生强烈兴奋，支持谷氨酸作为脊髓兴奋性递质的作用。[40] 随后的结构药理学研究揭示了多种谷氨酸受体亚型。Watkins 于1962年合成了 N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）[41]，并与 Richard Evans 开发了选择性拮抗剂，由此建立了以 NMDA、AMPA 和海人酸受体为基础的受体分类体系。[42] 后来，人们认识到 NMDA 受体是长时程增强的核心介导因素，而长时程增强是突触可塑性的基础机制之一。[43] 1987年，Davies 和 Lodge[44] 以及 Anthony Dickenson[45] 证明，拮抗 NMDA 受体可逆转传入刺激诱发的 wind-up 现象。
P物质（SP）由 Ulf von Euler 和 John Gaddum 于1931年发现。[46] Frederick Lembeck 证实背根神经节和背角中存在 SP 后，SP 成为候选感觉递质。[47] Susan Leeman 及同事确认 SP 是一种肽，并开发了放射免疫测定方法；Masanori Otsuka 则证明 SP 对离体脊髓具有强烈的去极化作用。[48] 1975年，Tomas Hokfelt 证明，小型背根神经节神经元以及脊髓边缘层和胶状质中均有 SP 表达，而这些区域正是接收 C纤维输入的部位。[49] Thomas Jessell 和 Leslie Iversen 发现 SP 存在于突触小泡内，并能够由感觉神经元受刺激后释放，支持其神经递质作用。[50,51] 随后又获得了在体条件下激活伤害感受器可诱发脊髓 SP 释放的证据。[52] Nicholas Jancsó 及同事的研究表明，辣椒素等辛辣化合物能够通过特定分子靶点激活伤害性感觉传入纤维，随后使其脱敏。[53,54] 这些物质可耗竭伤害感受器中的 SP，鞘内给药后可产生持久镇痛[55–57]，为后来发现 TRPV1 受体奠定了基础。[57]
阿片类药物及其神经轴作用的研究由此展开
1681年，Sydenham 写道：“在全能的上帝赐予人类、用以减轻痛苦的所有药物中，没有一种像鸦片这样用途广泛且疗效显著。”1803年，Friedrich Serturner 首次对其进行纯化[58]，从蒸发的乙醇介质中回收结晶组分，其过程类似于可卡因的提取，并将其中镇静作用最强的成分命名为吗啡。[58,59] 皮下注射针头的发明[60] 以及吗啡水溶液制剂的出现，使吗啡在19世纪中叶得以用于临床疼痛治疗。自19世纪70年代末起，药物化学迅速发展，产生了大量结构各异、具有镇静和镇痛性质的分子。人们提出这些药物通过与特异性识别位点——例如受体——相互作用而发挥效应，这一观点来自对结构相关化合物的合成研究。例如，Julius Pohl 于1915年合成的 N-烯丙基去甲可待因[61] 能逆转吗啡对呼吸的作用，却不能逆转其他抑制药的作用。1954年，Arnold Beckett 和 Alan Casy 根据抗伤害感受作用的构效关系，提供了支持特异性阿片识别位点即受体存在的证据。[62] 研究者运用经典药理学技术，对阿片类药物在平滑肌组织中的作用进行详细定量分析，例如观察拮抗剂使激动剂的剂量效应曲线平行右移，从而证实这些药物对功能的影响——如对平滑肌神经网络诱发肌肉收缩的影响——来自与某一特定位点的竞争性相互作用。[63] 这些研究促成了多种阿片受体的概念，Phillip Portoghese 于1965年推进了这一观点。[64] 20世纪70年代，William Martin 在列克星敦开展的在体研究提出了两种阿片受体，分别称为 μ受体和 κ受体。[65,66] 随后，阿伯丁的 Hans Kosterlitz 及同事通过平滑肌肽类药物实验，提出了第三种阿片受体，即 δ受体。[67] 克隆及随后合成重组蛋白的研究证实，这些受体的结合特征和功能特征与此前药理学定义的相应受体一致。[68]
一个重要问题是，这些受体通过何种神经机制调节疼痛加工。1973年，约翰斯·霍普金斯大学的 Candace Pert 和 Solomon Snyder[70] 采用 Avram Goldstein 最先提出的放射性标记配体结合方法[69]，鉴定出被认为代表阿片受体的结合位点。这些结合位点主要分布在纹状体和导水管周围灰质（PAG）等脊髓上区域。值得关注的是，这项最初的研究在脊髓中发现的结合很少。[71]
脊髓上作用
