偏頭痛發(fā)病機制中信號傳導(dǎo)通路相關(guān)研究進展

翟慶齡， 董曉夢， 謝丹娜， 王凱新綜述， 陳金波審校

偏頭痛是常見的原發(fā)性頭痛性疾病，是目前世界上第三大流行疾病，第二大致殘性神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1]。然而，近幾年國內(nèi)外對偏頭痛發(fā)病機制和治療藥物研究并沒有顯著進展。50%左右的患者對偏頭痛癥狀復(fù)發(fā)的治療并不滿意。偏頭痛發(fā)病機制非常復(fù)雜，也存在很多爭議。它最初定義為由三叉神經(jīng)控制的血管異常舒張而引起的血管疾病。隨之皮質(zhì)擴散抑制(cerebral spreading depression,CSD)學(xué)說、三叉神經(jīng)血管反射學(xué)說、離子通道和遺傳等學(xué)說相繼問世[2]。目前認為偏頭痛先兆與CSD相關(guān)，而偏頭痛與三叉神經(jīng)血管系統(tǒng)的激活相關(guān)[3]。三叉神經(jīng)一級神經(jīng)元位于三叉神經(jīng)節(jié)內(nèi)，軸突感受器將來自硬腦膜、三叉神經(jīng)周圍血管傷害性信號感覺傳遞，它的中央測止于三叉神經(jīng)脊束尾核(trigeminal nucleus caudalis,TNC)，TNC的二級神經(jīng)元上升投射止于腦干、下丘腦，丘腦核區(qū)域處理來自三叉神經(jīng)血管系統(tǒng)的感覺信號，構(gòu)成典型偏頭痛的病理機制。在血管功能的級聯(lián)反應(yīng)中，二級神經(jīng)元也參與了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，特別是降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)，CGRP與血管上受體結(jié)合后，使腦膜和皮質(zhì)的血管擴張和血流增加，這兩者都會進一步激活血管和腦膜痛覺感受器，導(dǎo)致偏頭痛。

1 偏頭痛發(fā)病機制中信號傳導(dǎo)通路

神經(jīng)元穩(wěn)態(tài)的分子信號傳導(dǎo)通路在偏頭痛發(fā)病機制中受到高度調(diào)控。在人體偏頭痛和偏頭痛實驗動物模型中，許多信號傳導(dǎo)通路被異常激活或抑制。異常的信號傳導(dǎo)通路不益于機體自我更新、增殖、生存和分化，因此導(dǎo)致疾病狀態(tài)。信號傳導(dǎo)通路是由外在和內(nèi)在的分子信號和調(diào)控元件組成，不是單一線性，而是相互交織成信號網(wǎng)絡(luò)，促進通路間的交聯(lián)反應(yīng)。因此，本文強調(diào)信號傳導(dǎo)通路級聯(lián)反應(yīng)在偏頭痛發(fā)病機制中的作用，并介紹小膠質(zhì)細胞炎癥因子的激活對這些通路的影響與作用。

