A型肉毒素治疗慢性偏头痛机制的研究进展

赵士杰 任占秀 何 秋△

1)大连医科大学研究生院，辽宁 大连 116044 2)辽宁省人民医院神经内科，辽宁 沈阳 110016

2010年世界卫生组织全球疾病负担研究显示偏头痛发病率约为12%，最近研究表明每年2%～3%的偶发性偏头痛患者出现新发慢性偏头痛[1]。慢性偏头痛最常见的共病和危险要素是情感障碍和药物滥用[2-4]。慢性偏头痛的治疗主要包含以下三方面：(1)共病及危险因素的辨别与处理；(2)慢性偏头痛急性发作期的对症药物干预；(3)预防性治疗。迄今为止，多项循证医学证据表明A型肉毒素可以作为缓解慢性偏头痛的干预性药物[5-8]。

1998年BINDER等初次报道BoNT-A可以缓解慢性偏头痛症状，随后ELKIND及HAMDY等通过随机对照实验，采取固定位点的标准化注射BoNT-A，结果显示，注射BoNT-A与安慰剂相比显著减少了发作性偏头痛的发生率。2010年，美国食品和药物管理局(FDA)批准用A型肉毒杆菌毒素注射液治疗偏头痛。临床研究表明，与其他预防策略相比，BoNT-A在长期疗效和对偏头痛的耐受性方面可有效减少不良反应[9-12]。BoNT-A已被临床批准用于治疗慢性偏头痛，其发挥镇痛作用的机制有如下几方面。

1 抑制突触前膜神经递质的释放

1．1抑制乙酰胆碱释放目前，已有实验显示，BoNT-A选择性的作用于神经肌接头突触前膜，在不影响神经电兴奋性及传导的条件下，抑制与疼痛及炎症有关的神经递质释放，进一步松弛肌肉[13-16]，起到缓解疼痛的目的。最著名的作用机制是BoNT-A可阻断乙酰胆碱(acetylcholine，Ach)与突触囊泡的融合及释放。正常情况下，神经递质的释放首先需要从囊泡膜融合到突触前神经末梢的细胞膜上，此过程必须由可溶性N-乙基顺丁烯二酰亚胺敏感性因子附着蛋白受体(soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor，SNARE)复合物所介导，当囊泡释放ACh扩散并穿过突触间隙，达到突触后膜并与后膜上相应受体结合，导致肌肉的持续收缩。KIM等[17]通过对大鼠疼痛实验模型局部注射BoNT-A发现，在注射BoNT-A后，可阻止递质与突触小泡融合，抑制SNARE复合物的形成，抑制疼痛相关的神经递质、神经肽类、疼痛感应跨膜受体等，最终减少炎性痛觉过敏和水肿而缓解疼痛。

1．2降低降钙素基因相关肽含量到伤害性刺激的背根神经节的神经元细胞可产生降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)，CGRP作为一种具有扩张血管作用的神经递质，可广泛表达于中枢及外周。主要参与二级和三级神经元疼痛信号的传递，并参与脑干的疼痛调节[8]。研究表明偏头痛发病期间CGRP浓度显著升高[18-19]，CERNUDA等[20]通过检测注射BoNT-A前后慢性偏头痛患者的血清发现，注射BoNT-A后血清中CGRP的含量显著下降。BoNT-A之所以能降低CGRP的含量，主要原因是其可以够减少瞬时受体电位香草素1(transient receptor potential vanilloid receptor type-1，TRPV1)与神经末梢细胞膜的融合[21]。在三叉神经系统的中枢和外周均可表达的TRPV1在组织损伤、炎症和神经损伤相关的疼痛中起着关键作用。

BoNT-A可调控SNARE复合物介导的TRPV1向质膜转运，下调TRPV1的表达和通道活性[22]，抑制神经递质的释放，降低外周炎症反应，减缓疼痛[23]。目前为止，WHITCUP等[24]的动物实验及ROSHNI等[25]的临床对照研究证实，SNARE复合物由囊泡相关膜蛋白(vesicle-associated membrane protein，VAMP)、膜结合突触融合蛋白和突触相关蛋白-25(aptosomal-associated protein-25，SNAP-25)这三种蛋白质组成。SNARE复合物的作用在于协助囊泡运输和囊泡与膜融合。由于SNARE复合物存在于含有乙酰胆碱，P物质(substance-P，SP)和CGRP的囊泡上，颅外注射BoNT-A时通过裂解局部SNAP-25蛋白的C-末端[11-12]，破坏突触囊泡的融合、阻止与疼痛敏感性相关的神经递质释放，阻止血管舒张、血浆渗出和局部炎性细胞的激活，起到止痛作用[26-27]。