20世纪50年代的药理学教科书将阿片类药物描述为前额叶切断术在药理学上的等效物：使用阿片类药物后，患者表示痛觉仍然存在，但其情感成分消失了。[72] 在小鼠、猫和灵长类动物中，通过植入的微量注射套管将阿片类药物给予中脑 PAG 和若干间脑区域，可显著减轻疼痛行为。[73,74] 这些作用具有剂量依赖性，其构效特征及可被纳洛酮逆转的性质表明，作用由阿片受体介导。[75] PAG 内吗啡作用的一个重要组成部分，是激活单胺能的延髓至脊髓投射。鞘内给予 α₂受体拮抗剂，可容易地逆转 PAG 激活所引起的热逃避潜伏期延长。[31] 这推动了临床前研究[76,77] 和临床报告[78] 对脊髓 α₂受体激动剂镇痛作用的证实。
脊髓作用
人们逐渐认识到阿片类药物具有脊髓作用。自20世纪30年代中期起，研究已证明阿片类药物能够阻断脊髓化动物[65,79,80] 和人类[81,82] 的伤害感受反射。阿片类药物可抑制 Aδ 和 C传入纤维诱发的腹根反射，抑制运动神经元的时间性易化，并兴奋 Renshaw 细胞。[83–85] 萨尔兰大学的 Ilmar Jurna 证明，阿片类药物能够抑制运动神经元的增强状态。[86]
在背角中，给予全身吗啡的脊髓化动物，其广动态范围神经元由细小初级传入纤维激活所诱发的放电减少。[87–89] 因此，到20世纪70年代中期，人们已认识到阿片类药物能够抑制脊髓多突触反射。1975年，巴黎的 Daniel LeBars 和 Jean Marie Besson[90]、耶鲁大学的 Luke Kitahata[89]、日本的 Iwata 和 Sakai[91] 等多个团队，在脊髓横断动物中开展单单位记录，发现全身给予镇痛剂量的阿片类药物可减少这些背角神经元的静息放电和诱发放电，支持全身给药后可能有脊髓系统参与其作用。1974年，蒙特利尔的 Jim Henry 及其团队[92] 通过向背角进行离子电泳给药，清楚地证明背角伤害感受神经元的放电减少，而且这种作用可被纳洛酮逆转。
这种明显的脊髓作用最初令人困惑，因为如前所述，在神经轴各部位中，阿片类药物在脊髓中的结合实际上最低。然而，1976年的后续研究利用放射自显影技术提高了分辨率，证明虽然脊髓中阿片配体的总结合量确实有限，但这些少量结合主要位于浅层背角最外侧的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层及背根神经节。[93–95] 背根切断后，背角中相当一部分结合活性消失，表明这些结合位点位于初级传入纤维的突触前部位，而残余结合则位于突触后部位。这种受体表达模式与后来在表达 SP 的三叉神经传入纤维中观察到阿片受体蛋白的结果一致。[96] 剑桥的 Thomas Jessell 和 Leslie Iversen，以及梅奥诊所罗切斯特院区的 Tony Yaksh，分别通过体外细胞培养和在体脊髓表面灌流液研究，证明脊髓内的阿片类药物能够阻断传入活动诱发的 SP 释放。[50,52]
阿片类药物的脊髓作用是否产生镇痛
一个重要问题是：阿片类药物在脊髓中的作用，以及它们对背角和腹角兴奋性的生理影响，是否表现为局限于伤害感受加工和／或运动功能的效应。1976年，Tony Yaksh 和 Thomas Rudy 建立了一个简便的鞘内给药模型[97]。随后一系列论文报告，鞘内给予吗啡可产生强烈的、可被纳洛酮逆转的镇痛作用[98]（图3）。这种作用由多种基于行为定义的伤害感受指标测得，而对轻触反应、本体感觉或运动能力均无影响。[7,99–101] 与其阿片类药物性质一致，重复给药后该效应出现明显耐受。[98] 他们还证明，鞘内吗啡不影响大鼠和兔分娩的启动与完成。[102]
1978年及1981年的后续工作，在猫和灵长类动物中证实了这些抗伤害感受作用以及阿片类药物的耐受性。在灵长类动物中，研究者利用可操作性控制刺激强度的模型评估鞘内药物作用：动物可通过压杆调节刺激强度。鞘内吗啡以剂量依赖的方式，提高了动物愿意耐受的刺激强度，而且这一作用可被纳洛酮逆转。[103] 截至2025年，这些论文累计被引超过3700次。1976年，Ilmar Jurna 证实，脊髓吗啡可降低腹外侧束投射轴突由传入刺激诱发的活动[104]，这与其对疼痛引发行为的强烈影响一致。1980年，Janice Hylden 和 George Wilcox 建立了小鼠经皮鞘内给药模型[105]，显著推动了脊髓疼痛药理学的进一步发展。
图3. Tony Yaksh（A）和 Thomas Rudy（B）建立了大鼠鞘内注射模型（D），并利用该模型证明了鞘内阿片类药物的镇痛作用。[7,97] George Wilcox（C）与 Janice Hylden 共同推广了重要的小鼠经皮鞘内注射模型（E）。[105]
