基于MAPK通路探討阿片類藥物治療骨癌痛的機制

付 簫,張艷紅,郭 鴻

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院麻醉科，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，2020年全球新發(fā)癌癥病例有1 930萬例，其中我國新發(fā)癌癥457萬例，癌癥患者中最終會有70%～80%發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，其發(fā)病率為原發(fā)惡性腫瘤的35倍～40倍[1-2]。惡性腫瘤常以血液傳播到全身，由于骨髓腔里血流量大，骨骼成為許多癌癥最常轉(zhuǎn)移的部位。骨轉(zhuǎn)移的過程包括腫瘤生長、骨重建和骨破壞，這些都可能導(dǎo)致癌因性骨痛(CIBP)[3]，簡稱骨癌痛。

絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路是一個極其復(fù)雜且重要的機體網(wǎng)絡(luò)調(diào)控體系，廣泛參與癌癥的進展，包括細胞的生存、增殖、分化和凋亡。目前，其三個主要亞族[細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)、c-jun氨基末端激酶(JNK)和p38β激酶]的激活，是藥物作用調(diào)節(jié)的關(guān)鍵靶點。ERK在人類癌癥中參與多種重要細胞的增殖、生長和衰老作用[4]。p38β激酶在癌癥中主要起抑制作用[5]。JNK主要參與細胞凋亡[6]。因MAPK信號通路的相關(guān)靶點和蛋白以及下游信號通路眾多，在對抗癌癥的作用中還有待深入研究。

臨床上對于癌癥疼痛的管理，依然選擇阿片類藥物用于止痛，最常用的阿片類藥物有嗎啡、芬太尼、羥考酮、美沙酮和曲馬多，這些藥物在圍手術(shù)期和終末期癌癥患者中都有使用。但反復(fù)使用阿片類物質(zhì)會引起機體耐受成癮[7-8]，因其具有強效鎮(zhèn)痛作用，缺乏天花板效應(yīng)，在治療癌性疼痛中尚無其他藥物能夠替代，是臨床上緩解癌痛的首選藥物。目前對阿片類藥物在癌性疼痛中的鎮(zhèn)痛機制尚不清楚，大量研究表明，癌因性骨痛的鎮(zhèn)痛作用可能依賴于支配骨骼的特定感覺神經(jīng)元群體以及特定通道、受體和轉(zhuǎn)錄因子的表達[9]。因此，通過對MAPK信號通路的調(diào)節(jié)探討阿片類藥物治療CIBP的機制。

1 MAPK信號通路在癌癥中的調(diào)控

RAS蛋白是一個小鳥嘌呤三磷酸酶(GTPases)家族，它整合了各種上游來源的信號，當(dāng)細胞外信號與受體結(jié)合時，生長因子受體結(jié)合蛋白2(Grb2)與激活的受體結(jié)合，形成受體-Grb2-SOS復(fù)合物，SOS與受體或受體底物蛋白上的酪氨酸磷酸化位點結(jié)合，催化RAS結(jié)合的鳥嘌呤二磷酸(GDP)交換為鳥嘌呤三磷酸(GTP)，從而激活RAS啟動RAS途徑[10]。神經(jīng)纖維素1(NF1)可增強RAS的GTPase活性，使GTP水解為GDP，從而使RAS恢復(fù)到其與GDP結(jié)合的非活性。見圖1。MAPK級聯(lián)是調(diào)控多種細胞過程的關(guān)鍵信號通路，包括三個主要的激酶：MAPKKK、MAPKK和MAPK，它們激活和磷酸化下游蛋白。與MAP激酶(MAPKKK)同級聯(lián)的Raf激活MEK1和MEK2，使下游ERK1和ERK2激活，參與不同的細胞反應(yīng)。大量研究表明，RAS-MEK-ERK級聯(lián)反應(yīng)是腫瘤發(fā)生的主要介質(zhì)[11]。

EGF：表皮生長因子，PDGF：血小板生長因子，VEGF：血管內(nèi)皮細胞因子，Grb2：生長因子受體結(jié)合蛋白2，NF1：神經(jīng)纖維素1，MEK：Ras/Raf/MAPK，RSKs：核糖體S6激酶，MNKs：MAP激酶相互作用的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，MSK：絲裂原和應(yīng)激激活蛋白激酶。Ras/Raf/MAPK(MEK)/ERK通路是MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中最重要的信號通路。

