腺苷及其受体参与针刺镇痛调控机制探讨

吴金蓉，张 迪，周萌萌，常洪恩，刘阳阳，房钰鑫

(天津中医药大学，天津 301617)

疼痛是一种临床上常见的病症，会对个人和社会带来严重的影响。国际疼痛研究协会(IASP)将疼痛定义为“与实际的或潜在的组织损伤相关或类似的令人不愉快的感觉和情感体验。”[1]据统计，每年全球约有20%的成年人患有疼痛，新确诊为慢性疼痛的人约为10%[2]，且慢性疼痛是一个常见的持续性问题，发病率相对较高且康复率较低[3]，因此成为了医学界不容忽视的问题。口服或注射各类止痛药物和手术是目前治疗疼痛的常见手段，但都存在着不同程度的副作用[4]。针刺作为一种中国古代传统的特色医学治疗手段，操作简便、起效迅速和安全有效，其镇痛的疗效早已明确，但作用机制尚不清楚，而针刺镇痛作用机制的研究一直以来也是该领域的研究热点，针刺的镇痛机制十分复杂，涉及多系统的神经递质、调质、激素和免疫因子等信号分子和MAPK、NF-KB等信号通路。自从2010年美国Goldman课题组发表了腺苷参与针刺镇痛起效过程的相关研究[5]，科学家们逐渐认识到腺苷信号及其通路介导针刺镇痛的重要作用。本研究将重点阐述腺苷及其受体参与疼痛和针刺镇痛调控机制的研究进展，以期为进一步阐明针刺镇痛的调控机制提供一定的理论依据。

1 腺苷及腺苷受体的介绍

腺苷(Adenosine，ADO)是一种内源性嘌呤核苷，是中枢神经系统重要的神经调质，且作为一种神经递质，参与外周和中枢系统的疼痛信号传导和调节。腺苷受体(Adenosine receptor，AR)是位于细胞膜上的G蛋白偶联受体，可分为4个亚型：A1、A2a、A2b和A3，广泛分布在全身各个器官和组织中。虽然腺苷各亚型受体有着相似的分子结构，但它们对腺苷的亲和力却是有差异的，其中腺苷A1受体的亲和力最高，腺苷A2B受体的亲和力最低(ADORA1>ADORA2a>ADORA3>AODRA2b)[6]。腺苷及其受体的相互作用是启动腺苷信号及其通路的重要环节，且腺苷信号及其通路作为中枢神经系统(CNS)和周围神经系统(PNS)中重要的信号通路之一[7]，不但参与了睡眠、焦虑、运动、觉醒、认知和记忆等生理功能的调节，在癫痫、疼痛、局部缺血或缺血性器官损伤、炎症、癌症和缺氧等各种疾病状态下亦发挥了重要的作用[8]。