1.1 MAPK通路 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen actived protein kinase,MAPKs)由c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-terminal kinase,JNK)、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)組成，將來自脂多糖和促炎因子等細胞外的刺激轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄活化[4]。MAPK信號傳導(dǎo)通路可以被不同刺激激活，其上游包括促炎因子腫瘤壞死因子-α(tumornecrosis factorα,TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、P物質(zhì)(substance P,SP)和炎癥蛋白誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible Nitric Oxide,iNOS)、環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、離子鈣接頭蛋白分子1(ionizedcalciumbindingadapter1,Iba-1)以及如氧化、基因毒性等病理刺激。MAPK的磷酸化狀態(tài)使促炎細胞因子及其他疼痛介質(zhì)含量增加，從而誘導(dǎo)、維持甚至惡化神經(jīng)性疼痛的狀態(tài)[5]。其通過非轉(zhuǎn)錄處理和增加基因轉(zhuǎn)錄激活下游信號傳導(dǎo)通路，產(chǎn)生短期的功能變化和長期的適應(yīng)性變化。例如，磷酸化的ERK易位到細胞核，核因子E2相關(guān)因子2(NF-E2-relatedfactor2,Nrf2)，調(diào)控血紅素氧合酶-1(hemeoxygenase-1,HO-1)的表達，達到抗氧化和抗炎癥作用[6]。激活的ERK可以誘導(dǎo)核糖體S6蛋白激酶(ribosomals6kinase,RSK)的激活，使絲氨酸133位點上的轉(zhuǎn)錄因子環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB)磷酸化，隨之結(jié)合到DNA啟動子區(qū)域啟動基因轉(zhuǎn)錄。MAPK信號在偏頭痛發(fā)病機制的作用已經(jīng)在硝酸甘油(nitroglycerin,NTG)誘導(dǎo)的動物模型中得到證實。Lai等[7]認為鉤藤堿的抗偏頭痛作用是通過抑制由NTG激活MAPK/核因子-κB(Nuclear factor-κB,NF-κB)完成。在電刺激上矢狀竇的偏頭痛大鼠模型中，研究人員發(fā)現(xiàn)緩慢給予帕羅西汀抑制了TNC中p38MAPK的激活[8]，從而起到緩解偏頭痛的作用。此外，在大鼠硬腦膜、三叉神經(jīng)節(jié)(trigeminal ganglion,TG)和TNC中，p-ERK是NTG誘導(dǎo)中樞敏化較好的標志物。一方面p-ERK增加受體可塑性，如α-氨基-3羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionate receptor,AMPA)、N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDA)。另一方面它能抑制Kv4.2鉀通道的活性，誘導(dǎo)和維持中樞敏化[9]。這些研究均表明，MAPK通路在偏頭痛的發(fā)生和維持中有著密切的關(guān)系。然而MAPK家族作用在不同腦區(qū)的作用不盡相同，ERK在成人的神經(jīng)元可塑性中發(fā)揮重要作用，而p38和JNK在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)變性方面發(fā)揮重要作用。Xia等[10]首次發(fā)現(xiàn)JNK-p38信號通路的在神經(jīng)元凋亡過程中是激活的，而ERK是抑制的；在有關(guān)突觸可塑性的研究中，ERK主要與調(diào)節(jié)長時程增強，而p38MAPK抑制劑并沒有影響長時程增強而主要抑制了長時程抑制。

1.2 cAMP/PKA/CREB分子通路 環(huán)磷酸腺苷(cyclicadenosine3’,5’-monophosphate,cAMP)是最常見的第二信使，由三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)通過腺苷環(huán)化酶生成，并被磷酸二酯酶(phospho diestcrase,PDEs)降解為5單位磷酸一腺苷(adenosine monopho sphate,AMP)。cAMP下游為蛋白激酶A(proteinkinaseA，PKA)，由兩個調(diào)節(jié)亞基(PKA-r)和兩個催化亞基(PKA-c)組成。據(jù)報道，cAMP-PKA信號傳導(dǎo)通路主要參與免疫反應(yīng)、細胞代謝、突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的合成和突觸可塑性等神經(jīng)活動，而慢性疼痛包括偏頭痛的主要發(fā)病機制與這些神經(jīng)活動密切相關(guān)[11]?；罨腜KA不僅可以激活關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄輔助因子CREB磷酸化，引起下游信號變化，而且還會激活離子通道、活化細胞驅(qū)動蛋白以及調(diào)節(jié)代謝酶活性。諸如此類的磷酸化過程交織cAMP/PKA/CREB信號傳導(dǎo)通路與其他信號級聯(lián)反應(yīng)，形成復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)，并提供多個反饋回路而進一步調(diào)節(jié)cAMP活性[12]。cAMP/PKA/CREB通路在神經(jīng)系統(tǒng)突觸可塑性的誘導(dǎo)和維持中起著至關(guān)重要的作用。有研究表明cAMP/PKA/CREB通路參與炎性疼痛、神經(jīng)性疼痛和骨癌疼痛。在偏頭痛動物實驗中，cAMP/PKA/CREB信號激活，且在偏頭痛患者發(fā)作期間血漿cAMP和CGRP水平升高[13]。周期性AMP水平升高會激活三叉神經(jīng)，增強中樞敏化。西洛他唑是一種選擇性磷酸二酯酶3(phosphodiesterase3,PDE3)抑制劑，因抑制PDE水解cAMP過程增加細胞內(nèi)cAMP水平，誘發(fā)偏頭痛樣發(fā)作[14]。同樣，在測試偏頭痛痛閾行為實驗中，PKA抑制劑組機械痛痛閾較空白組顯著提高，該實驗進一步證明PKA抑制劑減輕偏頭痛的痛覺敏感是通過抑制cAMP/PKA/CREB信號傳導(dǎo)通路[15]。還有實驗證明不同的PKA抑制劑，如H-89和PKI(14-22)均可阻斷CGRP釋放，從而抑制疼痛敏化[16]。這些數(shù)據(jù)均表明，cAMP/PKA/CREB通路為引發(fā)頭痛和偏頭痛提供了有趣的探索，值得未來關(guān)注。

