p38MAPK信号通路与神经病理性疼痛的脊髓中枢敏化关系研究进展*

程艳彬，朱清广，孔令军，房敏，3△

1上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院，上海 200437；2上海市中医药研究院推拿研究所；3上海中医药大学针灸推拿学院

神经病理性疼痛（neuropathic pain，NP）是一种外周或中枢神经系统受到损伤或发生病变引发的疼痛。国际疼痛研究协会（IASP）对NP定义为“损伤或疾病影响到躯体感觉神经系统所导致的疼痛”［1］。NP以痛觉过敏、痛觉超敏和自发性疼痛为主要特征，是临床最为常见的一种疼痛。据统计，在欧洲约1/5的慢性疼痛患者为NP［2］，四肢、躯干以及内脏组织都有可能产生NP［3］。随着NP和细胞信号转导通路研究的不断深入，发现P38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinase,p38MAPK)广泛存在于哺乳动物细胞内，对多种细胞转录因子和蛋白激酶具有磷酸化和激活作用，与NP有关的多条激酶反应通路汇集于p38MAPK［4］。有研究表明，p38MAPK对NP过程中发生的中枢敏化有重要作用［5］。本课题组前期研究表明，推拿对模型大鼠背根神经节（dorsal root ganglion，DRG）持续受压（chronic compression of DRG，CCD）所导致的NP具有镇痛效果，能降低CCD导致的C纤维介导的脊髓背角场电位长时程增强（long term potentiation，LTP），提示推拿能降低NP发生过程中的脊髓中枢敏化。据此，我们推测“推拿对LDH镇痛机制可能是通过P38/MAPK通路抑制脊髓背角中枢敏化”。现将近年来国内外关于p38MAPK与NP过程中脊髓中枢敏化关系的研究作一综述。

1 MAPK信号通路

丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）是广泛存在于哺乳动物细胞内的一组高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是一类重要信号传导系统，可将广泛的细胞外刺激信号通过转录或非转录方式转导到细胞内，引起细胞增殖、分化、转化及凋亡等生物学反应［6］。激活MAPK的细胞外刺激信号较多，这类细胞外刺激信号包括：细胞因子、神经递质、生长因子、激素等细胞外信号分子和紫外线照射、细胞应力、神经损伤、电刺激等胁迫条件［7］。当细胞未受外界刺激时，MAPK信号通路处于关闭状态，当受到细胞外信号刺激时，在MAPK信号通路上游激酶作用下发生级联磷酸化而激活；MAPK被激活后进入细胞核，使一些转录因子磷酸化，从而改变细胞基因的表达状态［8］。

MAPK通过高度保守的三级激酶级联反应传递信号，即细胞外刺激通过某些环节使促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK）激活，进而激活促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK），然后通过苏氨酸和酪氨酸 双 位 点 同 时 磷 酸 化 激 活MAPK［9-10］。MAPKKK、MAPKK、MAPK三者都具有11个保守的亚结构域，在细胞信号传递过程中通过使亚结构区域的氨基酸残基磷酸化而被逐级激活［10］。MAPKKK是MAPK信号通路的第一个激酶，它是一个丝氨酸/苏氨酸激酶，既可被MAPKKK激酶磷酸化激活，又可被Ras或Rho家族的小GTP结合蛋白相互作用而激活［7］；MAPKK是MAPK信号通路的第二个激酶，又称为MEK（MAPK/ERK kinase），上游MAPKKK可通过对MAPKK高度保守的双重磷酸化位点Sxxx S/T进行磷酸化而实现对MAPKK的活化；MAPK是MAPK信号通路的最后一个激酶，又称ERK（extracelluarregulated kinase），它的磷酸化位点是位于第Ⅶ与第Ⅷ亚结构区域间的高度保守的TxY序列上的Thr和Tyr残基，上游双特异性蛋白激酶MAPKK通过对MAPK活性环内的Thr和Tyr残基的双重磷酸化实现对MAPK的活化；激活的MAPK可通过磷酸化细胞骨架相关蛋白、转录因子、酶类等多种底物来调节包括疼痛形成、疼痛敏化在内的多种病理生理过程［7，10］。MAPK级联反应通路最具特征的通路有3条：应激活化蛋白激酶通路（SAPK/JNK），对

