偏头痛发病机制中信号传导通路相关研究进展

翟庆龄， 董晓梦， 谢丹娜， 王凯新综述， 陈金波审校

偏头痛是常见的原发性头痛性疾病，是目前世界上第三大流行疾病，第二大致残性神经系统疾病[1]。然而，近几年国内外对偏头痛发病机制和治疗药物研究并没有显著进展。50%左右的患者对偏头痛症状复发的治疗并不满意。偏头痛发病机制非常复杂，也存在很多争议。它最初定义为由三叉神经控制的血管异常舒张而引起的血管疾病。随之皮质扩散抑制(cerebral spreading depression,CSD)学说、三叉神经血管反射学说、离子通道和遗传等学说相继问世[2]。目前认为偏头痛先兆与CSD相关，而偏头痛与三叉神经血管系统的激活相关[3]。三叉神经一级神经元位于三叉神经节内，轴突感受器将来自硬脑膜、三叉神经周围血管伤害性信号感觉传递，它的中央测止于三叉神经脊束尾核(trigeminal nucleus caudalis,TNC)，TNC的二级神经元上升投射止于脑干、下丘脑，丘脑核区域处理来自三叉神经血管系统的感觉信号，构成典型偏头痛的病理机制。在血管功能的级联反应中，二级神经元也参与了神经递质的释放，特别是降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)，CGRP与血管上受体结合后，使脑膜和皮质的血管扩张和血流增加，这两者都会进一步激活血管和脑膜痛觉感受器，导致偏头痛。

1 偏头痛发病机制中信号传导通路

神经元稳态的分子信号传导通路在偏头痛发病机制中受到高度调控。在人体偏头痛和偏头痛实验动物模型中，许多信号传导通路被异常激活或抑制。异常的信号传导通路不益于机体自我更新、增殖、生存和分化，因此导致疾病状态。信号传导通路是由外在和内在的分子信号和调控元件组成，不是单一线性，而是相互交织成信号网络，促进通路间的交联反应。因此，本文强调信号传导通路级联反应在偏头痛发病机制中的作用，并介绍小胶质细胞炎症因子的激活对这些通路的影响与作用。

1.1 MAPK通路 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen actived protein kinase,MAPKs)由c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-terminal kinase,JNK)、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)组成，将来自脂多糖和促炎因子等细胞外的刺激转化为细胞内的转录活化[4]。MAPK信号传导通路可以被不同刺激激活，其上游包括促炎因子肿瘤坏死因子-α(tumornecrosis factorα,TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、P物质(substance P,SP)和炎症蛋白诱导型一氧化氮合酶(inducible Nitric Oxide,iNOS)、环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、离子钙接头蛋白分子1(ionizedcalciumbindingadapter1,Iba-1)以及如氧化、基因毒性等病理刺激。MAPK的磷酸化状态使促炎细胞因子及其他疼痛介质含量增加，从而诱导、维持甚至恶化神经性疼痛的状态[5]。其通过非转录处理和增加基因转录激活下游信号传导通路，产生短期的功能变化和长期的适应性变化。例如，磷酸化的ERK易位到细胞核，核因子E2相关因子2(NF-E2-relatedfactor2,Nrf2)，调控血红素氧合酶-1(hemeoxygenase-1,HO-1)的表达，达到抗氧化和抗炎症作用[6]。激活的ERK可以诱导核糖体S6蛋白激酶(ribosomals6kinase,RSK)的激活，使丝氨酸133位点上的转录因子环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB)磷酸化，随之结合到DNA启动子区域启动基因转录。MAPK信号在偏头痛发病机制的作用已经在硝酸甘油(nitroglycerin,NTG)诱导的动物模型中得到证实。Lai等[7]认为钩藤碱的抗偏头痛作用是通过抑制由NTG激活MAPK/核因子-κB(Nuclear factor-κB,NF-κB)完成。在电刺激上矢状窦的偏头痛大鼠模型中，研究人员发现缓慢给予帕罗西汀抑制了TNC中p38MAPK的激活[8]，从而起到缓解偏头痛的作用。此外，在大鼠硬脑膜、三叉神经节(trigeminal ganglion,TG)和TNC中，p-ERK是NTG诱导中枢敏化较好的标志物。一方面p-ERK增加受体可塑性，如α-氨基-3羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸(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钾通道的活性，诱导和维持中枢敏化[9]。这些研究均表明，MAPK通路在偏头痛的发生和维持中有着密切的关系。然而MAPK家族作用在不同脑区的作用不尽相同，ERK在成人的神经元可塑性中发挥重要作用，而p38和JNK在调节炎症反应和神经变性方面发挥重要作用。Xia等[10]首次发现JNK-p38信号通路的在神经元凋亡过程中是激活的，而ERK是抑制的；在有关突触可塑性的研究中，ERK主要与调节长时程增强，而p38MAPK抑制剂并没有影响长时程增强而主要抑制了长时程抑制。

