CERB在病理性痛痛覺調制中的作用研究*

喬福珍 張顏波 牛敬忠

(1.泰山醫(yī)學院研究生部,山東 泰安 271016； 2.泰山醫(yī)學院附屬醫(yī)院神經內科，山東 泰安 271000)

CERB在病理性痛痛覺調制中的作用研究*

喬福珍1張顏波2牛敬忠2

(1.泰山醫(yī)學院研究生部,山東 泰安 271016； 2.泰山醫(yī)學院附屬醫(yī)院神經內科，山東 泰安 271000)

病理性痛主要包括神經病理性疼痛、內臟炎癥性疼痛和癌性痛，均是臨床上常見的癥狀，它是一種嚴重威脅人們健康的疾病狀態(tài)。其與許多共病相關，包括人的抑郁癥、焦慮、認知損傷、記憶缺陷等[1]，給臨床治療帶來極大的困難。其發(fā)病機制學說較多，具體機制不詳[2]。已知許多痛覺信號轉導蛋白參與痛覺傳導，本研究就cAMP 應答元件結合蛋白 (cAMP resp-onse element binding protein，CREB)在病理性痛中的作用綜述如下。

1 CREB概述

CREB最早在80年代后期發(fā)現，并在未分化的PC12細胞及小鼠的腦組織中獲取。因這種蛋白質特異性地和cAMP應答元件(cAMP response element，CRE)結合，因此將這種蛋白質命名為cAMP 應答元件結合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)。CREB廣泛分布于人體的細胞中，可以刺激基因轉錄，通過自身的磷酸化實現轉錄調節(jié)轉錄的功能，故又稱為轉錄增強因子(Enhancer)。cAMP應答元件(CRE)是一個重要的DNA片段，約30 bp左右，是許多基因轉錄誘導所必須的，它能引起真核生物轉錄起始啟動子周圍都含有一套近乎一致的回文序列，即包括8個堿基對5'-TGACGTCA-3'，并命名為cAMP反應元件(cAMP-re-sponseelement,CRE)，CRE是這些基因識別cAMP信號的重要部位。

CREB是真核生物細胞核內調控因子，具有廣泛的生物學功能，分子量為43000。許多神經元細胞外刺激均能引起CREB家族的激活，參與中樞神經系統(tǒng)的可塑性形成以及疾病發(fā)生等復雜的生理病理過程。疼痛產生經細胞信號轉導激活胞內第二信使(PKA ERK PKC P38 MAPA)，后者又進一步將CREB磷酸化，P-CREB與CRE結合，進而調節(jié)即刻基因和晚期基因的轉錄?；蜣D錄的改變導致相應蛋白質的表達發(fā)生相應的變化，這些基因轉錄的產物與疼痛和中樞敏感化的產生密切相關，比如c-fos bcl-2、腦源性神經營養(yǎng)因子(brain-deriverd neurotrophic factor,BDNF)、降素基因相關肽(CGRP)、血管活性腸肽(VIP)、腦啡肽、突觸蛋白Ⅰ、神經激肽Ⅰ受體、環(huán)氧酶-2等，從而影響痛覺信號的的調制和整合[3]。近年來發(fā)現cAMP依賴通路主要通過絲氨酸133位磷酸位點磷酸化這CREB蛋白，即P-CREB來調節(jié)基因轉錄以響應激素刺激，調節(jié)炎癥、神經損傷等誘發(fā)的自發(fā)性疼痛、痛覺過敏及痛覺超。P-CREB調節(jié)多種基因的表達，其表達的許多產物與疼痛和中樞敏感化的產生相關，在神經病理性疼痛和炎性疼痛的過程中起著非常重要的作用。