图内标注：spinous process，棘突；transverse process，横突；spinal cord，脊髓；cauda equina，马尾；L5、L6，第5和第6腰椎。
阿片类药物同时作用于脑和脊髓，使人们推测，全身给予阿片类药物产生的强大效应，可能反映了脊髓与脊髓上作用位点之间的协同作用[106]；同时向脑和脊髓给药的研究证实了这一点。[107] 在体研究的重要性体现了 Sherrington 于1906年提出的观点：组织损伤性刺激产生的“伤害感受”会引发由脊髓机制介导的保护性反射。但 Sherrington 强调，这些刺激引发的“疼痛”反映的是“保护性反射所伴随的心理成分”，指出高级中枢对伤害感受器产生的信息所诱发的疼痛表型具有整合作用。[108] 此外，在体研究的迅速增长，进一步凸显了背角调节药理学的复杂性及其与不同物种中行为所定义疼痛状态的相关性。因此，20世纪80年代初使用在体脊髓给药模型的研究，已显示调控多种阿片受体及其他受体和通道，能够影响行为所定义的疼痛状态。这些靶点包括 α₂肾上腺素能受体[76]、GABA-B受体[109]、δ阿片受体[110,111] 和大麻素受体[112]，以及钙通道阻滞[113] 和环氧合酶抑制[114]。当然，这还只是一个开端。
椎管内镇痛向人类应用的转化
Nicolae Racoviceanu-Pitesti[115] 和 Otojiro Kitagawa[116] 于1900至1901年发表的早期文章，曾报告鞘内吗啡的使用，通常与麻醉药共同给药。此后75年间未出现相关后续引文或记录，因此有人认为，后来椎管内治疗的转化研究是由临床前研究推动的。[117] 1979年，基于有力的临床前发现，梅奥诊所的 Josef Wang 及同事在癌症患者中证实了脊髓吗啡的镇痛作用[118]（图4）。不久之后，哈达萨大学的 Michael Behar 及同事报告了硬膜外吗啡镇痛。[119] 这些报告引起了广泛关注：截至2025年，Wang 的文章被引699次，Behar 的文章被引518次。[120] 随后一年内，悉尼的 Michael Cousins[121]、Florella Magora[122] 以及杜克大学的 Philip Bromage[123] 又发表了进一步的验证性研究。
图4. （A）Joseph Wang 领导团队在梅奥诊所罗切斯特院区完成了首个鞘内吗啡病例系列研究。[118] （B）Frederick W L Kerr（1923—1983）在临床前研究证实阿片类药物的脊髓作用后，对推动这一研究兴趣发挥了关键作用。遗憾的是，我们经过仔细搜寻，仍未找到 Michael Behar 的照片。
延长椎管内药物暴露的发展历程
尽管给药系统不断演进，Quincke 针仍是人们熟悉的器械，鲁尔锁定式注射器也仍用于鞘内单次注射。然而，早期研究者已开始寻找延长椎管内药物暴露的方法。1907年，Henry Dean 描述了将针留置于腰段鞘内腔隙，以便重复注射的方法。[124] 1935年，梅奥诊所的 Grafton Love 使用长期留置的红色橡胶导尿管，为脑积水患者引流脑脊液。[125] 1931年，Eugene Abruel 描述了使用丝质输尿管导管实施持续蛛网膜下腔镇痛以缓解分娩痛的方法。[126] 随后，William Lemmon 于1940年描述了通过与柔性导管连接的针实施持续蛛网膜下腔麻醉的方法。[127] 实现重复单次注射或持续输注，需要20世纪40至60年代聚合物化学的进步。尼龙、聚氨酯和聚氯乙烯等材料由此出现，使人们能够制造柔软、可灭菌、抗开裂且适用于鞘内及硬膜外给药的导管。[128] 20世纪40年代初，Edward Tuohy 将尼龙尿道导管引入蛛网膜下腔麻醉，使通过体外端口重复给药成为可能。[129] 正如 Phillip Bromage 在其1978年的经典著作《硬膜外镇痛》中所述，这些进展促成了持续或间断椎管内麻醉的发展。[130]
持续椎管内给药的发展