1.2 cAMP/PKA/CREB分子通路 环磷酸腺苷(cyclicadenosine3’,5’-monophosphate,cAMP)是最常见的第二信使，由三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)通过腺苷环化酶生成，并被磷酸二酯酶(phospho diestcrase,PDEs)降解为5单位磷酸一腺苷(adenosine monopho sphate,AMP)。cAMP下游为蛋白激酶A(proteinkinaseA，PKA)，由两个调节亚基(PKA-r)和两个催化亚基(PKA-c)组成。据报道，cAMP-PKA信号传导通路主要参与免疫反应、细胞代谢、突触前神经递质的合成和突触可塑性等神经活动，而慢性疼痛包括偏头痛的主要发病机制与这些神经活动密切相关[11]。活化的PKA不仅可以激活关键转录辅助因子CREB磷酸化，引起下游信号变化，而且还会激活离子通道、活化细胞驱动蛋白以及调节代谢酶活性。诸如此类的磷酸化过程交织cAMP/PKA/CREB信号传导通路与其他信号级联反应，形成复杂的信号网络，并提供多个反馈回路而进一步调节cAMP活性[12]。cAMP/PKA/CREB通路在神经系统突触可塑性的诱导和维持中起着至关重要的作用。有研究表明cAMP/PKA/CREB通路参与炎性疼痛、神经性疼痛和骨癌疼痛。在偏头痛动物实验中，cAMP/PKA/CREB信号激活，且在偏头痛患者发作期间血浆cAMP和CGRP水平升高[13]。周期性AMP水平升高会激活三叉神经，增强中枢敏化。西洛他唑是一种选择性磷酸二酯酶3(phosphodiesterase3,PDE3)抑制剂，因抑制PDE水解cAMP过程增加细胞内cAMP水平，诱发偏头痛样发作[14]。同样，在测试偏头痛痛阈行为实验中，PKA抑制剂组机械痛痛阈较空白组显著提高，该实验进一步证明PKA抑制剂减轻偏头痛的痛觉敏感是通过抑制cAMP/PKA/CREB信号传导通路[15]。还有实验证明不同的PKA抑制剂，如H-89和PKI(14-22)均可阻断CGRP释放，从而抑制疼痛敏化[16]。这些数据均表明，cAMP/PKA/CREB通路为引发头痛和偏头痛提供了有趣的探索，值得未来关注。

1.3 NF-κB通路 NF-κB在编码神经炎症和免疫反应的基因转录中发挥关键作用。在非活性状态，NF-κB通过与NF-κB抑制蛋白-α(I-κBα)结合而被隔离在细胞质内。一旦IκBα磷酸化降解，随即释放NF-κB进入细胞核，启动基因表达。未活化状态时，NF-κB位于细胞质内，特定的刺激下其p65亚基转移到细胞核，启动转录活动。各种研究均表明，NF-κB及其下游促炎细胞因子参与了偏头痛。例如，在NTG触发转录事件后，欧柑橘通过抑制NF-κB通路缓解偏头痛[17]。在硬脑膜下注射NTG诱导的偏头痛实验中，NF-κB增加了iNOS的转录表达，导致偏头痛。此外，在研究丙戊酸钠(valproate,VPA)治疗偏头痛实验中发现，VPA可能通过抑制NF-κB表达来缓解偏头痛[18]。有学者认为NTG诱导的偏头痛，实际上是启动了NF-κB的活化过程，在此过程中，一氧化氮(NO)加速IκBα-NF-κB复合物的降解，NF-κB入核调节炎症介质的表达，如TNF-α、IL-1β和COX-2，从而参与偏头痛病理生理过程[19]。