2 CREB信號轉導途徑

CREB有多個磷酸化位點，其中絲氨酸133位的磷酸化是最重要的磷酸化位點，多種激酶包括PKA、ERK、CaMKⅡ等可磷酸化此位點來發(fā)揮調節(jié)轉錄功能，體內許多信號途徑都可通過不同的激酶來激活CREB使其磷酸化實現信號的轉導。常見的如cAMP信號通過PKA途徑實現CREB的磷酸化。環(huán)磷腺苷(cAMP)-蛋白激酶(PKA)信號通路在機體的多種生物學功能中均發(fā)揮一定的作用。cAMP-PKA-CREB信號通路在外周痛覺過敏化及神經病理性痛中發(fā)揮重要的作用[4]，此外cAMP-PKA-CREB信號通路也參與炎性痛的傳導過程[5]。疼痛刺激或某種中間介質可促進cAMP活化升高，從而激活PKA，PKA催化亞基轉位進入胞核，促使CREB發(fā)生磷酸化形成P-CREB，從而引起相關蛋白表達發(fā)生變化，在痛覺過敏、中樞敏化及神經元過度興奮中起到了重要作用。其次鈣離子通過鈣調蛋白激酶途徑可使CREB發(fā)生磷酸化。鈣/鈣調素依賴性蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，參與調節(jié)機體的多種功能，如調節(jié)基因的表達、合成或釋放神經遞質以及離子通道和突觸可塑性的調節(jié)?？梢酝ㄟ^調節(jié)神經元的興奮性和疼痛感覺通路中的突觸傳遞產生痛覺敏化，是慢性疼痛敏化的調節(jié)器[6]。當傷害性刺激產生并通過神經傳遞，可導致N型鈣離子通道的開放，細胞內的Ca2+濃度升高可激活鈣/鈣調素(Ca2+/CaM)，Ca2+/CaM結合到CaMKⅡ亞單位上直接激活鈣敏感的蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)，CaMKⅡ被激活后,立即發(fā)生自身磷酸化反應，進而激活CREB，上調它的下游效應器P-CREB，隨之P-CREB調節(jié)基因轉錄和相關蛋白因子的表達，從而引起疼痛的發(fā)生；此外一些神經營養(yǎng)因子可通過CREB的磷酸化，調節(jié)疼痛的信號轉導。

3 CREB介導了ERK通路的病理性痛覺傳遞

近年來ERK/CREB信號轉導通路也是疼痛研究的熱點之一，其中細胞外調節(jié)蛋白激酶5(ERK5)/CREB信號通路在神經病理性疼痛中起到了重要作用[7]。神經病理性痛(NP)是由于外周或者中樞神經系統(tǒng)受損或產生病變而導致的疼痛，是臨床上最頑固、最難治的慢性疼痛。ERK5是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinases,MAPKs)家族的成員，是重要的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，通過三級激酶級聯體系實驗信號的傳導。研究發(fā)現ERK5在背根神經節(jié)的活化參與了神經病理性痛與炎癥性痛的信號轉導，且使用ERK特異性抑制劑能明顯阻斷傷害性刺激引起的痛覺過敏和異常痛覺。當傷害性傳入信號通過細胞轉導傳遞后，上游的激酶可激活ERK5，形成活性形式P-ERK5來催化各種胞漿蛋白磷酸化，調節(jié)各種轉錄因子的活性，包括轉錄因子CREB，P-CREB與CREB結合蛋白(CBP)結合后再共同結合到特定序列cAMP反應元件(CRE)，啟動疼痛相關因子如:c-fos、腦源性相關因子(BDNF)、降鈣素基因相關肽、強啡肽等基因轉錄。另外在炎癥性疼痛中，P-CREB也參與了信號轉導。炎疼癥痛的研究表明，當大鼠注射福爾馬林致炎后，在其脊髓背角P-CREB表達升高[25]。Messersmith 等[8]的研究中，角叉菜膠致炎的大鼠中脊髓P-CREB的表達也升高。