1．3抑制兴奋性神经递质BoNT-A也有效抑制兴奋性神经递质的释放[28-29]。在一项利用TRPV1激动剂诱导的人体疼痛模型研究中[28]，与注射生理盐水对照组相比，注射BoNT-A后人体间质液中的谷氨酸分泌受到抑制，肌肉伤害性感受器的机械敏感性降低，疼痛发作得到改善。

2 减弱外周和中枢神经系统敏化

2．1外周敏感化外周敏感化主要体现为疼痛过敏和反常性疼痛两种临床类型。外周神经的C纤维对局部组织损伤或炎症过程的反应增加导致其末梢神经痛觉敏感。受伤的局部组织通过释放促炎物质，降低外周伤害感受器的触发阈值以及激活受损神经元的痛觉信号。因此，由于越来越来的受损神经元致敏，使外周传入神经元对痛觉的下一步输入变得异常敏感，从而放大疼痛感应[30-31]。随着时间的推移，外周神经末梢释放促炎物质和离子通道受体的增加，加剧了躯体痛觉感应。BoNT-A可阻断囊泡运输，抑制蛋白激酶C的活化，减少感觉神经元中炎症介质的释放，控制外周致敏，减轻疼痛信号，从而缓解疼痛。

PATERSON等[32]发现，颅外注射BoNT-A可有效的降低局部组织的疼痛敏感性，而对低阈值机械和热刺激的敏感性未发生变化。认为背根神经节的神经元细胞中缓慢适应的机械门控电流与有害机械感应有关；BoNT-A可通过刺激机械感受器-1选择性地抑制慢适应性的机械门控电流，这种作用提高了机械痛阈值，而不改变光触觉和热敏。目前还不知道电流的主要渠道，更可能的解释是BoNT-A对机械敏感通道转运的影响，降低了外周及中枢敏感化，削减了痛觉的敏感性，起到镇痛作用。

2．2中枢敏感化中枢敏感化是指在长期慢性炎症和重复性疼痛下外周神经元的损伤或炎症变化。间接引起与中枢神经系统相关联的痛觉传导通路如脊髓背角感觉神经元、三叉神经尾核等发生一种可逆的长期的兴奋性增高，兴奋阈降低，突触效能增多的征象。中枢敏感化的过程涉及到包括谷氨酸等在内的多种神经兴奋性递质快速运输至神经元细胞膜上，在重复性传入刺激阶段，由SNAREs介导的钙通透性α-氨基羟甲基恶唑丙酸(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionate，AMPA)受体及N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)受体亚基的囊泡运载增多，导致触后膜兴奋性很快增加，进一步达到一种维持中枢敏感化的状态。

ATTAl等[33]发现，BoNT-A可以改变上述转运过程，减弱细胞去极化能力，降低细胞内痛觉信号传输，影响三叉神经突触效能来下调神经元兴奋性，减少局部释放促炎性物质，抑制中枢敏感化。BoNT-A对神经兴奋性递质运输的干预毫无疑问会影响其在中枢敏感化中的作用，从而对减轻慢性偏头痛产生深远的影响。

另有学说[34]表明，当偏头痛发生时，敏感化的三叉神经血管体系进一步诱导神经节、脊束核尾侧亚核和上泌涎核的传入冲动和副交感神经传出冲动加强，并促使下游硬脑膜血管的连续扩张，频繁刺激各层神经系统和三叉神经核，甚至通过释放炎性因子引起炎症反应，使头痛程度加剧。BoNT-A可减弱由上游和下行途径的激活引起的脑膜周围血管舒张及神经源性炎症，并减少与偏头痛相关的中枢敏感化。

3 跨突触转运机制

虽有人认为BoNT-A不会发生跨突触运动，然而近年来的数据对该观点产生质疑。AURORA等[31]证实，颅外注射BoNT-A后，通过轴突运输到达中枢神经系统区域可以实现痛觉回路的跨突触传递。但这种跨轴突运输的机制尚不明确。目前已经确定了两种摄取途径[35]，包括由局部囊泡循环介导的BoNT-A摄取途径和以远端逆行性内小体为基础的转运途径，不同部位注射BoNT-A后可通过其中任何一条路径转运达到中枢。尽管没有直接的数据支持这种跨突触运动在介导颅外注射BoNT-A对偏头痛症状改善方面的作用，但是BoNT-A沿着初级神经元传入途径最终到达中枢神经系统并且能够向二级神经元细胞膜移动以减少SNARE复合物介导的功能已经被证实[36]。

