p38MAPK信號(hào)通路與神經(jīng)病理性疼痛的脊髓中樞敏化關(guān)系研究進(jìn)展*

程艷彬，朱清廣，孔令軍，房敏，3△

1上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院，上海 200437；2上海市中醫(yī)藥研究院推拿研究所；3上海中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院

神經(jīng)病理性疼痛（neuropathic pain，NP）是一種外周或中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷或發(fā)生病變引發(fā)的疼痛。國際疼痛研究協(xié)會(huì)（IASP）對(duì)NP定義為“損傷或疾病影響到軀體感覺神經(jīng)系統(tǒng)所導(dǎo)致的疼痛”［1］。NP以痛覺過敏、痛覺超敏和自發(fā)性疼痛為主要特征，是臨床最為常見的一種疼痛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐洲約1/5的慢性疼痛患者為NP［2］，四肢、軀干以及內(nèi)臟組織都有可能產(chǎn)生NP［3］。隨著NP和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)P38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinase,p38MAPK)廣泛存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，對(duì)多種細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶具有磷酸化和激活作用，與NP有關(guān)的多條激酶反應(yīng)通路匯集于p38MAPK［4］。有研究表明，p38MAPK對(duì)NP過程中發(fā)生的中樞敏化有重要作用［5］。本課題組前期研究表明，推拿對(duì)模型大鼠背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglion，DRG）持續(xù)受壓（chronic compression of DRG，CCD）所導(dǎo)致的NP具有鎮(zhèn)痛效果，能降低CCD導(dǎo)致的C纖維介導(dǎo)的脊髓背角場電位長時(shí)程增強(qiáng)（long term potentiation，LTP），提示推拿能降低NP發(fā)生過程中的脊髓中樞敏化。據(jù)此，我們推測“推拿對(duì)LDH鎮(zhèn)痛機(jī)制可能是通過P38/MAPK通路抑制脊髓背角中樞敏化”?，F(xiàn)將近年來國內(nèi)外關(guān)于p38MAPK與NP過程中脊髓中樞敏化關(guān)系的研究作一綜述。

1 MAPK信號(hào)通路

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）是廣泛存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的一組高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是一類重要信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)，可將廣泛的細(xì)胞外刺激信號(hào)通過轉(zhuǎn)錄或非轉(zhuǎn)錄方式轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等生物學(xué)反應(yīng)［6］。激活MAPK的細(xì)胞外刺激信號(hào)較多，這類細(xì)胞外刺激信號(hào)包括：細(xì)胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子、激素等細(xì)胞外信號(hào)分子和紫外線照射、細(xì)胞應(yīng)力、神經(jīng)損傷、電刺激等脅迫條件［7］。當(dāng)細(xì)胞未受外界刺激時(shí)，MAPK信號(hào)通路處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)受到細(xì)胞外信號(hào)刺激時(shí)，在MAPK信號(hào)通路上游激酶作用下發(fā)生級(jí)聯(lián)磷酸化而激活；MAPK被激活后進(jìn)入細(xì)胞核，使一些轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，從而改變細(xì)胞基因的表達(dá)狀態(tài)［8］。

MAPK通過高度保守的三級(jí)激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)傳遞信號(hào)，即細(xì)胞外刺激通過某些環(huán)節(jié)使促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK）激活，進(jìn)而激活促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK），然后通過蘇氨酸和酪氨酸 雙 位 點(diǎn) 同 時(shí) 磷 酸 化 激 活MAPK［9-10］。MAPKKK、MAPKK、MAPK三者都具有11個(gè)保守的亞結(jié)構(gòu)域，在細(xì)胞信號(hào)傳遞過程中通過使亞結(jié)構(gòu)區(qū)域的氨基酸殘基磷酸化而被逐級(jí)激活［10］。MAPKKK是MAPK信號(hào)通路的第一個(gè)激酶，它是一個(gè)絲氨酸/蘇氨酸激酶，既可被MAPKKK激酶磷酸化激活，又可被Ras或Rho家族的小GTP結(jié)合蛋白相互作用而激活［7］；MAPKK是MAPK信號(hào)通路的第二個(gè)激酶，又稱為MEK（MAPK/ERK kinase），上游MAPKKK可通過對(duì)MAPKK高度保守的雙重磷酸化位點(diǎn)Sxxx S/T進(jìn)行磷酸化而實(shí)現(xiàn)對(duì)MAPKK的活化；MAPK是MAPK信號(hào)通路的最后一個(gè)激酶，又稱ERK（extracelluarregulated kinase），它的磷酸化位點(diǎn)是位于第Ⅶ與第Ⅷ亞結(jié)構(gòu)區(qū)域間的高度保守的TxY序列上的Thr和Tyr殘基，上游雙特異性蛋白激酶MAPKK通過對(duì)MAPK活性環(huán)內(nèi)的Thr和Tyr殘基的雙重磷酸化實(shí)現(xiàn)對(duì)MAPK的活化；激活的MAPK可通過磷酸化細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子、酶類等多種底物來調(diào)節(jié)包括疼痛形成、疼痛敏化在內(nèi)的多種病理生理過程［7，10］。MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)通路最具特征的通路有3條：應(yīng)激活化蛋白激酶通路（SAPK/JNK），對(duì)