4 CREB參與了疼痛記憶形成和疼痛調節(jié)[5]

疼痛記憶被認為是頑固性慢性疼痛的基礎因素，以痛覺過敏和異常疼痛為主要特征，可導致大腦形成記憶和疼痛的消極情緒[9-12]。以前的研究表明，cAMP / PKA / CREB信號通路在記憶形成和疼痛調節(jié)中是至關重要的[14-16]，參與調節(jié)突觸可塑性。cAMP、PKA、CRE、CREB-1、CREB-2和CPEB是短期記憶重要的信號分子，和記憶機制有關。cAMP(Cyclic Adenosine Monophosphate)于1958年發(fā)現，cAMP通過激酶來調節(jié)幾乎所有的作用。PKA由四個亞基組成：兩個抑制、兩個催化亞單位的調控亞基，催化亞基是酶的活性磷酸化部分。當cAMP水平在細胞中升高時，cAMP與PKA的調控亞基結合，導致它們經歷構象變化，釋放活性催化亞單位，并允許其磷酸化其底物，參與突觸促進和致敏。CRE結合蛋白(CREB1)僅在通過PKA、MAPK或CaMK磷酸化后才起轉錄激活作用。研究表明，環(huán)磷酸腺苷(cAMP)、蛋白激酶A(PKA)、cAMP反應元件結合蛋白(CREB)及其相關信號通路的激活可以調節(jié)長期突觸可塑性，以調節(jié)記憶體存儲和檢索[13]。CREB磷酸化可介導樹突棘的形態(tài)可塑性，這也是長時程增強(LTP)的解剖基礎[3]。長時程增強(LTP)兩個神經元之間信號傳輸中的一種持久的增強現象，可同步的刺激兩個神經元，是中樞敏感化和痛覺過敏的神經基礎。中樞神經的突觸可塑性變化與神經病理性疼痛的長時維持密切相關，CREB介導的許多基因表達均與外周刺激引起的脊髓神經元突觸可塑性中發(fā)揮極大作用。突觸功能可在神經回路的信息流中產生特定的變化[13]，突觸的可塑性受損可引起疼痛抑制不良，進而產生長期的神經性疼痛[4]。

5 脊髓CREB途徑參與了癌癥疼痛[16-17]

研究已表明骨癌的疼痛與其他疼痛狀態(tài)不同，如神經性痛或者炎性疼痛[15]，它的疼痛特征在于異常性疼痛、痛覺過敏和自發(fā)性疼痛的存在[18]。PKA是存在于神經元中的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，正常和病理狀態(tài)下提高細胞內cAMP水平可激活，PKA的激活繼而調節(jié)中樞性傷害感受神經元中p-CREB。研究發(fā)現PKA途徑在調節(jié)急性或慢性毒性刺激的神經元興奮性中起重要作用[19-20]。Xiao-Mei Shao等人成功建立了使用Walker 256細胞的大鼠癌癥疼痛模型，通過鞘內注射觀察脊髓水平藥物效果，結果顯示可顯著誘導機械異常性疼痛以及脊髓PKAca和p-CREB蛋白水平的上調。這些結果表明脊髓PKA/CREB信號通路可能參與骨癌的發(fā)展[21]。但是僅僅阻斷PKA-CREB通路并不能完全闡明骨癌疼痛的發(fā)生機制，其他信號通路也有可能參與了骨癌的發(fā)生機制，一些腫瘤相關因子如白介素、腫瘤壞死因子、內皮素等均可使初級感覺神經元興奮性增高，通過G蛋白偶聯受體對cAMP進行調節(jié)，進而調節(jié)PKA活性、CREB發(fā)生磷酸化。另外細胞內Ca2+濃度的改變也可使鈣依賴的蛋白激酶活性增高使CREB發(fā)生磷酸化。一些生長因子類受體的激活引起MAPA的激活，磷酸化的ERK促使CREB發(fā)生磷酸化。當鞘內給藥H-89(PKA的抑制劑)可減輕骨癌相關的機械異常性疼痛以及PKAca和p-CREB水平的上調，因此PKA/CREB途徑加劇了骨癌患者的異常疼痛，這將為骨癌的鎮(zhèn)痛提供了一個新的新的鎮(zhèn)痛靶點。