MATAK等[37]和JACOB等[38]利用大鼠三叉神经系统模型发现，BoNT-A可以在三叉神经节(trigeminalganglia，TG)中的相邻细胞体之间传递，并在相应的靶区域中切割SNAP-25蛋白，证实了三叉神经系统参与BoNT-A的轴突运输。当痛觉通路的二级神经元兴奋时，被的SNAP-25蛋白靶区会受到突触前效应的改变，阻止了神经递质释放及痛觉信号传导[39-40]，减缓慢性偏头痛。

4 减少神经源性炎症

近年来神经源性炎症在外周敏感化中的作用被人们所了解。前文提到的SP和CGRP作为一种神经递质，在炎症形成过程中亦起到重要作用。GUPTA等[41]发现在局部刺激组织后，无髓鞘的感觉传入末梢可释放钙依赖性囊泡介导的神经递质如SP和CGRP等。在脑血管和神经组织中可见到含有CGRP感觉神经纤维的广泛分布，CGRP发挥作用的途径往往是通过结合三种跨膜G蛋白偶联受体亚型，即CGRP-1、CGRP-2、CGRP-3。该受体效应物偶联导致腺苷酸环化酶的刺激和环磷酸腺苷的增加，通过血管平滑肌的内皮非依赖性舒张产生有效的血管扩张。

SP在背根神经节的细胞体中产生，可转运到脊髓的背角和感觉神经元的神经末梢。已有研究[42]显示，CGRP通过其血管扩张作用间接的增强SP诱导的血浆蛋白外渗，促进SP在背角神经元诱导的兴奋性，证实了两种肽之间的协同作用。

以上神经递质的释放和释放的结果通常是由TRPV1通道的激活介导，周围神经纤维细胞膜上TRPV1表达的增加对炎性痛觉敏化发生十分重要。BURSTEIN等[21]研究证明胞浆中携带TRPV1的囊泡通过胞吐的形式快速转移到细胞膜，这一过程被称为转位。在细胞致炎的过程当中，TRPV1通道的大量活化，促使钙离子向细胞内转运持续增加，诱导钙依赖性核心囊泡(large dense core vesicles，LDCVs)的胞吐作用，促进神经递质如CGRP的释放，此时神经递质释放的增加正反馈的促进LDCVs胞吐，此过程导致细胞炎症的持续发生[43]。

在偏头痛发作期间，三叉神经血管系统中被激活的初级感觉神经元(脑膜伤害感受器)神经节释放与炎症有关的活性产物释放可导致包括血浆外渗，肥大细胞脱粒和炎性细胞趋化性在内的一系列局部事件，共同改变局部的化学环境，激活周围神经末梢炎症反应发生，促使血管舒张和毛细血管通透性增加，导致易敏性感觉神经元的形成，参与头痛的发生[21，44-47]。

毫无疑问，偏头痛预防制剂BoNT-A可抑制由TRPV1通道的激活引起的神经递质的释放，抑制神经源性炎症，减缓疼痛[21，48-49]。这些效应与BoNT-A阻止与疼痛相关神经递质的释放能力是一致的，如BoNT-A可减少背根神经节细胞受刺激引发的炎性神经递质释放。尽管目前研究显示局部注射BoNT-A可以减少外周神经末梢释放神经递质和炎症介质来改善疼痛，但在皮肤和表面肌肉组织中这种局部效应对偏头痛活动变化的作用尚不清楚[50]。BoNT-A的抗炎和镇痛作用之间的关系仍然存在争议。

现有研究表明，BoNT-A对预防慢性偏头痛发作有一定作用[51，52]，但其镇痛的确切机制尚不明确，各实验研究之间尚存在分歧。目前临床上应用BoNT-A对慢性偏头痛发作的预防及维持时间相对局限，长时间重复注射会带来不良影响。通过对其镇痛机制的深入研究来采取有效干预措施延长慢性偏头痛发作及规避不良事件仍是一个值得医学研究人员关注的领域。同时，通过探讨偏头痛发病机制，研究出更有效的缓解头痛的药物也是备受瞩目的话题。