白細(xì)胞介素1(interleukin-1，IL-1)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factorα，TNF-α)和熱反應(yīng)等反應(yīng)；細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶信號(hào)通路（Extracellular signal regulated protein kinase，ERK1/2），對(duì)生長因子受體、酷氨酸激酶受體等反應(yīng)；P38MAPK通路對(duì)IL-1、TNF-α和熱休克等反應(yīng)［11］。有研究表明，p38MAPK在神經(jīng)元可塑性和痛覺信息傳導(dǎo)、痛覺敏感化的形成與調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用［12］。

2 p38MAPK的分子結(jié)構(gòu)與分布

p38MAPK的相對(duì)分子量是38kD，由360個(gè)氨基酸構(gòu)成，目前已發(fā)現(xiàn)6種p38MAPK亞型：p38α1/α2、p38β1/β2、p38γ、p38δ。各種亞型的分布具有組織特異性：p38α1/α2、p38β1/β2在各種組織中廣泛存在，在神經(jīng)系統(tǒng)中，p38α1/α2主要分布在DRG，p38β1/β2在腦組織中分布較多；p38γ在骨骼肌中含量最多；p38δ多見于肺、腎、腸、睪丸以及唾液腺、胰腺、腎上腺、垂體等腺體組織中［5，13］。

3 p38MAPK的信號(hào)通路的激活與滅活

p38MAPK通路與炎癥、凋亡、應(yīng)激等的調(diào)控密切相關(guān)，也是疼痛信息轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要通路［5］。p38MAPK通路可被外界環(huán)境因素如缺氧、創(chuàng)傷、紫外線、細(xì)胞外高滲環(huán)境、H2O2等及炎性因子［纖維原細(xì)胞生長因子（FGF）、白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β）、TNF-α］、脂多糖及革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞壁成分等激活［5，13］。它的激活方式遵循MAPK經(jīng)典的三級(jí)酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)，即通過MEKKs/TAK→MKK3/MKK4/MKK6→p38MAPK途徑［13］。p38MAPK的磷酸化位點(diǎn)在第viii結(jié)構(gòu)域linker12磷酸化環(huán)狀結(jié)構(gòu)上的三肽基T-X-Y上的氨基酸殘基［5］。MKK3、MKK4及MKK6是已知的p38上游的特異性蛋白激酶，不同的p38MAPK亞型可被不同的MEK激活，其中MKK3可激活p38α、p38γ、p38δ，MKK4只激活p38α，而MKK6則是不同亞型共同的激活劑［8，14］。不同的亞型又可激活不同的下游底物，這些底物包括其他蛋白激酶、磷脂酶和細(xì)胞骨架結(jié)合蛋白等［7］。p38MAPK被活化后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)或轉(zhuǎn)移到其他部位，通過控制多種轉(zhuǎn)錄因子的基因表達(dá)發(fā)揮對(duì)細(xì)胞生長、細(xì)胞骨架重構(gòu)、細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)及痛覺過敏的調(diào)控。

吡咯咪唑類復(fù)合物是p38MAPK的特異性抑制劑，如SB220025、SB206718、SB203580、SB202190及VK199等［5］。不同的復(fù)合物抑制劑可特異性抑制不同的p38MAPK家族成員。p38MAPK的滅活由雙特異性蛋白磷酸酶MKP-1或MKP-5對(duì)蘇氨酸和酪氨酸殘基去磷酸化進(jìn)而恢復(fù)其基態(tài)［15］。

4 p38信號(hào)通路與NP脊髓中樞敏化

NP的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，外周敏化、離子通道表達(dá)、交感神經(jīng)芽生、Aβ纖維出芽、膠質(zhì)細(xì)胞活化、神經(jīng)損傷導(dǎo)致的下行抑制減弱、中樞敏化等都在NP過程中發(fā)揮作用，其中中樞敏化發(fā)揮的作用尤為重要。中樞敏化是指周圍組織或神經(jīng)收到傷害性刺激后，初級(jí)傷害性感覺神經(jīng)元胞內(nèi)介導(dǎo)信號(hào)傳遞的激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)被激活，傷害性信息上傳至脊髓及脊髓上位中樞，引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生可塑性變化，脊髓中樞或脊髓上位中樞的傷害性感覺神經(jīng)元對(duì)外周傷害性刺激過度反應(yīng)或過度興奮的狀態(tài)［16］，脊髓背角傷害性感覺神經(jīng)元突觸效能增加。