1.4 NO/sGC/cGMP通路 在过去的30 y中，许多研究证明NO与偏头痛发病有关。一氧化氮一旦形成，就会与其高亲和力受体可溶性鸟苷酸环化酶(soluble guanylate cyclase，sGC)结合并活化。活化的sGC将三磷酸鸟苷(guanosinetriphosphate,GTP)转化为第二信使-环鸟苷酸(Guanosine3’，5’-cyclicmonophosphate，cGMP)，其下游为cGMP依赖的蛋白激酶，也被称为蛋白激酶G(protein kinase G,PKG)。有研究表明NO/sGC/cGMP通路的上调与偏头痛有关。为了支持NO-sGC通路在偏头痛中的作用，Manel Ben Aissa研究了新型sGC激动剂VL-102，增加cGMP产生并诱发偏头痛相关痛觉过敏[20]。同样的，sGC抑制剂ODQ，可有效减少慢性偏头痛相关疼痛发生。cGMP由PDE5降解为GMP，PDE5抑制剂西地那非在偏头痛患者能引起偏头痛样症状[21]。这些研究结果明显深化了NO作为偏头痛的标志性物质的概念，并建立了非常有意义的偏头痛NTG模型，其NO/sGC/cGMP信号传导通路在偏头痛启动和维持疼痛中起到关键作用。

2 信号传导通路之间的交互作用

如前所述，信号转导途径不是单一线型存在的。某些情况下，偏头痛中会出现各种通路之间的交互作用。 Lai等[7]发现，钩藤碱缓解偏头痛是通过抑制MAPK/NF-κB通路发挥作用。MAPK和NF-κB信号传导通路的协同作用有助于深入了解偏头痛的发病机制。在CGRP和西地那非引起的偏头痛发作中，cAMP与cGMP通路汇合共同诱导偏头痛发作得到了证实[21]。在另一些实验中，去除卵巢的雌性大鼠逆转了NTG诱导的偏头痛模型中脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)、TrκB、p-CREB和p-ERK的升高[22]。相反，外界给予雌激素的普通雌鼠也能逆转BDNF、TrκB、p-CREB和p-ERK的升高。BDNF/TrκB和ERK/CREB轴对于偏头痛中雌激素信号的诱导或发展具有重要性[23]。

3 神经元-胶质细胞信号转导

越来越多的证据表明，神经元-胶质细胞相互作用可能在偏头痛病理生理学中发挥重要作用，如中枢敏化和外周敏化。被激活的小胶质细胞可以通过趋化诱导作用与神经元沟通并产生各种促炎细胞因子，其结果为进一步放大伤害性信号形成正反馈调节。

有研究表明，由小胶质细胞分泌产生IL-18参与偏头痛信号传导通路[24]。在炎性汤(inflammatory soup,IS)反复硬脑膜剌激诱导的慢性偏头痛模型中，活化的小胶质细胞合成并释放IL-18，可促进NF-κB磷酸化[25]。活化的NF-κB增强维持偏头痛中枢敏化的关键分子-BDNF的转录。反之，抑制IL-18产生显著抑制NF-κB磷酸化的激活，进而减少了偏头痛相关行为[26]。小胶质细胞，还可合成释放炎症因子TNF-α，后者参与多种疾病的病理生理过程，如偏头痛。TNF-α作用于(TLR4)激活MAPK家族成员(P38,ERK和JNK)信号传导，还可诱导NF-κB介导的转录[27]。Lalita Subedi[28]证实JNK/NF-κB/TNF-α信号传导通路参与了偏头痛的启动过程。Long等[29]研究发现，慢性偏头痛小鼠TNC中嘌呤能P2X4受体(purinergic P2X4 receptor,P2X4R)表达增强。大量证据表明P2X4Rs主要在小胶质细胞中表达，与炎症性疼痛、神经性疼痛和偏头痛有关。活化的P2X4 Rs引起p38-MAPK磷酸化，激活MAPK下游信号。反之，P2X4R抑制剂5-BDBD可预防机械性痛觉过敏。因此推断小胶质细胞通过调节P2X4R表达激活参与偏头痛信号传导通路的激活。

另一方面，皮质扩散性抑制(cortical spreading depression,CSD)是一种导致电活动长期抑制的现象[30]。此波传播缓慢，与卒中、头部创伤、偏头痛和癫痫有关。神经元-胶质细胞的交联在CSD的发生中发挥作用，小胶质细胞表达电压敏感的离子通道，包括Nav1.1、Kv1.3和Kv1.5，这些通道感知并参与CSD有关的电生理活动。

4 总结与展望

偏头痛作为一种临床常见疾病，对患者及其家庭、社会均造成很大影响。近年来对偏头痛发病机制的详细研究、偏头痛靶向药物治疗研究较少，治疗药物有限。为此，我们综述了近几年国内外对偏头痛信号传导通路机制的研究，涉及偏头痛相关病理过程，如炎症反应、突触重塑、中枢敏化等，为偏头痛发病机制研究提供一定的理论基础和实验依据，对偏头痛靶向治疗药物的研究提供一定方向。