直腸癌患者抑制p38 亞型，對細胞凋亡有保護作用[12]。p38 表達上調(diào)與單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)的上調(diào)有關(guān)，從而導(dǎo)致乳腺癌患者的破骨細胞分化和促進骨轉(zhuǎn)移[13]。肝細胞癌中MAPK/ERK信號通路正向調(diào)控因子增加，在RAS、RAF、MEK和ERK等作用下，該信號通路被過度激活，通過抑制MAPK/ERK信號通路發(fā)揮腫瘤抑制作用[14]。JNK通路是多種腫瘤發(fā)展中的媒介，上游調(diào)控因子MAPK激酶使JNK磷酸化后，刺激下游靶點凋亡調(diào)節(jié)因子Bcl2家族成員和腫瘤抑制因子p53，形成JNK在乳腺癌、胰腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌等癌癥中的促凋亡功能[15]。MEK5/ERK5 MAPK級聯(lián)是一個獨特的信號模塊，可被絲裂原和應(yīng)激刺激激活，MEK5/ERK5通路還與多種疾病有關(guān)，包括癌癥，最近它已成為一條主要的逃逸途徑，在藥物應(yīng)激下維持腫瘤細胞的存活和增殖[16]。

2 阿片類藥物治療癌因性骨痛(CIBP)的機制

轉(zhuǎn)移性骨癌痛的疼痛機制是十分復(fù)雜的，為緩解與治療CIBP帶來了巨大挑戰(zhàn)。骨骼的新陳代謝非常活躍，是依靠成骨細胞和破骨細胞之間微妙的平衡，而維持正常的骨重建和完整性。骨骼微環(huán)境的變化會造成惡性循環(huán)，進一步促進骨骼破壞和腫瘤發(fā)展[17]。腫瘤細胞侵入骨骼后，骨組織微環(huán)境之間相互作用，激活破骨細胞，吸收骨基質(zhì)的有機物和礦物質(zhì)，參與溶骨過程，最終導(dǎo)致骨破壞，將成骨細胞儲存的各種激素(如甲狀旁腺脊髓和前列腺素)和生長因子(如胰島素樣生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β)釋放并刺激腫瘤生長，打破了NF-κB受體激活蛋白(RANK)和NF-κB受體激活蛋白配體(RANKL)系統(tǒng)的平衡，上調(diào)骨細胞RANKL并調(diào)控破骨細胞和成骨細胞前體細胞的增殖，最終導(dǎo)致骨損傷[18]。

2.1嗎啡：嗎啡及其衍生物都是臨床解除劇烈疼痛的主要藥物。嗎啡的鎮(zhèn)痛作用是通過激動脊髓膠質(zhì)區(qū)、丘腦內(nèi)側(cè)、腦室及導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)等部位的阿片受體，主要是μ-阿片類受體，模擬內(nèi)源性阿片肽對痛覺的調(diào)控而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用。嗎啡能穿越血腦屏障，是治療因晚期癌癥引起身心痛苦最廣泛使用的止痛藥。

大量研究發(fā)現(xiàn)脊髓ERK的激活與鎮(zhèn)痛有關(guān)，ERK在疼痛狀態(tài)、阿片受體功能和副作用的病理生理學(xué)中起著十分重要的作用。Wei等實驗[19]發(fā)現(xiàn)，Hsp90通過ERK機制調(diào)節(jié)疼痛行為，能夠提高嗎啡的鎮(zhèn)痛效果，減少嗎啡的副作用，在阻斷磷酸化(p)-p38、p-ERK和磷酸化蛋白激酶B(p-AKT)激活的同時，嗎啡的鎮(zhèn)痛作用得到增強。通過激活信號蛋白來調(diào)節(jié)嗎啡鎮(zhèn)痛，降低p38、ERK和AKT的磷酸化，抑制p38通路改善嗎啡的抗傷害效應(yīng)并減弱嗎啡耐受性。嗎啡可通過PI3K/AKT/NF-κB途徑抑制脊髓背根節(jié)細胞凋亡和促炎因子(TNF-α、IL-1、IL-6、IL-17)釋放，減輕骨癌痛[20]。還可以阻斷表皮生長因子受體/蛋白激酶B(EGFR/ERK)通路，抑制小膠質(zhì)細胞活化，減少脊髓損傷后的小膠質(zhì)細胞炎性反應(yīng)和相關(guān)的繼發(fā)性損傷，減輕疼痛[21]。Yan等研究發(fā)現(xiàn)，嗎啡通過激活ERK通路，增加細胞內(nèi)Ca2+濃度和caspase-1的表達，降低線粒體膜電位，協(xié)同誘導(dǎo)神經(jīng)元細胞凋亡[22]。