1.3 NF-κB通路 NF-κB在編碼神經(jīng)炎癥和免疫反應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在非活性狀態(tài)，NF-κB通過與NF-κB抑制蛋白-α(I-κBα)結(jié)合而被隔離在細胞質(zhì)內(nèi)。一旦IκBα磷酸化降解，隨即釋放NF-κB進入細胞核，啟動基因表達。未活化狀態(tài)時，NF-κB位于細胞質(zhì)內(nèi)，特定的刺激下其p65亞基轉(zhuǎn)移到細胞核，啟動轉(zhuǎn)錄活動。各種研究均表明，NF-κB及其下游促炎細胞因子參與了偏頭痛。例如，在NTG觸發(fā)轉(zhuǎn)錄事件后，歐柑橘通過抑制NF-κB通路緩解偏頭痛[17]。在硬腦膜下注射NTG誘導(dǎo)的偏頭痛實驗中，NF-κB增加了iNOS的轉(zhuǎn)錄表達，導(dǎo)致偏頭痛。此外，在研究丙戊酸鈉(valproate,VPA)治療偏頭痛實驗中發(fā)現(xiàn)，VPA可能通過抑制NF-κB表達來緩解偏頭痛[18]。有學(xué)者認為NTG誘導(dǎo)的偏頭痛，實際上是啟動了NF-κB的活化過程，在此過程中，一氧化氮(NO)加速IκBα-NF-κB復(fù)合物的降解，NF-κB入核調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)的表達，如TNF-α、IL-1β和COX-2，從而參與偏頭痛病理生理過程[19]。

1.4 NO/sGC/cGMP通路 在過去的30 y中，許多研究證明NO與偏頭痛發(fā)病有關(guān)。一氧化氮一旦形成，就會與其高親和力受體可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(soluble guanylate cyclase，sGC)結(jié)合并活化。活化的sGC將三磷酸鳥苷(guanosinetriphosphate,GTP)轉(zhuǎn)化為第二信使-環(huán)鳥苷酸(Guanosine3’，5’-cyclicmonophosphate，cGMP)，其下游為cGMP依賴的蛋白激酶，也被稱為蛋白激酶G(protein kinase G,PKG)。有研究表明NO/sGC/cGMP通路的上調(diào)與偏頭痛有關(guān)。為了支持NO-sGC通路在偏頭痛中的作用，Manel Ben Aissa研究了新型sGC激動劑VL-102，增加cGMP產(chǎn)生并誘發(fā)偏頭痛相關(guān)痛覺過敏[20]。同樣的，sGC抑制劑ODQ，可有效減少慢性偏頭痛相關(guān)疼痛發(fā)生。cGMP由PDE5降解為GMP，PDE5抑制劑西地那非在偏頭痛患者能引起偏頭痛樣癥狀[21]。這些研究結(jié)果明顯深化了NO作為偏頭痛的標志性物質(zhì)的概念，并建立了非常有意義的偏頭痛NTG模型，其NO/sGC/cGMP信號傳導(dǎo)通路在偏頭痛啟動和維持疼痛中起到關(guān)鍵作用。