6 展望

綜上所述，CREB通路參與了病理性痛信號轉導過程，如慢性縮窄損傷(CCI)疼痛[7]、癌癥疼痛[16]、切割疼痛[22]、脊神經結扎(SNL)疼痛[3]、嗎啡誘導的痛敏[23]、完全弗氏佐劑所致炎性疼痛[24]等。且P-CREB在切割疼痛中起到了獨特的作用，即同側脊髓背角P-CREB增強，對側脊髓背角基本沒有變化[22]。同時有研究表明，多種促炎癥因子也可以誘導CREB的磷酸化，如白介素17-A(IL-17A)、白介素1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子(TNF-α)可促使脊髓P-CREB表達升高[3,25,26]，CREB的磷酸化對疼痛的形成和疼痛的長時程維持密切相關。通過對CREB在病理性痛覺機制的研究，為尋找阻斷疼痛傳導的新的分子靶點，具有重要的臨床指導作用。

[1] Shao XM,Sun J,Jiang YL，et al.Inhibition of the cAMP/PKA/CREB Pathway Contributes to the Analgesic Effects of Electroacupuncture in the Anterior Cingulate Cortex in a Rat Pain Memory Model[J].Neural Plast,2016:532-641.

[2] Alvarado S,Tajerian M,Suderman M，et al.An Epigenetic Hypothesis for the Genomic Memory of Pain[J].Front Cell Neurosci,2015:88.

[3] 翁澤林.白介素17A通過脊髓神經元CaMKⅱ/CREB信號通路致神經病理性疼痛的機制研究[D].華中科技大學,2014:91.

[4] Ho YC,Cheng JK,Chiou LC. Impairment of Adenylyl Cyclase-Mediated Glutamatergic Synaptic Plasticity in the Periaqueductal Grey in a Rat Model of Neuropathic Pain[J].J Physiol,2015,13:2955-2973.

[5] 劉先嶺,智明明,王靜靜，等. CCR2可能通過cAMP-PKA信號通路參與大鼠炎性疼痛[J].中國疼痛醫(yī)學雜志,2016,06:422-427.

[6] 頓玲露. 基于CaMKII/CREB信號通路探討氧化苦參堿對神經病理性疼痛的鎮(zhèn)痛作用[D].寧夏醫(yī)科大學,2014:61.

[7] 徐良,裘濤,張麗娟，等. 慢性壓迫損傷性神經病理性疼痛大鼠模型中脊髓背角Erk、Creb、Bdnf表達的變化[J].浙江醫(yī)學,2016,16:1341-1344.

[8] Messersmith DJ,Kim DJ,Iadarola MJ. Transcription Factor Regulation of Prodynorphin Gene Expression Following Rat Hindpaw Inflammation[J].Brain Res Mol Brain Res,1998,1-2:260-269.

[9] Ma Y,Wang S,Tian Y，et al. Disruption of Persistent Nociceptive Behavior in Rats with Learning Impairment[J].Plos One,2013,9:e74533.

[10] Shin NY,Kang DH,Jang JH，et al. Impaired Recognition of Social Emotion in Patients with Complex Regional Pain Syndrome[J].J Pain,2013,11:1304-1309.

[11] Miguez G,Laborda MA, Miller RR. Classical Conditioning and Pain: Conditioned Analgesia and Hyperalgesia[J].Acta Psychol (Amst),2014,10-20.

[12] Tajerian M,Leu D,Zou Y，et al. Brain Neuroplastic Changes Accompany Anxiety and Memory Deficits in a Model of Complex Regional Pain Syndrome[J].Anesthesiology,2014,4:852-865.