1981年，汉诺威的 Michael Zenz 及同事描述了通过体外引出的导管反复注射、长期硬膜外给予阿片类药物治疗慢性疼痛的方法。[131] 随着气压驱动泵的植入式输注系统问世，技术取得了一项重大进展。这些装置最初由明尼苏达大学的 Perry Blackshear 和 Henry Buchwald 于20世纪70年代初研制[132–134]，后来以 Infusaid 泵的名称在美国马萨诸塞州诺伍德实现商业化。[135] 最初的装置用于持续肝动脉输注，以及递送肝素、胰岛素等药物。[136] 它以固定速率给药，并设有储液囊补充药液端口及导管通路端口。1981年，梅奥诊所的 Burton Onofrio 及同事将这一装置与鞘内导管一起植入一名难治性脊索瘤疼痛患者体内，通过鞘内持续输注吗啡获得了长期疼痛缓解[137]（图5）。同年，达特茅斯的 Dennis Coombs 及同事报告了长期鞘内给予吗啡治疗癌痛的方法。[138] 后续研究确立了这一方法在慢性疼痛，主要是恶性肿瘤相关疼痛中的应用。[139,140]
20世纪80年代末，新型植入式系统问世，能够通过编程控制给药量，并读取泵的运行信息。[141,142] 这些系统扩大了其在慢性疼痛[143–147] 和痉挛状态[2,148] 中的应用。正如临床前模型所预测的那样[101,149]，癌痛和非癌痛患者均出现了不同程度的阿片类药物耐受。[150,151]
图5. （A）早期植入式给药泵。该植入式输注泵高2.82 cm，直径8.43 cm，空重184 g。[321] （B）连接硅橡胶输注导管的 Infusaid 400型泵。（C）Infusaid 400型泵示意图。[322] （D）Burton Onofrio（1933—2022）。他和团队率先使用植入式鞘内给药装置递送吗啡，用于慢性疼痛治疗。
图内标注：inlet septum，进液口隔膜；auxiliary septum，辅助隔膜；needle stop，针头限位件；outlet flow restrictor，出口限流器；silicone coating，硅胶涂层；suture loop，缝合环；bellows，波纹囊；drug chamber，药液腔；charging-fluid chamber，驱动液腔；outlet catheter，出口导管；MODEL 400，400型。
安全性问题与神经轴病理改变
尽管椎管内阿片类药物可产生强烈镇痛，人们逐渐发现其作用能够从脊髓延伸至脊髓上部位。阿片类药物从颅外神经轴发生再分布，可造成迟发性呼吸抑制的风险。[160] 局部脊髓不良反应似乎有限，但动物[161,162] 和人类[163] 均有瘙痒，以及排尿反射受抑制并伴尿潴留的报告。
大量证明疗效和耐受性的临床前研究，支持了椎管内阿片类药物治疗的迅速推广。然而，20世纪90年代初的经验提示，椎管内腔隙可能出现药物相关病理改变。这些事件确立了一项要求：新型椎管内药物及制剂，必须在与临床相关的浓度和剂量范围内接受专门的临床前安全性评价。[164,165] 以下两个实例突出体现了这些问题。
局部麻醉药
20世纪初的报告描述了鞘内局部麻醉药对背根神经节、脊髓组织学和脑脊液化学成分的不良影响。1906年，Barker 报告了给予斯托伐因（stovaine）后脑脊液细胞数增多，并对其浓度依赖性毒性提出了担忧。[166] Erich Wossidlo[167] 和 Walther Speilmeyer[168] 描述了兔和犬鞘内暴露于普鲁卡因或斯托伐因后的病理变化，包括背根神经节细胞尼氏小体的短暂改变，这些改变可在24小时内恢复。20世纪30年代，Loyal Davis 证明，犬鞘内给予麻醉药可引起“无菌性脑膜反应，伴浆细胞渗出和蛛网膜细胞增生，最终导致脑膜增厚”。[169]
尽管存在这些早期发现，大样本临床研究仍表明，椎管内局部麻醉药总体上耐受良好。[170,171] 然而，为减少脑脊液漏而开发更细的“微孔径”导管，又带来了新的问题。这些导管内部阻力较高，降低了药液流出速度，并限制了局部稀释，导致局部药物浓度升高，对轴突产生直接病理影响，同时持续性疼痛综合征的发生频率增加。[172]
吗啡
截至20世纪80年代末，经植入式系统长期鞘内给予阿片类药物，尚未显示明确的感觉或运动毒性证据。接受长期输注并在之后进行尸检的患者，通常未见明显神经轴异常。[144,173]
1991年，约翰斯·霍普金斯大学的 Richard North 报告了一名长期鞘内使用吗啡的患者，其出现脊髓压迫性肿块的相关症状，并经影像学和手术切除证实。[174] 随后20年间，又出现了更多病例报告。[175] 在美敦力公司支持下，Yaksh[176] 和得克萨斯的 Sam Hassenbusch[177] 开展的临床前研究证明，这些被称为肉芽肿的肿块起源于邻近的硬膜／蛛网膜，主要由嵌于胶原基质中的增生成纤维细胞构成，并从导管部位向外延伸。[178]
