钙-钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ在慢性疼痛中作用的研究进展

席凯文，耿鑫，余化霖，边慧

(1昆明医科大学第一附属医院，昆明650032；2昆明医科大学)

根据国际疾病分类定义，持续或复发时间超过3～6个月的疼痛称为慢性疼痛。由于慢性疼痛持续时间超过一般组织愈合恢复时间，并且失去生理伤害性感受警示作用，成为需要干预的损伤机制。慢性疼痛非常常见，欧洲约有20%人口患有慢性疼痛[1]，美国有超过1亿慢性疼痛患者。慢性疼痛发生机制十分复杂，主要包括伤害性感受疼痛、外周敏化、中枢敏化等[2]。最近研究表明，钙-钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)在神经系统定位于疼痛处理区域，脊髓背根神经节中CaMKⅡ活化在慢性疼痛发生和维持中起重要作用[3]。通过抑制CaMKⅡ活性能有效缓解甚至逆转神经性疼痛、炎症痛和癌性骨痛，这为治疗慢性疼痛提供了新方向，靶向CaMKⅡ药物及技术将可能为慢性疼痛提供新治疗手段。本文对CAMKⅡ在慢性疼痛中的作用及机制进行综述，以期为慢性疼痛治疗提供新思路。

1 CaMKⅡ的结构和激活机制

CaMKⅡ是一种多功能钙/钙调蛋白依赖性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，广泛存在于哺乳动物细胞中，在维持细胞稳态、新陈代谢、信号转导中起重要作用。在哺乳动物细胞中，CaMKⅡ通常由α、β、γ、δ 4种基因编码而成[4]。研究表明，CaMKⅡ全酶由12个单体聚合而成，全酶分子质量为300～700 kU，单体分子质量为50～62 kU。每个CaMKⅡ单体都是由催化结构区、自动调节区、中心结合区构成，催化结构区位于N-末端，与其相邻的是自动调节区，末端是中心结合区。自动调节区是整个激酶分子最复杂部位，包括N端自身抑制区、C段钙/钙调蛋白结合区、自身磷酸化位点(Thr286、Thr287)[5]。静息状态下，催化结构区与N段自身抑制区重叠，封闭催化结构区与底物或者ATP结合位点。当钙或钙调蛋白与C端钙/钙调蛋白结合区结合时，CaMKⅡ构象发生改变，N端自身抑制区释放催化区结合位点，并且在Thr286/287处发生自磷酸化，Thr286位点自磷酸化又能促进酶单体相互磷酸化，使其具有捕捉钙调蛋白能力，从而促进全酶活化[6]。自磷酸化能够增强自动调节域与钙/钙调蛋白亲和力及阻断抑制域发挥抑制作用，从而产生激酶自主活性[7]。

2 CaMKⅡ与慢性疼痛

2.1 CaMKⅡ与外周神经痛 外周神经痛是指由外周神经组织损伤或病变导致的神经性疼痛，目前常见神经痛模型包括神经瘤模型、慢性压迫性损伤(CCI)模型、背根神经部分切断(PDR)模型、脊神经结扎(SNL)模型等。Hasegawa等[8]在大鼠单侧L5SNL诱导的神经痛模型中发现，应用KN93抑制CaMKⅡ活性后可降低DRG神经元中胞质型磷脂酶A2(cPLA2)磷酸化水平和易位，缓解SNL诱导的异常性疼痛和痛觉过敏；离体研究显示，在ATP刺激损伤的DRG神经元中，CaMKⅡ和cPLA2磷酸化水平明显增高，此升高通过初级传入神经元中嘌呤能离子通道型受体3(P2X3受体)/嘌呤离体通道型受体2/3和电压依赖性Ca2+通道介导。Dai等[9]在CCI大鼠模型中发现，术后脊髓背角浅层CaMKⅡ蛋白表达量和CaMKⅡ磷酸化水平明显增高，术前或术后第1～3天鞘内注射CaMKⅡ抑制剂KN93能有效减缓异常性疼痛和痛敏发生和发展，显著降低大鼠甲醛实验Ⅱ期伤害行为。同样在CCI模型中，研究者发现术后异常性疼痛和热痛觉过敏可持续28 d左右，鞘内注射CaMKⅡ抑制剂AIP能显著减轻CCI手术诱导的痛觉过敏[10]。不同慢性疼痛疾病模型研究结果均表明，CaMKⅡ在外周神经痛发生及发展中起重要作用。