這些研究提示嗎啡對癌痛的調(diào)節(jié)可能是通過不同變化的信號蛋白激活來實現(xiàn)的。然而，嗎啡的使用受到其不良影響的限制，如耐受性、軀體依賴性、痛覺過敏性和成癮性等。并且有研究發(fā)現(xiàn)，嗎啡耐受時中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的μ受體介導(dǎo)參與，慢性嗎啡治療增加了脊髓和后扣帶回膠質(zhì)細胞的激活，多種信號分子在脊髓小膠質(zhì)細胞中表達上調(diào)，包括功能性受體和細胞內(nèi)信號分子，這可能會釋放促炎細胞因子和其他物質(zhì)，最終加重慢性疼痛[23]。

2.2羥考酮：羥考酮是一種從生物堿副嗎啡中提取出來的半合成阿片類止痛藥，有速釋(IR)和緩釋(ER)兩種劑型。對骨轉(zhuǎn)移癌有有效的鎮(zhèn)痛作用。羥考酮可高選擇和激活腦和脊髓中的μ-阿片受體，雖然其親和力不如嗎啡，但可以完全激活κ-阿片受體，在不引起呼吸抑制和胃腸運動抑制情況下，發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[24]。羥考酮獨特的抗傷害性特征可能是由于脊柱上部位骨癌疼痛期間神經(jīng)元功能的變化所致[25]。羥考酮調(diào)控上皮生長因子受體(EGFR)/ERK/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及氧化應(yīng)激的變化，參與減弱或刺激癌癥疼痛的療效[24]。羥考酮通過激活背側(cè)紋狀體MAPK/絲裂原激活蛋白激酶(MSK)磷酸化信號通路，增加了組蛋白和環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)的磷酸化而發(fā)揮自身作用[26]。

羥考酮在骨癌疼痛中具有獨特的止痛效果，但對鎮(zhèn)痛結(jié)果的機制知之甚少，目前對羥考酮在中晚期癌癥患者鎮(zhèn)痛中的研究太少，鎮(zhèn)痛機制尚不清楚，嚴(yán)重限制了羥考酮的臨床應(yīng)用。

2.3丁丙諾啡：丁丙諾啡是μ-阿片受體(MOR)的部分激動劑，也是κ-阿片受體的拮抗劑，是治一種療神經(jīng)病理性疼痛的常見阿片類藥物，丁丙諾啡具有獨特和良好的藥理學(xué)特性，有拮抗作用而無不良反應(yīng)，目前用于阿片依賴的治療，也有人建議將丁丙諾啡作為一線阿片類藥物，治療慢性疼痛。現(xiàn)在，這種用于治療阿片類藥物依賴的藥物的使用，可以被認(rèn)為是治療癌癥疼痛的重要一步，而不需要考慮依賴性或并發(fā)癥[27]。丁丙諾啡可使背根神經(jīng)節(jié)中磷酸化的p38-MAPK蛋白和表達MOR的p38-MAPK免疫反應(yīng)陽性神經(jīng)元數(shù)量顯著增加。刺激大鼠海馬區(qū)，增加ERK1/2磷酸化水平，但ERK磷酸化增加與緩解骨癌痛之間的可能關(guān)系仍未被探索[28-29]。

2.4美沙酮：美沙酮是一種低成本，獨特長效的阿片類止痛藥，因為它除了作用于μ-阿片受體，還能阻止大腦中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)區(qū)的單胺再攝取，并抑制突觸前膜N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體。小劑量美沙酮在生命末期復(fù)雜的疼痛情情況下起效迅速，美沙酮通過依賴蛋白激酶C的途徑誘導(dǎo)ERKs的磷酸化，激活JNK通路，以MOR依賴的方式啟動細胞凋亡[30]，介導(dǎo)一些癌癥疼痛，包括轉(zhuǎn)移性骨癌痛。在其他阿片類藥物的治療中加入小劑量美沙酮可能會迅速改善疼痛控制，有良好的耐受性，能夠減少阿片類藥物引起的不良反應(yīng)[31]。因此，美沙酮正受到越來越多的臨床醫(yī)生關(guān)注，并作為癌癥疼痛的首選藥物。

3 阿片類藥物聯(lián)合其他藥物治療骨癌痛

盡管阿片類藥物在癌癥相關(guān)疼痛的治療中發(fā)揮著不可或缺的作用，但仍有疼痛緩解不足的情況發(fā)生，臨床上為解決此問題，通常采用阿片類藥物聯(lián)合其他藥物的方案進行止痛，既能增強鎮(zhèn)痛效果，又能減少阿片類藥物的劑量，避免高劑量藥物帶來的不良反應(yīng)。

