酸敏感離子通道在偏頭痛中的作用研究進展

安雪晶，沈燕

(天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院針灸研究所 國家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心 天津市針灸學(xué)重點實驗室，天津 300381)

偏頭痛是一種偏側(cè)的原發(fā)性神經(jīng)血管性頭痛疾病，臨床主要表現(xiàn)為急性中重度、搏動樣頭痛，持續(xù)時間4～72 h，可伴隨惡心、嘔吐等癥狀[1]。偏頭痛多于兒童期和青春期起病，中青年期達發(fā)病高峰，約60%的偏頭痛患者有家族史[2]。女性偏頭痛的發(fā)病率是男性的2～3倍，且多發(fā)于育齡期女性[3]。全球疾病負(fù)擔(dān)研究顯示，2017年全球約12.5億人患偏頭痛[4]。此外，偏頭痛也是15～49歲人群致殘的首要原因[5]。目前全球偏頭痛患者的直接治療費用和間接經(jīng)濟損失(生產(chǎn)力損失)約為每年1 533美元，一旦患者出現(xiàn)慢性偏頭痛，預(yù)計這一費用將增加至每年4 144美元[6]。研究發(fā)現(xiàn)，有兆偏頭痛患者發(fā)生腦梗死的風(fēng)險會增加約2.27倍，而無兆偏頭痛患者發(fā)生腦梗死的風(fēng)險會增加約1.83倍[7-8]。因此，明確偏頭痛的發(fā)病機制非常必要。近年研究發(fā)現(xiàn)，酸敏感離子通道(acid-sensing ion channels，ASICs)在中樞敏化性疼痛中具有重要作用，其抑制劑可降低偏頭痛的發(fā)生率[9]。因此，研究ASICs與偏頭痛的關(guān)系可以為偏頭痛的預(yù)防性治療提供新的選擇?，F(xiàn)就ASICs在偏頭痛中的作用研究進展予以綜述。

1 ASICs的結(jié)構(gòu)及特性

ASICs是一類由配體細(xì)胞膜外質(zhì)子激活的配體門控陽離子通道，屬于細(xì)胞上皮鈉離子通道/退化蛋白超家族成員[10]。ASICs由4個相同或不同的亞基構(gòu)成，即ASIC1～4，除ASIC4亞基外，其他亞基對酸堿度均具有強烈的敏感性[11]。ASICs對于二價陽離子具有較強的通透性，其中鈣離子可通過與ASIC3直接結(jié)合抑制ASIC3的基因表達[12]。有研究表明，阿米洛利的孔隙阻塞位點[13]以及潛在位點diminazene[14]和美金剛[15]也位于通道孔內(nèi)，且靠近通道的選擇性過濾器。目前在嚙齒類動物中已發(fā)現(xiàn)4種編碼ASICs的基因，即ACCN1～4，共有6種ASICs亞基蛋白被成功克隆，分別為ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3和特異體ASIC4[16]。這些蛋白可以組成任意的同聚體或異聚體通道，并表現(xiàn)出不同的電流敏感特性，使ASICs電流可以選擇性通過[8]。其中，ASIC1a、ASIC2a、ASIC2b和ASIC4廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，而ASIC3少量分布于三叉神經(jīng)元[11]，此外，ASIC3在三叉神經(jīng)脊束尾核中也有表達[17]。有研究發(fā)現(xiàn)，在酸誘導(dǎo)的三叉神經(jīng)傷害感受通路中，ASIC1a和ASIC3信使RNA或蛋白的表達水平升高[18]，提示ASICs可能與三叉神經(jīng)痛有關(guān)。ASICs亞型大多表達于初級神經(jīng)元，對皮膚的痛溫覺和機械反應(yīng)具有重要作用[19]。

2 ASICs與偏頭痛

ASIC1廣泛表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，因此慢性偏頭痛中關(guān)于ASICs表達的研究均圍繞ASIC1進行。研究發(fā)現(xiàn)，ASIC3在慢性偏頭痛大鼠三叉神經(jīng)脊束尾核顯著表達，且ASIC3抑制劑APETx2可通過降低觸覺敏感性下調(diào)C-Fos、降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene related peptide，CGRP)和受體活性修飾蛋白1的表達[17，20]。另有研究顯示，增加大鼠牙痛程度，大鼠牙周ASIC3的表達也隨之上調(diào)，這為ASIC3參與三叉神經(jīng)痛提供了新證據(jù)[21]。除ASIC3外，ASIC2a和ASIC1也顯著表達于支配大鼠口面部區(qū)域的三叉神經(jīng)元[22]。由此可見，ASICs與偏頭痛密切相關(guān)。