[13] Kandel ER. The Molecular Biology of Memory:CAMP,PKA,CRE,CREB-1,CREB-2,and CPEB[J].Mol Brain,2012:14.

[14] Hang LH,Yang JP,Shao DH，et al. Involvement of Spinal PKA/CREB Signaling Pathway in the Development of Bone Cancer Pain[J].Pharmacol Rep,2013,3:710-716.

[15] Wu W,Yu X,Luo XP，et al. Tetramethylpyrazine Protects Against Scopolamine-Induced Memory Impairments in Rats by Reversing the cAMP/PKA/CREB Pathway[J].Behav Brain Res,2013:212-216.

[16] 賀端端, 郭向陽. CAMP-PKA信號通路介導大鼠骨癌痛的產生和維持[J].中國疼痛醫(yī)學雜志,2015,01:10-14.

[17] 王楓, 李萌, 魏金榮，等. 大鼠初級感覺神經元內Pka/Creb通路在骨癌痛中的作用[J].江蘇大學學報(醫(yī)學版),2015,02:114-118.

[18] Zhang Y,Meng X,Li A，et al. Electroacupuncture Alleviates Affective Pain in an Inflammatory Pain Rat Model[J].Eur J Pain,2012,2:170-181.

[19] Chen T,Koga K,Descalzi G，et al. Postsynaptic Potentiation of Corticospinal Projecting Neurons in the Anterior Cingulate Cortex After Nerve Injury[J].Mol Pain,2014:33.

[20] Cao H,Ren WH,Zhu MY，et al. Activation of Glycine Site and GluN2B Subunit of NMDA Receptors is Necessary for ERK/CREB Signaling Cascade in Rostral Anterior Cingulate Cortex in Rats: Implications for Affective Pain[J].Neurosci Bull,2012,1:77-87.

[21] Hang LH,Yang JP,Shao DH，et al. Involvement of Spinal PKA/CREB Signaling Pathway in the Development of Bone Cancer Pain[J].Pharmacol Rep,2013,3:710-716.

[22] 崔宇龍, 徐軍美, 戴茹萍，等. P-CREB在切割疼痛大鼠脊髓背角的變化[J]. 中南大學學報(醫(yī)學版),2010,08:833-839.

[23] Wang Z,Ma W,Chabot JG，et al. Calcitonin Gene-Related Peptide as a Regulator of Neuronal CaMKII-CREB, Microglial p38-NFkappaB and Astroglial ERK-Stat1/3 Cascades Mediating the Development of Tolerance to Morphine-Induced Analgesia[J].Pain,2010,1:194-205.

[24] 李花,曹文宇,徐楊，等. 炎性疼痛致大鼠海馬Creb結合蛋白的表達變化[J].中國臨床解剖學雜志,2011,05:546-549.

[25] Kawasaki Y,Zhang L,Cheng JK，et al.Cytokine Mechanisms of Central Sensitization: Distinct and Overlapping Role of Interleukin-1beta, Interleukin-6, and Tumor Necrosis Factor-Alpha in Regulating Synaptic and Neuronal Activity in the Superficial Spinal Cord[J].J Neurosci,2008,20:5189-5194.

[26] Schiller M,Bohm M,Dennler S，et al.Mitogen- and Stress-Activated Protein Kinase 1 is Critical for Interleukin-1-Induced,CREB-mediated,C-Fos Gene Expression in Keratinocytes[J].Oncogene,2006,32:4449-4457.

山東省自然科學基金聯合專項(ZR2015HL041)，山東省醫(yī)藥衛(wèi)生科技發(fā)展計劃(2014WS0506)，泰山醫(yī)學院高層次培育課題(2016GCC02)。

喬福珍(1991—)，女，山東泰安人，2015級碩士研究生。

牛敬忠(1962—)，男，教授，碩士研究生導師。

R741

A

1004-7115(2017)10-1198-04

10.3969/j.issn.1004-7115.2017.10.046

2017-07-22)