白细胞介素1(interleukin-1，IL-1)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα，TNF-α)和热反应等反应；细胞外信号调节蛋白激酶信号通路（Extracellular signal regulated protein kinase，ERK1/2），对生长因子受体、酷氨酸激酶受体等反应；P38MAPK通路对IL-1、TNF-α和热休克等反应［11］。有研究表明，p38MAPK在神经元可塑性和痛觉信息传导、痛觉敏感化的形成与调节过程中发挥重要作用［12］。

2 p38MAPK的分子结构与分布

p38MAPK的相对分子量是38kD，由360个氨基酸构成，目前已发现6种p38MAPK亚型：p38α1/α2、p38β1/β2、p38γ、p38δ。各种亚型的分布具有组织特异性：p38α1/α2、p38β1/β2在各种组织中广泛存在，在神经系统中，p38α1/α2主要分布在DRG，p38β1/β2在脑组织中分布较多；p38γ在骨骼肌中含量最多；p38δ多见于肺、肾、肠、睾丸以及唾液腺、胰腺、肾上腺、垂体等腺体组织中［5，13］。

3 p38MAPK的信号通路的激活与灭活

p38MAPK通路与炎症、凋亡、应激等的调控密切相关，也是疼痛信息转导的重要通路［5］。p38MAPK通路可被外界环境因素如缺氧、创伤、紫外线、细胞外高渗环境、H2O2等及炎性因子［纤维原细胞生长因子（FGF）、白细胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β）、TNF-α］、脂多糖及革兰氏阳性细菌细胞壁成分等激活［5，13］。它的激活方式遵循MAPK经典的三级酶促级联反应，即通过MEKKs/TAK→MKK3/MKK4/MKK6→p38MAPK途径［13］。p38MAPK的磷酸化位点在第viii结构域linker12磷酸化环状结构上的三肽基T-X-Y上的氨基酸残基［5］。MKK3、MKK4及MKK6是已知的p38上游的特异性蛋白激酶，不同的p38MAPK亚型可被不同的MEK激活，其中MKK3可激活p38α、p38γ、p38δ，MKK4只激活p38α，而MKK6则是不同亚型共同的激活剂［8，14］。不同的亚型又可激活不同的下游底物，这些底物包括其他蛋白激酶、磷脂酶和细胞骨架结合蛋白等［7］。p38MAPK被活化后进入细胞核内或转移到其他部位，通过控制多种转录因子的基因表达发挥对细胞生长、细胞骨架重构、细胞凋亡、炎症反应及痛觉过敏的调控。

吡咯咪唑类复合物是p38MAPK的特异性抑制剂，如SB220025、SB206718、SB203580、SB202190及VK199等［5］。不同的复合物抑制剂可特异性抑制不同的p38MAPK家族成员。p38MAPK的灭活由双特异性蛋白磷酸酶MKP-1或MKP-5对苏氨酸和酪氨酸残基去磷酸化进而恢复其基态［15］。

4 p38信号通路与NP脊髓中枢敏化

NP的发生机制复杂，外周敏化、离子通道表达、交感神经芽生、Aβ纤维出芽、胶质细胞活化、神经损伤导致的下行抑制减弱、中枢敏化等都在NP过程中发挥作用，其中中枢敏化发挥的作用尤为重要。中枢敏化是指周围组织或神经收到伤害性刺激后，初级伤害性感觉神经元胞内介导信号传递的激酶级联反应被激活，伤害性信息上传至脊髓及脊髓上位中枢，引发中枢神经系统发生可塑性变化，脊髓中枢或脊髓上位中枢的伤害性感觉神经元对外周伤害性刺激过度反应或过度兴奋的状态［16］，脊髓背角伤害性感觉神经元突触效能增加。