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種常駐的單核吞噬細(xì)胞家族成員，同時(shí)具有免疫和炎癥功能，其細(xì)胞數(shù)量約占腦內(nèi)細(xì)胞的10%，占膠質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的20%［17］。多項(xiàng)研究表明，脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)損傷脊髓中樞敏化密切相關(guān)。神經(jīng)損傷誘發(fā)的NP可以激活靜息狀態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞；活化后的脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞可釋放多種致痛物質(zhì)如谷氨酸、天門冬氨酸、一氧化氮、花生四烯酸和前列腺素等［18］；外源性給藥抑制小膠質(zhì)細(xì)胞激活或阻斷其代謝途徑可明顯減輕病理性疼痛癥狀［19］；小膠質(zhì)細(xì)胞抑制劑可以明顯減弱強(qiáng)直刺激坐骨神經(jīng)導(dǎo)致的脊髓LTP，并減輕強(qiáng)直刺激所誘發(fā)的痛覺過敏［20］。上述研究結(jié)果表明，脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞參與NP后的脊髓中樞敏化，可促進(jìn)中樞神經(jīng)元發(fā)生行為依賴性的可塑性變化，最終產(chǎn)生痛覺過敏。

研究顯示，通過脊神經(jīng)結(jié)扎（spinal nerve ligation，SNL）模型大鼠一側(cè)L5脊神經(jīng)可誘發(fā)大鼠同側(cè)下肢足底早期和長期的機(jī)械痛敏，并引發(fā)相應(yīng)L5節(jié)段脊髓背角p38MAPK磷酸化，而且p38MAPK磷酸化完全位于小膠質(zhì)細(xì)胞，這種損傷從結(jié)扎后1天開始出現(xiàn)，并可持續(xù)超過3周；早期鞘內(nèi)注射p38抑制劑SB203580可以明顯減少SNL誘導(dǎo)的機(jī)械性痛覺異常；而且脊髓鞘內(nèi)注射p38MAPK抑制劑引起的機(jī)械痛敏減輕早于DRG細(xì)胞中p38MAPK的激活，這說明脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞的p38MAPK磷酸化對(duì)于NP的早期階段有重要意義，p38MAPK的激活對(duì)NP過程中的脊髓中樞敏化起重要作用［21］。

目前多項(xiàng)研究證實(shí)，多種疼痛相關(guān)介質(zhì)均與p38MAPK信號(hào)通路有關(guān)，這類介質(zhì)包括：TNF-α、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMPresponse element binding protein，CREB）、環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase，COX-2)等。王瑞珂等［17］研究證實(shí)，TNF-α可刺激引起大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞中高遷移率族蛋白B1（high mobility group protein B1，HMGB1）表 達(dá) 增 高；p38MAPK通 路 阻 斷 劑SB203580可通過抑制p-p38MAPK的活性減少TNF-α對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的刺激，進(jìn)而在轉(zhuǎn)錄水平阻斷HMGB1生成，從而避免免疫炎癥級(jí)聯(lián)放大的惡性循環(huán)。嚴(yán)曉娣等［22］研究顯示，鞘內(nèi)注射p38 MAPK抑制劑SB203580可顯著減輕坐骨神經(jīng)慢性壓迫性損傷（chronic constriction injury of the sciatic nerve，CCI）模型大鼠術(shù)后NP，并減少損傷側(cè)脊髓背角p38MAPK的表達(dá)及BDNF的生成，揭示了p38MAPK抑制劑可能通過減少脊髓背角p38MAPK的表達(dá)并抑制BDNF釋放，進(jìn)而緩解CCI模型大鼠慢性NP。張飛娥等［23］研究發(fā)現(xiàn)CCI造模后能引起大鼠的機(jī)械痛敏，而鞘內(nèi)注射p38抑制劑SB203580能夠逆轉(zhuǎn)CCI造模引起的脊髓p-p38MAPK的表達(dá)增多，也明顯減少p-CREB表達(dá)的生成。說明脊髓水平的p38MAPK激活并參與CCI所造成的NP的發(fā)展，P38可能通過影響下游轉(zhuǎn)錄因子CREB的活性，進(jìn)而引起脊髓神經(jīng)元發(fā)生長時(shí)程的可塑性變化，從而引發(fā)長期的痛覺過敏。GANG WANG等［24］研究顯示，鞘內(nèi)注射SB203580對(duì)CCI模型大鼠具有明顯鎮(zhèn)痛作用；當(dāng)p38MAPK被鞘內(nèi)SB203580抑制時(shí)，COX-2的表達(dá)顯著降低，這說明COX-2參與了p38MAPK對(duì)于痛覺信息的調(diào)制。

5 結(jié)語和展望

NP的發(fā)生和維持機(jī)制復(fù)雜，涉及眾多方面的改變。研究證實(shí)，p38MAPK信號(hào)通路通過多種機(jī)制參與慢性NP的發(fā)生和維持，其在NP發(fā)生后的脊髓中樞敏化過程中發(fā)揮重要作用，但其機(jī)制尚未完全闡明。本課題組前期研究顯示，推拿能改善大鼠CCD模型所引發(fā)的NP，并且能顯著降低CCD造模導(dǎo)致的C纖維介導(dǎo)的LTP增強(qiáng)。表明推拿能夠改善因CCD造模引發(fā)的疼痛和伴之發(fā)生的脊髓中樞敏化。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)論，本課題組提出“p38/MAPK通路可能參與推拿對(duì)脊髓背角中樞敏化的抑制作用”。這一假說尚需通過日后的推拿基礎(chǔ)研究加以證實(shí)。