2 腺苷及腺苷受体在疼痛中的作用

2.1 腺苷A1受体在疼痛中的作用

腺苷可通过激活腺苷A1受体在多种疼痛模型中诱导抗伤害感受来发挥镇痛的作用，尤其对慢性疼痛的镇痛作用更为显著。以往的研究发现腺苷A1受体主要是通过对神经元传递的抑制作用或与神经元钾通道发生耦合作用来发挥镇痛作用[9]。在树脂毒素(RTX)神经病模型中，Kan等发现背根神经节(DRG)处腺苷及A1受体的减少是由前列腺磷酸酸酶(PAP)的减少导致的，而腺苷及其A1受体的减少可能是引起疼痛超敏反应的主要原因[10]。Lima等发现外周腺苷A1受体的激活可以减少炎症性高伤害感受，当在大鼠足底注射A1R拮抗剂时可增强由角叉菜胶诱导的痛觉过敏，而在注射A1R激动剂后则可逆转角叉菜胶诱导的高伤害感受。该团队进一步研究发现A1受体的镇痛机制还涉及一氧化氮(NO)、ATP敏感性钾通道(KATP)、环磷鸟嘌呤核苷(cGMP)和蛋白激酶(PKG)等信号传导途径[11]。随着对腺苷信号及其通路的深入研究，Okumura等在结肠扩张模型大鼠皮下注射腺苷A1受体拮抗剂预处理，发现有效阻断了注射的CPA(A1受体激动剂)或Orexin-A(食欲素)诱导的抗结肠扩张的镇痛作用，可见腺苷信号及其通路可能还参与了内脏的抗伤害感受作用[12]。该团队在进一步的研究中还发现在给小鼠皮下注射CPA，同时在脑池内注射5-HT1A受体或5-HT1B受体拮抗剂、CB1受体或CB2受体拮抗剂、多巴胺D1受体或D2受体拮抗剂和阿片受体拮抗剂，结果显示腺苷A1受体激动剂可能通过中枢神经系统的5-HT1A、5-HT2A、多巴胺D1或大麻素CB1受体以及阿片受体来诱导内脏抗伤害感受[13]。另外一些学者还发现基因敲除腺苷A1受体会导致小鼠痛觉过敏和对慢性疼痛的敏感性增加，增强了伤害性刺激的反应，机体的抗伤害能力明显减弱[14-15]。

2.2 腺苷A2受体在疼痛中的作用

腺苷也可通过调节腺苷A2受体(包括A2a、A2b受体)在多种疼痛模型中发挥镇痛的作用。其中对A2a受体的作用争议性很大，腺苷A2a受体激动剂既可表现为抗伤害感受作用也可表现为伤害感受作用，而其拮抗剂则仅表现为抗伤害感受作用[16]。Doak等发现腺苷A2a受体激动剂可以使疼痛模型大鼠的相关疼痛的行为增加，说明腺苷可能通过其A2a受体介导增强福尔马林测试中的伤害感受作用[17]。但Loram等发现在鞘内单次剂量注射腺苷A2a激动剂可持久减轻多种神经病理性疼痛模型中的机械性异常性疼痛，A2a受体可能通过脊髓背角的神经胶质细胞中的蛋白激酶(PKA和PKC)持久抑制促炎性细胞因子来发挥镇痛作用，由此可见脊髓中腺苷A2a受体的激活可以持久地抑制神经病理性疼痛症状[18]。在腺苷A2a受体拮抗剂的研究中，Bastia等发现对急性疼痛模型小鼠注射腺苷A2a受体拮抗剂后会产生明显的抗伤害感受作用[19]。另有学者观察到敲除小鼠腺苷A2a受体后会出现明显的痛觉过敏现象[20]。Bailey等通过进一步研究发现腺苷A2a受体拮抗剂还可以改变阿片受体介导的镇痛作用[21]。

有关腺苷A2b受体的研究相比A2a受体较少，且在目前的研究中只发现了A2b受体具有伤害感受作用。在肠道中腺苷A2b受体呈高表达状态，参与了肠道功能的正常运行。Teita等研究表明A2b受体参与了肠易激综合症(IBS)的发病过程，并可以通过抑制腺苷A2b受体的活性来调节肠易激综合征的腹痛症状[22]。另有研究认为，腺苷及其A2b受体是通过促进免疫-神经元相互作用在慢性疼痛的发生中起主要作用的，实验发现在慢性疼痛模型中，腺苷的升高导致腺苷A2b受体的表达量增加，进一步激活感觉神经元的伤害感受器及背根神经节上的白介素-6(IL-6)、瞬时受体电位类香草酸受体1(TRPV1)基因的表达也有增加，从而促进超敏反应，最终产生慢性疼痛[23]。