小胶质细胞是中枢神经系统中一种常驻的单核吞噬细胞家族成员，同时具有免疫和炎症功能，其细胞数量约占脑内细胞的10%，占胶质细胞总数的20%［17］。多项研究表明，脊髓小胶质细胞与神经损伤脊髓中枢敏化密切相关。神经损伤诱发的NP可以激活静息状态的小胶质细胞；活化后的脊髓小胶质细胞可释放多种致痛物质如谷氨酸、天门冬氨酸、一氧化氮、花生四烯酸和前列腺素等［18］；外源性给药抑制小胶质细胞激活或阻断其代谢途径可明显减轻病理性疼痛症状［19］；小胶质细胞抑制剂可以明显减弱强直刺激坐骨神经导致的脊髓LTP，并减轻强直刺激所诱发的痛觉过敏［20］。上述研究结果表明，脊髓小胶质细胞参与NP后的脊髓中枢敏化，可促进中枢神经元发生行为依赖性的可塑性变化，最终产生痛觉过敏。

研究显示，通过脊神经结扎（spinal nerve ligation，SNL）模型大鼠一侧L5脊神经可诱发大鼠同侧下肢足底早期和长期的机械痛敏，并引发相应L5节段脊髓背角p38MAPK磷酸化，而且p38MAPK磷酸化完全位于小胶质细胞，这种损伤从结扎后1天开始出现，并可持续超过3周；早期鞘内注射p38抑制剂SB203580可以明显减少SNL诱导的机械性痛觉异常；而且脊髓鞘内注射p38MAPK抑制剂引起的机械痛敏减轻早于DRG细胞中p38MAPK的激活，这说明脊髓小胶质细胞的p38MAPK磷酸化对于NP的早期阶段有重要意义，p38MAPK的激活对NP过程中的脊髓中枢敏化起重要作用［21］。

目前多项研究证实，多种疼痛相关介质均与p38MAPK信号通路有关，这类介质包括：TNF-α、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMPresponse element binding protein，CREB）、环氧合酶2(cyclooxygenase，COX-2)等。王瑞珂等［17］研究证实，TNF-α可刺激引起大鼠小胶质细胞中高迁移率族蛋白B1（high mobility group protein B1，HMGB1）表 达 增 高；p38MAPK通 路 阻 断 剂SB203580可通过抑制p-p38MAPK的活性减少TNF-α对小胶质细胞的刺激，进而在转录水平阻断HMGB1生成，从而避免免疫炎症级联放大的恶性循环。严晓娣等［22］研究显示，鞘内注射p38 MAPK抑制剂SB203580可显著减轻坐骨神经慢性压迫性损伤（chronic constriction injury of the sciatic nerve，CCI）模型大鼠术后NP，并减少损伤侧脊髓背角p38MAPK的表达及BDNF的生成，揭示了p38MAPK抑制剂可能通过减少脊髓背角p38MAPK的表达并抑制BDNF释放，进而缓解CCI模型大鼠慢性NP。张飞娥等［23］研究发现CCI造模后能引起大鼠的机械痛敏，而鞘内注射p38抑制剂SB203580能够逆转CCI造模引起的脊髓p-p38MAPK的表达增多，也明显减少p-CREB表达的生成。说明脊髓水平的p38MAPK激活并参与CCI所造成的NP的发展，P38可能通过影响下游转录因子CREB的活性，进而引起脊髓神经元发生长时程的可塑性变化，从而引发长期的痛觉过敏。GANG WANG等［24］研究显示，鞘内注射SB203580对CCI模型大鼠具有明显镇痛作用；当p38MAPK被鞘内SB203580抑制时，COX-2的表达显著降低，这说明COX-2参与了p38MAPK对于痛觉信息的调制。

5 结语和展望

NP的发生和维持机制复杂，涉及众多方面的改变。研究证实，p38MAPK信号通路通过多种机制参与慢性NP的发生和维持，其在NP发生后的脊髓中枢敏化过程中发挥重要作用，但其机制尚未完全阐明。本课题组前期研究显示，推拿能改善大鼠CCD模型所引发的NP，并且能显著降低CCD造模导致的C纤维介导的LTP增强。表明推拿能够改善因CCD造模引发的疼痛和伴之发生的脊髓中枢敏化。根据现有的研究结论，本课题组提出“p38/MAPK通路可能参与推拿对脊髓背角中枢敏化的抑制作用”。这一假说尚需通过日后的推拿基础研究加以证实。