这些临床前研究揭示了四个此前并不明显的要点：（1）吗啡的不良作用具有浓度依赖性[178–180]；（2）吗啡和氢吗啡酮等阿片类药物能够产生肿块，而芬太尼、阿芬太尼等药物通常不会产生这类肿块[181,182]；（3）阿片受体拮抗不能预防或逆转其致肿块作用[182]；（4）肿块形成与肥大细胞脱颗粒共同变化，肥大细胞稳定剂能够预防脱颗粒，而纳洛酮不能。[176,183,184] 在20世纪80年代，吗啡浓度通常低于10 mg/mL[150]；后来，为提高每日给药剂量而又不缩短给药泵补液间隔，开始使用更高浓度的吗啡。机制研究证明，阿片类药物可通过 Mas相关G蛋白偶联受体（MRGPR）诱导肥大细胞脱颗粒并激活成纤维细胞。不激活 MRGPR 的 μ阿片受体激动剂仍保有镇痛活性，同时产生的肿块更少。[181–184]
2000年后椎管内给药 靶点及治疗平台的进展-现状与未来的简要评述
在2000年前后及此后的数十年间，椎管内给药用于疼痛的研究和临床应用显著扩展。以“Intrathecal and/or Epidural and Pain”在 PubMed 中检索，1950至1974年可检出636篇文献，1975至1999年为14,467篇，2000至2025年为38,208篇。虽然这只是一个粗略指标，却反映了人们对神经轴疼痛加工及治疗应用认识的快速增长。图6展示了该领域在临床前研究及多个应用方向上的增长情况。鉴于当前研究涉及面广，这里仅讨论与疼痛有关的部分主题。更详细的讨论可参见当代相关专著。[185–187]
图6. 1960至2025年 PubMed 收录文献的发表数量。插图放大显示1972至1982年这10年间的情况。检索式分别为：（1）小鼠／大鼠／马／犬 AND 鞘内 AND 疼痛；（2）人类 AND 鞘内／硬膜外 AND 疼痛；（3）人类 AND 鞘内／硬膜外 AND 癌症；（4）人类 AND 鞘内／硬膜外 AND 痉挛状态。插图中的箭头表示最早报告脊髓吗啡给药的论文：（A）临床前研究；（B）经鞘内或硬膜外途径给予吗啡的临床研究。
图内标注：横轴 YEAR，年份；纵轴 # of Citations，文献篇数。A，动物鞘内给药与疼痛，累计12,176篇；B，人类鞘内给药与疼痛，累计5,407篇；C，人类鞘内给药与癌症，累计5,314篇；D，人类鞘内给药与痉挛状态，累计6,579篇。各图累计区间均为1960至2025年。
鞘内疼痛治疗与疼痛体验的整合
上行伤害感受信息的组织方式
当前关于疼痛信号的认识强调，不同上行投射具有不同功能。经丘脑外侧部投射至躯体感觉皮质的脊髓传出通路，参与编码刺激的强度、模态和位置。相比之下，投向臂旁区及丘脑内侧区域的腹外侧投射，可进一步形成通往下丘脑、海马、杏仁核、前扣带皮质、岛叶和前额叶皮质的三级投射。[188,189]
这些相互联系的结构，最初由 James Papez 在1937年的框架中描述[188]，随后由 Paul MacLean 扩展[190]，为躯体和内脏输入与记忆、情绪加工之间的整合提供了基础。这些环路参与了 Ronald Melzack 和 Ken Casey 所描述的疼痛情感与动机维度，而这一维度有别于感觉辨别加工。[191] 与此一致，刺激所引起的主观报告疼痛强度，与前扣带皮质的激活程度相关。[192] 反过来，这些结构的功能失调对急性感觉阈值影响很小，却会减弱伤害性刺激所具有的厌恶性质。[193,194]
脊髓阿片类药物对脊髓上系统的调节
全身阿片类药物能够改变疼痛的情感维度，这与它们直接作用于阿片受体丰富的前脑结构相一致。[194–197] 然而，临床前研究证明，鞘内阿片类药物还可以调节投射至中脑、间脑和边缘系统结构的脊髓伤害感受传出活动，其影响并不限于经典的躯体感觉通路。[198,199] 因此，所报告疼痛状态中的情绪和厌恶成分，反映了脊髓上行输入的内容[189,192,200,201]，而这种输入可以受到椎管内镇痛药物的调节。
脊髓阿片类药物与疼痛的情感成分
与其对上行边缘系统通路的调节作用一致，鞘内阿片类药物既影响感觉阈值，也影响疼痛的情感方面。在恶性和非恶性疼痛患者中，对于常规多模式治疗失败的患者，鞘内输注吗啡与心理社会功能改善有关[202]；其对疼痛情感及评价维度的改善幅度，大于对感觉性疼痛的减轻幅度[203]，同时还伴随应对能力、自我效能、抑郁、生活质量、睡眠和社会功能的改善。[204]
背根神经节