3.1嗎啡聯(lián)合其他藥物鎮(zhèn)痛：由于鎮(zhèn)痛耐受性的原因，嗎啡對癌癥疼痛的持續(xù)治療一直是有限的，長期使用嗎啡引起的嗎啡耐受和癌癥進展導(dǎo)致嗎啡劑量持續(xù)增加都是重大的醫(yī)學(xué)問題。但因為嗎啡的強效鎮(zhèn)痛效果，依然是阿片類鎮(zhèn)痛藥的首選，目前臨床上采用嗎啡聯(lián)合其他鎮(zhèn)痛藥物，減緩嗎啡劑量的增加速度，增強鎮(zhèn)痛效果，減少耐受情況，為中晚期癌癥患者提供更好的鎮(zhèn)痛方案。

3.2嗎啡聯(lián)合加巴噴丁和普瑞巴林：加巴噴丁和普瑞巴林是一種抗驚厥藥物，已用于神經(jīng)病理性疼痛治療，通過結(jié)合突觸前膜電壓門控鈣通道的α2δ亞型，減少鈣離子和興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，與嗎啡聯(lián)合用藥時，減少嗎啡日均用藥量，縮短起效時間，達到鎮(zhèn)痛效果[32-33]。研究發(fā)現(xiàn)，普瑞巴林和加巴噴丁都不影響嗎啡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，對ERK磷酸化無直接影響，普瑞巴林和加巴噴丁聯(lián)合嗎啡帶來的積極效應(yīng)可能是通過與μ受體調(diào)節(jié)的細胞和回路的相互作用來實現(xiàn)的[34]。

3.3嗎啡聯(lián)合大麻素2型受體(CB2R)激動劑：大麻素2型受體(CB2R)激動劑因減輕神經(jīng)炎性反應(yīng)，不引起精神藥物副作用而倍受關(guān)注。激活CB2R的配體在許多神經(jīng)疾病的靶向性治療中具有巨大的重要性，包括神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)精神疾病以及創(chuàng)傷和神經(jīng)性疼痛[35]。CB2R激動劑通過MAPK、絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶1(MKP-1)和絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶3(MKP-3)調(diào)節(jié)嗎啡耐受，增強嗎啡鎮(zhèn)痛。慢性嗎啡治療降低了脊髓中MKP-1和MKP-3的蛋白表達，增加了p38MAPK、ERK1/2的磷酸化和促炎介質(zhì)的水平。聯(lián)合施用CB2受體激動劑AM1241可減輕慢性嗎啡給藥對MKP-1和MKP-3的抑制，并促進MAPK去磷酸化和減少下游細胞因子的產(chǎn)生，從而降低嗎啡耐受[36]。

全身性應(yīng)用大麻素對炎性反應(yīng)性疼痛、神經(jīng)性疼痛和癌性疼痛均有較好的鎮(zhèn)痛效果。但是，具體的鎮(zhèn)痛機制還不是很明確，需要更多的研究來完善鎮(zhèn)痛機制。

4 結(jié)論

用于止痛的阿片類受體激動劑通常針對MOR、κ-阿片受體(DOR)和δ-阿片受體(KOR)，MORS在大腦中高度分布，介導(dǎo)了大部分的鎮(zhèn)痛作用。它們也存在于其他器官中，調(diào)節(jié)呼吸抑制、興奮、鎮(zhèn)靜和依賴等主。大量研究表明，蛋白激酶C(PKC)/ERK、MAPK/ERK、ERK/AKT、LPAR1/ERK、p38-MAPK等信號通路是阿片類藥物治療骨癌痛的重要靶點，也是目前在骨癌痛模型中研究的熱點信號通路，但阿片類物質(zhì)刺激或抑制免疫細胞和炎性細胞進入腫瘤微環(huán)境的確切分子機制仍不清楚。骨轉(zhuǎn)移引起的疼痛是一種慢性劇烈性疼痛，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，目前尚缺乏特異性治療方法。大部分阿片類藥物作用于這些信號通路，調(diào)節(jié)蛋白變化，抑制炎性因子IL-1、IL-6和TNF-α等的釋放，從而緩解骨癌痛，但藥物激活該通路的下游特定蛋白、激酶、細胞因子等尚不清楚，需要進一步研究和完善，為骨癌痛的治療提供越來越堅實的理論基礎(chǔ)。