2.3 腺苷A3受体在疼痛中的作用

随着对腺苷A1、A2受体的研究不断深入，对腺苷A3受体的研究也在不断增加，人们发现腺苷也可通过激活腺苷A3受体诱导抗伤害感受来发挥镇痛的作用。Chen等在神经性疼痛模型小鼠和大鼠腹膜内注射腺苷A3受体激动剂，发现疼痛明显减轻，但其中的原理、机制并不清楚[24]。随后Ford等也发现神经性疼痛大鼠及小鼠在注射腺苷A3受体激动剂后疼痛明显减轻，腺苷可通过激活A3受体来增强GABA能神经元的抑制作用从而介导抗伤害感受，同时还可以增强钾氯共转运体2(KCC2)活性来增强抗伤害感受作用[25]。亦有学者提出腺苷A3受体激动剂减轻神经性疼痛的机制可能由脊髓背角抑制小胶质细胞的激活和脊髓传入的伤害性感受的输入介导[26]。另有研究表明腺苷A3受体的镇痛作用可能与蛋白激酶(MAPK/ERK)和促炎性细胞因子以及cAMP反应元件结合蛋白(CREB)信号蛋白的抑制有关[27]。阿片受体介导镇痛作用，腺苷及受体与内源性的阿片受体有着密切的联系，阿片类药物引起的痛觉过敏和抗伤害感受耐受性的不良反应，主要是由于脑内腺苷A1受体转导通路的减弱所致[28]，近期研究发现慢性吗啡用药会增加腺苷激酶(ADK)活性并降低脊髓处内源性腺苷A3受体，并且使脊髓中NLRP3炎症小体活性失调，导致吗啡诱导的不良反应，且鞘内注射腺苷A3受体激动剂通过下调脊髓中NLRP3的激活能减轻吗啡诱导的不良反应[29]。

3 腺苷及腺苷受体在针刺镇痛中的作用

3.1 腺苷及腺苷A1受体参与针刺镇痛

自2009年在《Medical Hypothesis》Geoffrey Burnstock教授提出嘌呤信号可能揭示针灸的作用原理的假说后，对于嘌呤能信号传导是否能揭示针灸的作用机制便引起了学术界的高度关注[5]。早在20世纪90年代，刘长宁等的研究就表明腹腔注射腺苷受体阻断剂——茶碱和咖啡因阻断了电针的效应，腹腔注射潘生丁(腺苷释放抑制剂)缩短了电针的后效应、减弱了电针的效应[30]。腺苷及腺苷A1受体与针刺镇痛的外周机制有关。2010年，Goldman及其团队发现手针针刺小鼠足三里穴，穴位局部的腺苷浓度增加了约24倍，随后为了进一步证明腺苷及其受体在针刺镇痛中的作用，研究者在炎性痛和神经病理性痛模型小鼠穴位局部注射腺苷A1受体激动剂，发现小鼠的热痛和机械触痛反应明显减轻，而针刺穴位局部也具同样的效应，但针刺腺苷A1受体敲除小鼠时其镇痛作用将明显降低或消失，这一系列的研究首次揭示了针刺的镇痛作用是由穴位局部腺苷的释放和腺苷A1受体的激活介导的[31]。为了进一步证明腺苷及其A1受体是否在人身上也发挥相同作用，Takano等对健康人的足三里穴进行针刺，同样也发现针刺可以触发腺苷的释放，且腺苷含量在取针后30 min内仍然维持在较高水平，该现象与前面的动物实验一致[32]，更表明了腺苷信号及其通路在针刺介导的伤害感受中的重要性。Huang等从肥大细胞的角度进一步解释了针刺刺激腺苷浓度在穴位增加的具体途径[33]，研究发现针刺镇痛过程中穴位局部腺苷浓度的增加受肥大细胞活化的调节，当肥大细胞的激活被抑制时，针刺则不再引起穴位局部腺苷浓度的增加。