2 信號傳導(dǎo)通路之間的交互作用

如前所述，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑不是單一線型存在的。某些情況下，偏頭痛中會出現(xiàn)各種通路之間的交互作用。 Lai等[7]發(fā)現(xiàn)，鉤藤堿緩解偏頭痛是通過抑制MAPK/NF-κB通路發(fā)揮作用。MAPK和NF-κB信號傳導(dǎo)通路的協(xié)同作用有助于深入了解偏頭痛的發(fā)病機制。在CGRP和西地那非引起的偏頭痛發(fā)作中，cAMP與cGMP通路匯合共同誘導(dǎo)偏頭痛發(fā)作得到了證實[21]。在另一些實驗中，去除卵巢的雌性大鼠逆轉(zhuǎn)了NTG誘導(dǎo)的偏頭痛模型中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)、TrκB、p-CREB和p-ERK的升高[22]。相反，外界給予雌激素的普通雌鼠也能逆轉(zhuǎn)BDNF、TrκB、p-CREB和p-ERK的升高。BDNF/TrκB和ERK/CREB軸對于偏頭痛中雌激素信號的誘導(dǎo)或發(fā)展具有重要性[23]。

3 神經(jīng)元-膠質(zhì)細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

越來越多的證據(jù)表明，神經(jīng)元-膠質(zhì)細胞相互作用可能在偏頭痛病理生理學(xué)中發(fā)揮重要作用，如中樞敏化和外周敏化。被激活的小膠質(zhì)細胞可以通過趨化誘導(dǎo)作用與神經(jīng)元溝通并產(chǎn)生各種促炎細胞因子，其結(jié)果為進一步放大傷害性信號形成正反饋調(diào)節(jié)。

有研究表明，由小膠質(zhì)細胞分泌產(chǎn)生IL-18參與偏頭痛信號傳導(dǎo)通路[24]。在炎性湯(inflammatory soup,IS)反復(fù)硬腦膜剌激誘導(dǎo)的慢性偏頭痛模型中，活化的小膠質(zhì)細胞合成并釋放IL-18，可促進NF-κB磷酸化[25]?；罨腘F-κB增強維持偏頭痛中樞敏化的關(guān)鍵分子-BDNF的轉(zhuǎn)錄。反之，抑制IL-18產(chǎn)生顯著抑制NF-κB磷酸化的激活，進而減少了偏頭痛相關(guān)行為[26]。小膠質(zhì)細胞，還可合成釋放炎癥因子TNF-α，后者參與多種疾病的病理生理過程，如偏頭痛。TNF-α作用于(TLR4)激活MAPK家族成員(P38,ERK和JNK)信號傳導(dǎo)，還可誘導(dǎo)NF-κB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄[27]。Lalita Subedi[28]證實JNK/NF-κB/TNF-α信號傳導(dǎo)通路參與了偏頭痛的啟動過程。Long等[29]研究發(fā)現(xiàn)，慢性偏頭痛小鼠TNC中嘌呤能P2X4受體(purinergic P2X4 receptor,P2X4R)表達增強。大量證據(jù)表明P2X4Rs主要在小膠質(zhì)細胞中表達，與炎癥性疼痛、神經(jīng)性疼痛和偏頭痛有關(guān)?；罨腜2X4 Rs引起p38-MAPK磷酸化，激活MAPK下游信號。反之，P2X4R抑制劑5-BDBD可預(yù)防機械性痛覺過敏。因此推斷小膠質(zhì)細胞通過調(diào)節(jié)P2X4R表達激活參與偏頭痛信號傳導(dǎo)通路的激活。

另一方面，皮質(zhì)擴散性抑制(cortical spreading depression,CSD)是一種導(dǎo)致電活動長期抑制的現(xiàn)象[30]。此波傳播緩慢，與卒中、頭部創(chuàng)傷、偏頭痛和癲癇有關(guān)。神經(jīng)元-膠質(zhì)細胞的交聯(lián)在CSD的發(fā)生中發(fā)揮作用，小膠質(zhì)細胞表達電壓敏感的離子通道，包括Nav1.1、Kv1.3和Kv1.5，這些通道感知并參與CSD有關(guān)的電生理活動。

4 總結(jié)與展望

偏頭痛作為一種臨床常見疾病，對患者及其家庭、社會均造成很大影響。近年來對偏頭痛發(fā)病機制的詳細研究、偏頭痛靶向藥物治療研究較少，治療藥物有限。為此，我們綜述了近幾年國內(nèi)外對偏頭痛信號傳導(dǎo)通路機制的研究，涉及偏頭痛相關(guān)病理過程，如炎癥反應(yīng)、突觸重塑、中樞敏化等，為偏頭痛發(fā)病機制研究提供一定的理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)，對偏頭痛靶向治療藥物的研究提供一定方向。