2.2 CaMKⅡ与中枢神经痛(CNP) CNP是指由中枢神经系统损伤或病变导致的神经性疼痛，分为脊髓相关疼痛和脑相关疼痛。CNP通常由各种原发性疾病导致，如脊髓损伤、脑卒中后、多发性硬化等[11]。Crown等[12]在脊髓T10段挫伤大鼠神经痛模型中发现，背角神经元中CaMKⅡ磷酸化表达明显增加，与脊髓损伤诱导的异常性疼痛和痛觉过敏变化水平一致；鞘内注射CaMKⅡ抑制剂KN93后，能有效减轻脊髓损伤诱导的异常性疼痛和痛觉敏感；脊髓损伤后，损伤脊髓背角神经元过度兴奋，引起痛觉敏感，应用CaMKⅡ抑制剂KN93后能降低脊髓背角神经元高敏感性。Gwak等[13]研究发现，脊髓损伤导致的CNP与CaMKⅡ活化有关，脊髓损伤后背角神经元中活性氧(ROS)过度表达是导致神经痛重要因素之一，ROS过度表达刺激CaMKⅡ表达和活化；给予ROS清除剂苯基-N-叔丁基硝酮(PBN)治疗后，有效减轻脊髓损伤诱导的异常性疼痛和脊髓痛敏，CaMKⅡ活化同样受到抑制；鞘内注射CaMKⅡ抑制剂KN93后，脊髓损伤诱导的异常性疼痛和痛敏有明显缓解，证明ROS过度表达引起神经性疼痛通过CaMKⅡ介导实现。

2.3 CaMKⅡ与炎症性疼痛 炎症性疼痛是指由创伤、细菌或病毒感染等引起组织损伤导致炎症时产生的疼痛，通常与组织损伤导致的外周性感觉神经元过度兴奋有关，其特征为痛觉过敏和异常性疼痛[14]。目前，炎症性疼痛模型是通过在皮肤黏膜或体内注射刺激性化学物质，从而诱导产生局部炎症和疼痛，常见刺激性化学物质包括辣椒素、福尔马林、角叉菜胶和完全弗氏佐剂(CFA)等[15]。Fang等[16]在大鼠左侧足底注射3%辣椒素诱导炎症性疼痛，发现大鼠脊髓腰段(L3-L6)CaMKⅡ蛋白和CaMKⅡ磷酸化蛋白表达量明显增高，且表达增加主要集中在脊髓浅表背角和较深层胞体中；而后鞘内给予CaMKⅡ抑制剂KN93，辣椒素诱导的异常疼痛和痛觉过敏症状明显好转；中枢敏化是注射辣椒素后产生异常性疼痛和痛觉过敏的基础，而CaMKⅡ是伤害性背角神经元中枢敏化关键蛋白，其在中枢敏化作用机制类似于在长时常增强(LTP)。Luo等[17]在小鼠足底注射CFA诱导炎症性疼痛模型，发现CaMKⅡ磷酸化水平表达增加，鞘内注射CaMKⅡ抑制剂后可剂量依赖性延缓和逆转注射CFA诱导的异常疼痛和痛觉过敏，认为其作用机制为阻断了CaMKⅡ信号通路从而缓解炎症性疼痛。Wang等[18]在炎症性疼痛模型小鼠鞘内注射α2去甲肾上腺素受体激动剂可乐定，发现其有效缓解炎症性疼痛的机制与抑制CaMKⅡThr286位点自磷酸化有关。上述研究结果均表明，CaMKⅡ在炎症性疼痛中的重要作用。

2.4 CAMKⅡ与癌性骨痛 癌性骨痛是指由骨原发性肿瘤或癌症骨转移引起的骨疼痛，是慢性疼痛中最难控制和最严重疼痛之一[19]，其疼痛特征为持续性自发疼痛，且随时间推移逐渐加重，疾病末期随意肢体运动均能诱发剧烈疼痛。有报道称，约有75%恶性肿瘤晚期患者饱受癌性骨痛折磨，严重影响生活质量[20]。Liu等[21]将骨肉瘤细胞植入C3H/HeJ小鼠右股骨髓内诱导骨癌痛行为，发现脊髓细胞中CaMKⅡ磷酸化表达水平显著增高，而鞘内注射CaMKⅡ抑制剂KN93后，骨癌相关疼痛行为有效减轻，且脊髓细胞中CaMKⅡ磷酸化表达水平下降，认为CaMKⅡ在癌性骨痛发生和发展中起重要作用。Hu等[22]在Walker256乳腺癌细胞诱导大鼠骨癌痛模型中发现，术后鞘内注射CaMKⅡ抑制剂AIP能显著延缓肿瘤细胞移植诱导的异常性疼痛和痛敏进展。趋化因子受体CXCR4通过激活脊髓神经元和脊神经胶质细胞在癌性骨痛中起重要作用，而CAMKⅡ/CREB信号通路是重要下游转导通路，由趋化因子受体CXCR4介导的CaMKⅡ/CREB信号通路在癌性骨痛发展中起重要作用。Chen等[23]在研究中同样证实，将Walker256细胞注入胫骨腔后，脊髓中CaMKⅡ/CREB信号通路激活，而抑制CaMKⅡ/CREB信号通路能有效缓解肿瘤细胞注射诱导的异常性疼痛和痛觉过敏。

综上所述，疼痛尤其是慢性疼痛作为一种疾病，已经越来越受到医疗工作者重视，CaMKⅡ在神经病理性疼痛、炎症性疼痛、癌性骨痛发生和发展中发挥重要作用；抑制CaMKⅡ活性能有效缓解慢性疼痛，表明CaMKⅡ可能成为将来慢性疼痛治疗的一个重要靶点。