偏頭痛發(fā)病機制中信號傳導通路相關研究進展

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，第二大致殘性神經系統(tǒng)疾病[1]。然而，近幾年國內外對偏頭痛發(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發(fā)的治療并不滿意。偏頭痛發(fā)病機制非常復雜，也存在很多爭議。它最初定義為由三叉神經控制的血管異常舒張而引起的血管疾病。隨之皮質擴散抑制(cerebral spreading depression,CSD)學說、三叉神經血管反射學說、離子通道和遺傳等學說相繼問世[2]。目前認為偏頭痛先兆與CSD相關，而偏頭痛與三叉神經血管系統(tǒng)的激活相關[3]。三叉神經一級神經元位于三叉神經節(jié)內，軸突感受器將來自硬腦膜、三叉神經周圍血管傷害性信號感覺傳遞，它的中央測止于三叉神經脊束尾核(trigeminal nucleus caudalis,TNC)，TNC的二級神經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血管系統(tǒng)的感覺信號，構成典型偏頭痛的病理機制。在血管功能的級聯(lián)反應中，二級神經元也參與了神經遞質的釋放，特別是降鈣素基因相關肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)，CGRP與血管上受體結合后，使腦膜和皮質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，導致偏頭痛。

1 偏頭痛發(fā)病機制中信號傳導通路

神經元穩(wěn)態(tài)的分子信號傳導通路在偏頭痛發(fā)病機制中受到高度調控。在人體偏頭痛和偏頭痛實驗動物模型中，許多信號傳導通路被異常激活或抑制。異常的信號傳導通路不益于機體自我更新、增殖、生存和分化，因此導致疾病狀態(tài)。信號傳導通路是由外在和內在的分子信號和調控元件組成，不是單一線性，而是相互交織成信號網絡，促進通路間的交聯(lián)反應。因此，本文強調信號傳導通路級聯(lián)反應在偏頭痛發(fā)病機制中的作用，并介紹小膠質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化為細胞內的轉錄活化[4]。MAPK信號傳導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(substance P,SP)和炎癥蛋白誘導型一氧化氮合酶(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含量增加，從而誘導、維持甚至惡化神經性疼痛的狀態(tài)[5]。其通過非轉錄處理和增加基因轉錄激活下游信號傳導通路，產生短期的功能變化和長期的適應性變化。例如，磷酸化的ERK易位到細胞核，核因子E2相關因子2(NF-E2-relatedfactor2,Nrf2)，調控血紅素氧合酶-1(hemeoxygenase-1,HO-1)的表達，達到抗氧化和抗炎癥作用[6]。激活的ERK可以誘導核糖體S6蛋白激酶(ribosomals6kinase,RSK)的激活，使絲氨酸133位點上的轉錄因子環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB)磷酸化，隨之結合到DNA啟動子區(qū)域啟動基因轉錄。MAPK信號在偏頭痛發(fā)病機制的作用已經在硝酸甘油(nitroglycerin,NTG)誘導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、三叉神經節(jié)(trigeminal ganglion,TG)和TNC中，p-ERK是NTG誘導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在成人的神經元可塑性中發(fā)揮重要作用，而p38和JNK在調節(jié)炎癥反應和神經變性方面發(fā)揮重要作用。Xia等[10]首次發(fā)現(xiàn)JNK-p38信號通路的在神經元凋亡過程中是激活的，而ERK是抑制的；在有關突觸可塑性的研究中，ERK主要與調節(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)，由兩個調節(jié)亞基(PKA-r)和兩個催化亞基(PKA-c)組成。據報道，cAMP-PKA信號傳導通路主要參與免疫反應、細胞代謝、突觸前神經遞質的合成和突觸可塑性等神經活動，而慢性疼痛包括偏頭痛的主要發(fā)病機制與這些神經活動密切相關[11]。活化的PKA不僅可以激活關鍵轉錄輔助因子CREB磷酸化，引起下游信號變化，而且還會激活離子通道、活化細胞驅動蛋白以及調節(jié)代謝酶活性。諸如此類的磷酸化過程交織cAMP/PKA/CREB信號傳導通路與其他信號級聯(lián)反應，形成復雜的信號網絡，并提供多個反饋回路而進一步調節(jié)cAMP活性[12]。cAMP/PKA/CREB通路在神經系統(tǒng)突觸可塑性的誘導和維持中起著至關重要的作用。有研究表明cAMP/PKA/CREB通路參與炎性疼痛、神經性疼痛和骨癌疼痛。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，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，值得未來關注。

1.3 NF-κB通路 NF-κB在編碼神經炎癥和免疫反應的基因轉錄中發(fā)揮關鍵作用。在非活性狀態(tài)，NF-κB通過與NF-κB抑制蛋白-α(I-κBα)結合而被隔離在細胞質內。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位于細胞質內，特定的刺激下其p65亞基轉移到細胞核，啟動轉錄活動。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誘導的偏頭痛實驗中，NF-κB增加了iNOS的轉錄表達，導致偏頭痛。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]。有學者認為NTG誘導的偏頭痛，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復合物的降解，NF-κB入核調節(jié)炎癥介質的表達，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。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)結合并活化。活化的sGC將三磷酸鳥苷(guanosinetriphosphate,GTP)轉化為第二信使-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通路的上調與偏頭痛有關。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產生并誘發(fā)偏頭痛相關痛覺過敏[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]。這些研究結果明顯深化了NO作為偏頭痛的標志性物質的概念，并建立了非常有意義的偏頭痛NTG模型，其NO/sGC/cGMP信號傳導通路在偏頭痛啟動和維持疼痛中起到關鍵作用。

2 信號傳導通路之間的交互作用

如前所述，信號轉導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了NTG誘導的偏頭痛模型中腦源性神經營養(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或發(fā)展具有重要性[23]。

3 神經元-膠質細胞信號轉導

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

有研究表明，由小膠質細胞分泌產生IL-18參與偏頭痛信號傳導通路[24]。在炎性湯(inflammatory soup,IS)反復硬腦膜剌激誘導的慢性偏頭痛模型中，活化的小膠質細胞合成并釋放IL-18，可促進NF-κB磷酸化[25]。活化的NF-κB增強維持偏頭痛中樞敏化的關鍵分子-BDNF的轉錄。反之，抑制IL-18產生顯著抑制NF-κB磷酸化的激活，進而減少了偏頭痛相關行為[26]。小膠質細胞，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，還可誘導NF-κB介導的轉錄[27]。Lalita Subedi[28]證實JNK/NF-κB/TNF-α信號傳導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。大量證據表明P2X4Rs主要在小膠質細胞中表達，與炎癥性疼痛、神經性疼痛和偏頭痛有關。活化的P2X4 Rs引起p38-MAPK磷酸化，激活MAPK下游信號。反之，P2X4R抑制劑5-BDBD可預防機械性痛覺過敏。因此推斷小膠質細胞通過調節(jié)P2X4R表達激活參與偏頭痛信號傳導通路的激活。

另一方面，皮質擴散性抑制(cortical spreading depression,CSD)是一種導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。神經元-膠質細胞的交聯(lián)在CSD的發(fā)生中發(fā)揮作用，小膠質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有關的電生理活動。

4 總結與展望

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外對偏頭痛信號傳導通路機制的研究，涉及偏頭痛相關病理過程，如炎癥反應、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和實驗依據，對偏頭痛靶向治療藥物的研究提供一定方向。