尽管外周传入轴突构成主要的信息输入与输出通路，背根神经节（DRG）神经元的兴奋性仍受到其与巨噬细胞及卫星细胞相互作用的强烈影响。这些细胞通过分泌信号分子，可调节神经元兴奋性。[205,206] 包括细胞因子、小分子和免疫复合物在内的循环分子，能够穿过或被转运通过 DRG 血管屏障，并影响神经元功能。[207] Allan Basbaum 证明，使巨噬细胞失活对急性伤害感受阈值没有影响，却能预防神经损伤诱发的痛觉过度[207]，凸显了免疫信号在介导疼痛易化状态中的重要性。[208–210] Robert LaMotte 证明，IgG免疫复合物可通过 Fcgr1 对大鼠 DRG 神经元产生兴奋作用。[211] 随后，研究表明，与疼痛疾病有关的循环免疫复合物能够影响 DRG 兴奋性。卡罗林斯卡的 Camilla Svensson 及同事证明，关节炎或纤维肌痛等临床状态下存在的循环免疫复合物，可通过 DRG 神经元产生疼痛易化状态。[212,213]
这些发现推动了针对 DRG 与免疫系统相互作用的治疗方法开发，包括通过巨噬细胞清除策略或 CCR2 靶向方法调节巨噬细胞功能[214]，将巨噬细胞从促炎状态重新编程为抗炎状态[215]，使用靶向肿瘤坏死因子（TNF）和白细胞介素-1β（IL-1β）的抗炎生物制剂[216]，以及更广泛的神经免疫干预。[217,218]
鞘内分子能够经神经根袖到达 DRG 结构，这一点十分重要。这一通路介导了腺相关病毒（AAV）[219,220] 和反义寡核苷酸（ASO）[221–223] 对 DRG 神经元的作用，也可能参与阿片类药物等小分子的作用，因为这些小分子所作用的通道和受体在 DRG 神经元上有丰富表达。[224–226]
背角系统的药理多样性
新型疼痛相关神经轴环路的识别
对于处理疼痛行为相关信号的神经轴环路，其认识进展一直依赖于临床前模型。[227] 基于鞘内给药后观察到的行为效应特征，研究者在动物模型中，对 DRG 和背角环路的多样性生物学进行了描述；这些模型涵盖了依据行为界定的急性、伤害感受性、神经病理性和伤害可塑性疼痛表型。[228]
当前对脊髓背角环路的认识
背角环路分析揭示了广泛的递质多样性，以及加工躯体感觉信息的复杂网络。[229–231] 除在体研究所确定、并开启近期椎管内药物开发进程的神经轴阿片受体作用外，以下再列举四类调节靶点。
（1）已发现多种门控钠、钙和钾通道，能够调节传入纤维、DRG 胞体以及二级神经元／投射神经元的兴奋性。[232–236]
（2）局部肽能环路通过胃泌素释放肽、SP、神经降压素和神经肽FF等相应信号，作用于二级中间神经元及投射神经元。这些环路在伤害感受信号传递中发挥重要作用，并被视为潜在治疗靶点。[231,237] 胆囊收缩素（CCK）环路也已被识别。[237,238] 阻断脊髓 CCK 受体可预防异常性疼痛状态[239,240]，并有助于阻止促炎信号上调。[241]
（3）抑制性中间神经元的内在作用。GABA能和甘氨酸能中间神经元通过突触前及突触后作用，调节伤害感受器兴奋性。[242] 当氯离子转运体 KCC2 功能异常时，氯离子梯度会发生改变，从而影响这些中间神经元的抑制作用。[243] 纠正这种功能异常被视为一种潜在治疗进展。[244] 另有研究者提出，通过抑制 GABA 降解酶——GABA氨基转移酶——来增强内源性 GABA 信号的作用。[245,246]
（4）释放去甲肾上腺素的延髓至脊髓通路。自20世纪70年代末以来，相关研究指出背角 α₂受体在调节疼痛加工中的作用[30,31,247,248]，并进一步明确了 α₂A亚型[249] 以及可增强脊髓内去甲肾上腺素释放的药物。[250]
在药物开发方面，当前通过背角和 DRG 单细胞转录组学开展的基因组图谱绘制及转录组分析，提供了尤其令人期待的新认识。这些研究开始以不预设特定靶点的方式，揭示调节神经轴伤害感受加工环路的靶点复杂性。[251–254]
椎管内药物的分布
当前对脊髓给药的认识强调，除呼吸及颅内血容量变化引起的局部压力驱动性振荡外，脑脊液的流动范围有限。[255] 因此，鞘内药物在单次注射[256] 或低速持续输注后的再分布受到限制。
Chris Bernards 在猪中使用与临床相关的低容量输注系统开展研究，发现注入的药液主要局限于导管尖端附近，沿头尾方向的移动有限。[257] 接受鞘内给药泵治疗的患者也有类似发现，而这类治疗通常采用低输注量和低输注速率。[258]
除疼痛外，药物再分布受限也给需要更广泛神经轴覆盖的疾病治疗带来挑战，包括脊髓恶性肿瘤[259]、感染[4]、神经退行性疾病及创伤。[260]
注入药液的分布受限，主要通过两种方式影响治疗效果。