2.1外周組織pH值 ASICs脫敏是ASIC1a在酸性環(huán)境中退化的過程。當(dāng)ASICs的pH值為7.4～7.0時，脫敏處于抑制狀態(tài)，當(dāng)pH值<6.0時，ASICs脫敏即可被激活[23]。在各種疼痛狀況中均會發(fā)生組織酸中毒，而ASIC3在不同疼痛以及酸性環(huán)境下均發(fā)揮關(guān)鍵作用[24]。ASIC3大量存在于三叉神經(jīng)節(jié)和三叉神經(jīng)脊束核，且對輕微的酸堿度降低較敏感，因此，三叉神經(jīng)節(jié)中的ASIC3可能因酸性環(huán)境的影響而參與偏頭痛的發(fā)病機制[20]。有研究發(fā)現(xiàn)，慢性間歇性服用酸性溶液可導(dǎo)致硬腦膜經(jīng)酸誘導(dǎo)的C57小鼠產(chǎn)生三叉神經(jīng)痛，而這一現(xiàn)象可能是模擬了偏頭痛發(fā)生的機制[18]。同時，低pH值還可引起組織酸化，進一步導(dǎo)致機體炎癥反應(yīng)發(fā)生。機體長期處于高度炎癥、缺血或缺氧狀態(tài)，可產(chǎn)生花生四烯酸、乳酸、緩激肽及一氧化氮代謝產(chǎn)物等，而這些產(chǎn)物可調(diào)節(jié)ASIC1a的活性[25]。

2.2炎癥產(chǎn)物 既往研究發(fā)現(xiàn)，5-羥色胺(5-hydroxy-tryptamine，5-HT)有許多不同的受體，5-HT通過與不同受體結(jié)合，在腦干內(nèi)源性痛覺調(diào)制系統(tǒng)中發(fā)揮不同的作用，并參與偏頭痛的發(fā)病過程[26]。在ASIC3通道中有一個非質(zhì)子配體感應(yīng)區(qū)域，在該區(qū)域中，5-HT可增強并持續(xù)ASIC3的電流[27]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在不同大小的背根神經(jīng)元中，5-HT3與ASIC3共定位；5-HT3激活可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鈣增加，而這種鈣離子增加可以被ASIC3阻斷劑抑制，也可被5-HT3拮抗劑逆轉(zhuǎn)[28]。由此可見，5-HT3與ASIC3間的串?dāng)_可通過介導(dǎo)衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞激活引發(fā)鏡像疼痛，而這種鏡像疼痛不僅可被5-HT3拮抗劑緩解，也可被ASIC3阻滯劑逆轉(zhuǎn)。

氯化鉀可使大鼠大腦皮質(zhì)發(fā)生皮質(zhì)擴散抑制(cortical spreading depression，CSD)，導(dǎo)致大腦皮質(zhì)和三叉神經(jīng)節(jié)中氧化應(yīng)激反應(yīng)及活性氧的產(chǎn)生，而活性氧可激活三叉神經(jīng)的傷害感受器，導(dǎo)致CGRP在三叉神經(jīng)末梢大量釋放，從而對三叉神經(jīng)節(jié)產(chǎn)生敏化作用[29-31]。此外，CSD還可增加大腦皮質(zhì)中CGRP的表達[32]。有報道顯示，CGRP對CSD具有調(diào)節(jié)作用[33-34]。有研究表明，抑制CGRP及其受體的表達不僅可預(yù)防慢性和發(fā)作性偏頭痛[35-36]，還可抑制皮質(zhì)對CSD的易感性[34，37]。因此，CGRP信號在調(diào)節(jié)皮質(zhì)對CSD的易感性中起關(guān)鍵作用。另有文獻報道，CGRP拮抗劑可抑制CSD，表明CGRP受體激活不僅對血管部位CSD的產(chǎn)生和維持具有重要作用，在中樞神經(jīng)元中也發(fā)揮了重要作用[38]。當(dāng)ASIC3介導(dǎo)硬腦膜在酸性細(xì)胞外環(huán)境中受到刺激性傷害后，三叉神經(jīng)元即釋放大量的CGRP[39]。用ASIC3抑制劑APETx2處理復(fù)發(fā)性偏頭痛模型大鼠后，大鼠神經(jīng)元去極化減弱、三叉神經(jīng)脊束核中CGRP水平降低；當(dāng)給予ASIC3非特異性激動劑2-胍-4甲基喹唑啉鹽酸鹽時，大鼠疼痛感覺降低、CGRP表達上調(diào)，表明ASIC3具有調(diào)節(jié)CGRP釋放的作用[20]。

綜上，5-HT和CGRP均與偏頭痛的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，同時也與ASIC3緊密關(guān)聯(lián)。由此推測，ASIC3激活可導(dǎo)致5-HT水平降低，從而導(dǎo)致偏頭痛的發(fā)生；ASIC3激活還可增加CGRP釋放，而CGRP可通過調(diào)節(jié)CSD引發(fā)偏頭痛。