针刺镇痛的中枢机制也与腺苷及腺苷A1受体有关。韩晶等发现佐剂性关节炎模型大鼠中腺苷A1受体在下丘脑和脊髓表达量减少，电针刺激可以促使A1受体的表达增多从而达到镇痛的作用[34]。Liao等发现在炎性疼痛模型小鼠中，电针可以促使背根神经节(DAR)和脊髓背角(SCDH)处腺苷和腺苷A1受体的释放，通过瞬时受体电位香草样1型(TRPV1)途径来减轻小鼠的炎性疼痛，这也说明了在中枢神经系统中腺苷和腺苷A1受体介导了针刺镇痛的作用[35]。张明晓等发现在神经性疼痛模型大鼠鞘内注射A1受体拮抗剂可逆转电针的抗伤害感受作用，且电针抑制了脊髓背角中星形胶质细胞的激活，说明了大鼠脊髓中的腺苷A1受体有助于电针抑制脊髓背角中星形胶质细胞的激活以及促炎性细胞因子(TNF-α)的上调来发挥镇痛作用[36]。赵亭等在腺苷A1受体敲除的基因小鼠的急性疼痛模型中，证明了腺苷A1受体参与针刺镇痛，且在其中发挥重要作用，并且咖啡因可以拮抗腺苷及腺苷A1受体的作用,从而减弱了针刺镇痛[37]。Ren等在神经病理性疼痛模型中，发现电针信号降低了P2X3受体的表达，并激活了腺苷A1受体，其镇痛作用有可能是通过同时调节腺苷A1受体和P2X3受体的表达诱导的，说明了针刺的镇痛作用可能涉及腺苷信号通路和其他的嘌呤信号通路[38]。

3.2 腺苷及腺苷A2、A3受体参与针刺镇痛

在针刺镇痛中随着对腺苷A1受体的深入研究，腺苷A2、A3受体的研究也逐渐引起关注，且人们发现了腺苷A2、A3受体也介导了针刺的镇痛作用。Li等发现电针足三里和三阴交穴明显降低了胶原诱导性关节炎大鼠的关节损伤和痛觉过敏,其主要机制是电针可升高腺苷水平,并伴随腺苷A2a受体增加,抑制促炎性细胞因子TNF-α的释放来发挥镇痛作用，且电针的镇痛作用能被腺苷A2a受体拮抗剂所阻断，说明腺苷A2a受体介导了电针的镇痛作用[39]。在炎症性肠病(IBD)内脏疼痛模型小鼠中，侯腾飞等发现电针增加了结肠组织中的腺苷A1受体、腺苷A2a受体和腺苷A3受体的表达，同时减少了腺苷A2b受体的表达。使用腺苷A1、A2a或A3受体拮抗剂后，明显抑制了电针的镇痛作用，并抑制了结肠组织中的P物质(SP)和白介素1β(IL-1β)的表达，而使用腺苷A2b受体拮抗剂后，并没有抑制电针的镇痛作用，说明电针可以通过调节周围腺苷A1、A2或A3受体来抑制炎症因子SP和IL-1β的表达，从而抑制炎症性肠病小鼠的内脏疼痛[40]。有研究发现针刺正常大鼠足三里穴可明显延长甩尾潜伏期，增加大鼠对热刺激的耐受性，而当在大鼠针刺前腹腔内注射腺苷A3受体激动剂或拮抗剂时，A3受体激动剂和拮抗剂则分别表现出增强和减弱该针刺效应的作用[41]。

以上研究说明了腺苷及其受体参与了手针和电针治疗过程中的抗伤害作用。有研究表明在术后疼痛小鼠模型中，预先急性或慢性给与咖啡因(腺苷受体的拮抗剂)明显抑制了电针和手针诱导的抗伤害感受作用和抗痛觉过敏作用。这也说明了不管是电针还是手针，腺苷及其受体都介导了其镇痛的作用[42]。见表1。

表1 腺苷及其受体参与疼痛、针刺镇痛的调控机制

4 结论

综上所述，大量研究已经证实了腺苷及其受体在介导疼痛和针刺镇痛方面均发挥了重要作用。但目前有关腺苷及其受体参与针刺镇痛的研究多集中于外周通路机制方面，对于其如何介导中枢通路而发挥镇痛效应的机制研究尚不明确；并且由于腺苷受体存在4个亚型且与腺苷亲和力不同，腺苷在介导疼痛作用时是否先后与多个亚型受体结合从而发生级联效应仍有待进一步深入探讨。