（1）导管周围的稀释有限，使局部组织暴露于较高浓度的注入药液，增加毒性风险。[261]
（2）沿头尾方向的移动受限，以及导管周围分布受限，使药物难以到达相邻脊髓节段。Pat Wall 的研究证明，单一皮节可接受来自多个脊髓节段的侧支输入。这说明，要实现有效调节，必须让药物获得足够广泛的分布。[262,263] 痉挛状态的管理及导管位置选择也存在类似问题。[264–266]
改善导管周围药物分布的策略包括：提高给药速率，以增加药液离开导管出口时的流速，例如采用单次注射而非持续输注[178]；以及通过更小的出口或压力激活阀门系统增加导管阻力。[267,268] Keith Hildebrand 及同事证明，与持续低速输注相比，连续给予一系列小剂量单次鞘内吗啡注射可降低毒性，这说明给药策略十分重要。[178] 增加给药体积或溶质浓度，可推动药物沿头尾方向更广泛分布。[256,261] 由于给药泵容量有限，利用这类植入装置增加输注体积，在实际应用中受到限制，而且会增加总药物暴露。其他策略包括单次给药后使用较大体积液体冲洗，以增强药物向头侧分布[255,267,269]；以及设计具有多个高阻力出口的导管，使沿头尾方向的给药更均匀。[268]
椎管内治疗的给药平台
截至2000年，椎管内治疗药物主要是药代动力学作用过程相对短暂的亲水性小分子，靶向膜受体或离子通道。这些药物一般制成水溶液，以尽可能提高与脑脊液的相容性。[270] 较新的策略则关注替代性给药平台，旨在改变药代动力学特征，并持续调节神经轴功能。
制剂
制剂方法已从简单水溶液，发展为脂质体[271] 和水凝胶[272] 等先进给药系统。含 IL-10 等抗炎细胞因子的纳米颗粒系统，也已被开发用于改变巨噬细胞的炎症表型。[273] 这些方法旨在形成可注射的药物储库，无需反复给药即可实现持久药物递送。
毒素
化学性神经毁损在椎管内治疗中已有悠久历史。1931年，Achille Dogliotti 描述了鞘内使用乙醇的方法[274]；Synn Suvansa 报告了鞘内使用苯酚的方法[275]，通过产生具有皮节选择性的神经毁损，治疗疼痛和痉挛状态。2000年之后，针对疼痛相关神经轴系统的选择性毒素逐步发展。椎管内给药可以选择性地使 DRG 或脊髓内的某些神经元群失活：既可通过细胞死亡或轴突损伤产生永久作用，也可通过使神经末梢失活产生持久但可逆的作用。[276]
相关实例包括靶向表达 TRPV1 的多模态肽能伤害感受器的药物。1979年的研究证明，鞘内辣椒素可产生持久镇痛，并使 C纤维中的 SP 耗竭。[55,56] 后来，人们使用效力更强的 TRPV1 激动剂，如树脂毒素（resiniferatoxin），也获得了类似作用。[277,278] 其他策略包括将皂草素（saporin）[279,280] 或外毒素[281] 等毒素与 SP 偶联[282]，从而选择性清除表达神经激肽-1受体、由多模态 C纤维激活的背角投射神经元。肉毒毒素通过不可逆裂解 SNAP-25 和／或 SNARE 复合体，阻断神经递质释放；这些复合体参与突触蛋白运输及递质释放。其作用持久，但随着功能性蛋白复合体恢复而可逆。[283,284]
细胞移植
当病理改变涉及关键神经元群丢失时，恢复功能可能需要细胞替代。脊髓损伤、缺血、创伤、细菌或病毒感染，以及遗传性疾病等多种情况下，都可能发生细胞丢失。[285] 临床前研究已显示，旨在恢复脊髓环路内抑制性 GABA能信号的细胞移植具有潜力。[286]
基因组与转录调控
自20世纪90年代末起，研究证明了在神经轴内对运动和感觉神经元进行基因修饰的可行性，并提示其治疗潜力。[287–289] 更多病毒平台、质粒系统[290,291] 以及 ASO[3] 的出现，扩大了在神经轴内调节基因表达及遗传信息传递的能力，可用于疼痛、痉挛状态和神经退行性疾病等。
ASO 和病毒载体经椎管内给予后，能够到达并修饰 DRG 神经元。[221,292] 较大的构建体可能因跨软膜屏障扩散受限而难以充分发挥作用，因此可能需要软膜下给药。[293,294]
其他方法包括来源于抗炎型巨噬细胞，即 M2表型巨噬细胞的细胞外囊泡。这些囊泡可将有益的微小RNA递送至神经元和免疫细胞，从而减弱炎症信号。[286] AAV 和 ASO 平台有望直接针对疾病机制，因此可能成为慢性疼痛疾病的“疾病修饰”治疗方法。[220] 用于基因组和转录调控的椎管内给药平台取得进展，也使针对严重、且常常致命的神经退行性疾病的治疗策略成为可能。[295,296]