2.3下丘腦 下丘腦是神經(jīng)系統(tǒng)的中心，慢性偏頭痛患者下丘腦-結(jié)節(jié)漏斗系統(tǒng)(催乳素、生長激素)、下丘腦-垂體-腎上腺軸(皮質(zhì)醇)和松果體(褪黑激素)的血清激素水平均會發(fā)生改變[19]。有研究者使用核磁功能影像掃描偏頭痛患者頭部發(fā)現(xiàn)，下丘腦對三叉神經(jīng)有害刺激的反應(yīng)以及下丘腦與三叉神經(jīng)尾核和背側(cè)腦橋的耦合均發(fā)生改變，且這些變化在偏頭痛發(fā)生前24 h內(nèi)最顯著[40-41]。偏頭痛的常見誘發(fā)因素包括壓力、睡眠不足、劇烈運動、飲食不規(guī)律、激素改變等，而這些因素均可能對下丘腦產(chǎn)生影響，且在偏頭痛的早期即可改變下丘腦的功能[42]。既往研究表明，ASIC3表達于整個下丘腦[43]，且在培養(yǎng)的下丘腦神經(jīng)元中也證實存在ASIC1和ASIC3樣電流[44]。另有研究發(fā)現(xiàn)，ASIC1a表達于下丘腦外側(cè)的食欲素神經(jīng)元，而食欲素類藥物可治療偏頭痛[19]。短暫的下丘腦功能障礙會影響胰島素、胰高血糖素和瘦素對三叉神經(jīng)痛覺輸入的傳遞，而偏頭痛與代謝穩(wěn)態(tài)受損間可能存在某種潛在的神經(jīng)生物學(xué)聯(lián)系[45]。

2.4CSD 偏頭痛先兆的電生理與CSD相關(guān)，CSD由皮質(zhì)神經(jīng)元興奮波組成，而CSD過程可導(dǎo)致離子通量、神經(jīng)遞質(zhì)釋放以及腦血流量和氧合水平發(fā)生變化[46-47]。CSD還可引起皮質(zhì)血流以及三叉神經(jīng)尾核內(nèi)的神經(jīng)元活動，因此ASICs可能參與了CSD過程。有研究表明，ASICs阻滯劑可抑制CSD的產(chǎn)生，而CSD在皮質(zhì)區(qū)域的傳播也會受到CSD區(qū)域低pH值的影響[19]。大腦能量缺乏或氧化應(yīng)激反應(yīng)增加均會降低CSD的閾值，從而激活A(yù)SICs，刺激CGRP大量釋放，而CGRP在誘發(fā)偏頭痛的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[48]。ASIC3在三叉神經(jīng)節(jié)和三叉神經(jīng)脊束核中大量存在，而且對輕微酸堿度降低極其敏感，其可能因受酸性環(huán)境的影響而參與偏頭痛的發(fā)病機制[20]。目前的研究表明，誘發(fā)偏頭痛的三叉神經(jīng)血管系統(tǒng)由CSD觸發(fā)[49]，ASIC3可能通過觸發(fā)CSD進一步誘導(dǎo)偏頭痛。鹽酸氟桂利嗪作為鈣離子拮抗劑可通過抑制CSD的產(chǎn)生達到預(yù)防偏頭痛的目的[50-51]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，ASIC1a可介導(dǎo)由酸化引起的鈣離子濃度的增加[52]。提示，鹽酸氟桂利嗪可以通過降低鈣離子的濃度而阻滯ASIC1a通道的激活，從而進一步抑制CSD的產(chǎn)生。

2.5其他影響因素 偏頭痛的誘發(fā)因素較多，其中缺氧可增加大腦能量需求，降低偏頭痛發(fā)作的閾值[53]。磁共振波譜研究表明，有氧能量代謝缺陷可增加偏頭痛患者對誘發(fā)因素的易感性，患者會因缺氧引發(fā)偏頭痛，而缺氧患者血清中的乳酸水平也會顯著升高[19]。由于缺乏第二信使，乳酸不能直接激活A(yù)SIC1a，但其可通過螯合作用與細(xì)胞內(nèi)超載的鈣離子、鎂離子等二價陽離子形成螯合物，從而增強ASICs的電流[54]。因此，ASICs可通過參與鈣離子對乳酸的反應(yīng)介導(dǎo)CSD以及其他可能的偏頭痛機制。既往研究指出，偏頭痛應(yīng)被視為一種由線粒體功能障礙導(dǎo)致的能量缺乏綜合征[48]。線粒體的膜電位在維持線粒體穩(wěn)態(tài)、保證能量代謝中起關(guān)鍵作用，此外，線粒體還擁有一系列鈣轉(zhuǎn)運通道，通過調(diào)節(jié)鈣內(nèi)流與外流防止細(xì)胞內(nèi)鈣離子穩(wěn)態(tài)失衡[55]。研究發(fā)現(xiàn)，ASIC1a不僅可阻斷胞質(zhì)信號，還可阻斷線粒體鈉離子和鈣離子信號，表明ASIC1a在控制線粒體膜電位方面發(fā)揮作用，其對線粒體代謝活動具有生理意義[56]。因此，ASIC1a可能通過控制線粒體膜電位影響偏頭痛的發(fā)生。