其他方法还包括通过设计配体激活设计受体来调控神经元活动[297]，以及光激活的光遗传学系统[298] 和超声激活的声遗传学系统。[298]
这些技术的一个关键特征，是能够根据疾病持续时间及临床管理需求调整干预方式：持续数天至数周的急性状态，例如术后恢复；持续数周至数月的亚慢性状态，例如创伤和烧伤；以及不可逆、终末期、遗传性或退行性疾病所对应的慢性状态。
椎管内药物开发中的安全性与毒性
2000年之后，在人类椎管内给药前开展严格临床前安全性评价的重要性，已获得广泛认可。[299,300] 相关领域已制定详细的神经轴治疗安全性评估指南和策略。[301–305] 对于新靶点以及新的制剂或给药策略，还需要纳入其他病理指标和标志物。例如，鞘内生物制剂使用增加，引发了人们对其在脑脊液环境中免疫原性的担忧。[306] 新型治疗平台，如基因靶向、转染和毒素治疗，提示可能出现多种与所用靶向平台特征相关的不良作用。我们能够检验已知风险，而对未知风险只能作出推测。这一问题凸显了在定义清楚、经过验证的动物模型中，持续开展不预设特定风险的临床前评价的重要性。如前所述，吗啡引起的鞘内肿块就是一个实例：只有在完整机体中实施鞘内给药后，才发现了这种意料之外的效应。一旦识别出相关问题，建立细胞培养、类器官等离体模型，就可减少进一步在体评估的需求。[307]
以阿片类药物引起的鞘内肿块为例，根据前文所述我们在犬和豚鼠中获得的临床前鞘内给药数据[179,184]，对拟长期给药的新药进行离体筛选时，可以常规评估其与人 MRGPRX2 的结合，以及其对蛛网膜成纤维细胞的激活。评估应覆盖一定浓度范围，该范围对应于受试药物以有效鞘内剂量给药时可能达到的浓度。在此，我们不禁想起 Paracelsus 的格言：“有什么不是毒物？万物皆有毒，无物无毒。唯有剂量决定某物是否不构成毒物。”[308]
应当指出，本领域主要同行评议期刊要求：涉及新型椎管内药物或制剂的人体研究，必须得到充分的、前瞻性且已注册的临床前安全性评价支持。[164,309–311] 原则上，所有期刊都应作出这一要求。
用于人类的椎管内镇痛药物
尽管围绕椎管内给药已开展大量研究，而且即使在本篇简要综述中也列举了众多靶点，但截至2026年，美国 FDA 正式批准用于鞘内给药治疗疼痛和痉挛状态的药物，仍只有三种：吗啡、齐考诺肽和巴氯芬。目前，尚无用于鞘内疼痛治疗的药物进入Ⅲ期临床开发阶段。树脂毒素[312] 和 SP-皂草素[313] 正处于首次人体Ⅰ期剂量递增临床试验阶段。
已有报告涉及多种靶点对应药物的应用，而且常为超说明书使用，即未获 FDA 批准的相关用途，包括可乐定、若干阿片类药物，以及单独或联合使用的布比卡因。[151,314] 一些药物已用于鞘内或硬膜外给药，并有同行评议文献报告了较充分的临床前安全性评估，例如可乐定[315]、新斯的明[316] 和腺苷。[312,313]
另一些已在患者中鞘内使用的药物，则在临床前研究中引发了安全性方面的担忧，包括生长抑素和奥曲肽[317]、咪达唑仑[300,318] 以及氯胺酮。[319,320] 可能出现的不良组织相互作用，以及对感觉、运动和自主神经功能产生的混合效应，都是需要谨慎推进椎管内疼痛治疗药物开发的重要障碍。必须强调，毒性研究应关注治疗浓度与不产生毒性时可给予的最大浓度之间的比值。
结语
在椎管内治疗的早期历史中，麻醉药给药占据主导地位。自20世纪70年代中期起，椎管内镇痛方法在19世纪末至20世纪初发展的基础上迅速扩展。神经科学的进展揭示了神经轴系统在加工伤害感受信息，以及塑造动物和人类疼痛行为表达方面的复杂作用。这些发现伴随着日益精细的给药技术和治疗平台的发展，使治疗窗的控制成为可能。正如图6所示，对神经轴生物学认识的不断扩展，不仅推动了疼痛管理，也促进了不同物种中痉挛状态和癌症等其他神经轴相关疾病的治疗。
过去半个世纪取得的进步，反映了基础神经科学、药理学、工程学和临床转化之间的高度结合。未来的进展很可能来自靶向给药系统、生物治疗和疾病修饰方法的持续改进，以充分利用神经轴给药途径提供的独特机会。
在这一背景下，建立一个能够在未麻醉动物中向颅外神经轴给药的简单行为模型，本身并不算特别新颖。然而，它恰好在当时的研究进程中提供了关键联系，使人们得以确认，不断发展的伤害感受加工生物学与疼痛究竟有何实际关系，而疼痛这一终点是通过未麻醉机体的行为来定义的。
Historical perspective on evolution of neuraxial delivery for pain (1975–2025)(科研通-ablesci.com).pdf