3 以 ASICs為靶點的偏頭痛預(yù)防性治療

目前用于偏頭痛患者科學(xué)預(yù)防和有效治療的藥物主要包括β受體阻滯劑、抗癲癇劑、抗抑郁劑以及非甾體抗炎藥等。由于托吡酯等偏頭痛一線治療藥物療效不佳且均存在不良反應(yīng)，其臨床應(yīng)用受限。因此，亟須尋找新的偏頭痛預(yù)防性治療藥物。研究顯示，ASIC3阻滯劑APETx2可抑制由硝酸甘油誘導(dǎo)的急慢性偏頭痛[57]。此外，催乳素可增強ASICs電流活性，在痛覺過敏反應(yīng)中作用顯著[58]。舒馬曲坦是一種5-HT受體激動劑，其可抑制大鼠三叉神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元ASICs的電生理活動[59]。由于Galcanezumab可通過抑制CGRP通路的形成靶向三叉神經(jīng)疼痛系統(tǒng)，因此2018年9月被美國批準(zhǔn)作為預(yù)防偏頭痛的藥物[60]。作為ASICs阻滯劑，Diminazine也可抑制慢性炎癥性疼痛模型的痛覺過敏活性[61]。

此外，傳統(tǒng)中藥提取物也可抑制ASICs活性。如葛根素可抑制海馬神經(jīng)元ASIC1a同聚體電流；而人參皂苷可下調(diào)ASIC1a亞基的表達；芍藥苷是中藥白芍根的有效成分，可阻止PC12細(xì)胞系的ASIC1a電流；槲皮素則可導(dǎo)致ASICs在短時間內(nèi)失活；川芎嗪、白藜蘆醇、槐果堿等也均可抑制ASIC1a電流[62]。

針灸具有悠久的歷史，明代《針灸聚英》中記載：“無病而先針灸曰逆。逆，未至而迎之也”。因此，可將針灸與治未病思想相結(jié)合，形成一種獨特的治療方法，以調(diào)節(jié)人體自身潛能、調(diào)動機體自身的免疫力。Zhao等[63]應(yīng)用電針治療偏頭痛大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大鼠CGRP水平正?；c其行為改善相一致。王乾娜[64]研究發(fā)現(xiàn)，用電針刺激偏頭痛發(fā)作期模型大鼠少陽經(jīng)腧穴后，其血液CGRP水平顯著降低。另有研究利用電針刺激硝酸甘油型偏頭痛模型大鼠少陽經(jīng)穴觀察預(yù)防性治療的療效，治療8 d后發(fā)現(xiàn)，模型大鼠體內(nèi)CGRP水平顯著降低[65]。周倩文[66]研究發(fā)現(xiàn)，針刺可導(dǎo)致偏頭痛模型大鼠血清5-HT水平升高、CGRP水平降低。以上研究表明，針刺可通過調(diào)節(jié)炎癥物質(zhì)的釋放抑制ASICs激活，從而達到預(yù)防性治療偏頭痛的目的。

4 小 結(jié)

雖然目前關(guān)于ASICs與偏頭痛發(fā)病機制的研究已取得一定進展，但仍存在一些問題需要解決：①ASIC1a在下丘腦外側(cè)的食欲素神經(jīng)元中表達[19]，而食欲素類的藥物被用于研究治療偏頭痛，因此ASICs是否會通過下丘腦在偏頭痛的發(fā)生過程中起一定作用還需進一步研究驗證；②ASICs在偏頭痛發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，但其促進偏頭痛產(chǎn)生的具體作用機制目前仍未明確；③藥物療法由于無法避免不良反應(yīng)，因此患者依從性差，而心理治療和物理療法僅能起一定輔助作用。針刺療法因安全性高、不良反應(yīng)少且療效顯著，在偏頭痛預(yù)防治療中越來越受到關(guān)注，未來是否可以通過針刺預(yù)處理不同的腧穴抑制ASICs的激活，從而達到預(yù)防性治療偏頭痛的目的，仍需進一步研究明確。