基于MAPK通路探讨阿片类药物治疗骨癌痛的机制

付 箫,张艳红,郭 鸿

(1.内蒙古医科大学，内蒙古 呼和浩特 010110；2.内蒙古医科大学附属人民医院麻醉科，内蒙古 呼和浩特 010020)

据世界卫生组织统计，2020年全球新发癌症病例有1 930万例，其中我国新发癌症457万例，癌症患者中最终会有70%～80%发生骨转移，其发病率为原发恶性肿瘤的35倍～40倍[1-2]。恶性肿瘤常以血液传播到全身，由于骨髓腔里血流量大，骨骼成为许多癌症最常转移的部位。骨转移的过程包括肿瘤生长、骨重建和骨破坏，这些都可能导致癌因性骨痛(CIBP)[3]，简称骨癌痛。

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路是一个极其复杂且重要的机体网络调控体系，广泛参与癌症的进展，包括细胞的生存、增殖、分化和凋亡。目前，其三个主要亚族[细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)、c-jun氨基末端激酶(JNK)和p38β激酶]的激活，是药物作用调节的关键靶点。ERK在人类癌症中参与多种重要细胞的增殖、生长和衰老作用[4]。p38β激酶在癌症中主要起抑制作用[5]。JNK主要参与细胞凋亡[6]。因MAPK信号通路的相关靶点和蛋白以及下游信号通路众多，在对抗癌症的作用中还有待深入研究。

临床上对于癌症疼痛的管理，依然选择阿片类药物用于止痛，最常用的阿片类药物有吗啡、芬太尼、羟考酮、美沙酮和曲马多，这些药物在围手术期和终末期癌症患者中都有使用。但反复使用阿片类物质会引起机体耐受成瘾[7-8]，因其具有强效镇痛作用，缺乏天花板效应，在治疗癌性疼痛中尚无其他药物能够替代，是临床上缓解癌痛的首选药物。目前对阿片类药物在癌性疼痛中的镇痛机制尚不清楚，大量研究表明，癌因性骨痛的镇痛作用可能依赖于支配骨骼的特定感觉神经元群体以及特定通道、受体和转录因子的表达[9]。因此，通过对MAPK信号通路的调节探讨阿片类药物治疗CIBP的机制。

1 MAPK信号通路在癌症中的调控

RAS蛋白是一个小鸟嘌呤三磷酸酶(GTPases)家族，它整合了各种上游来源的信号，当细胞外信号与受体结合时，生长因子受体结合蛋白2(Grb2)与激活的受体结合，形成受体-Grb2-SOS复合物，SOS与受体或受体底物蛋白上的酪氨酸磷酸化位点结合，催化RAS结合的鸟嘌呤二磷酸(GDP)交换为鸟嘌呤三磷酸(GTP)，从而激活RAS启动RAS途径[10]。神经纤维素1(NF1)可增强RAS的GTPase活性，使GTP水解为GDP，从而使RAS恢复到其与GDP结合的非活性。见图1。MAPK级联是调控多种细胞过程的关键信号通路，包括三个主要的激酶：MAPKKK、MAPKK和MAPK，它们激活和磷酸化下游蛋白。与MAP激酶(MAPKKK)同级联的Raf激活MEK1和MEK2，使下游ERK1和ERK2激活，参与不同的细胞反应。大量研究表明，RAS-MEK-ERK级联反应是肿瘤发生的主要介质[11]。

EGF：表皮生长因子，PDGF：血小板生长因子，VEGF：血管内皮细胞因子，Grb2：生长因子受体结合蛋白2，NF1：神经纤维素1，MEK：Ras/Raf/MAPK，RSKs：核糖体S6激酶，MNKs：MAP激酶相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，MSK：丝裂原和应激激活蛋白激酶。Ras/Raf/MAPK(MEK)/ERK通路是MAPK信号转导通路中最重要的信号通路。

直肠癌患者抑制p38 亚型，对细胞凋亡有保护作用[12]。p38 表达上调与单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)的上调有关，从而导致乳腺癌患者的破骨细胞分化和促进骨转移[13]。肝细胞癌中MAPK/ERK信号通路正向调控因子增加，在RAS、RAF、MEK和ERK等作用下，该信号通路被过度激活，通过抑制MAPK/ERK信号通路发挥肿瘤抑制作用[14]。JNK通路是多种肿瘤发展中的媒介，上游调控因子MAPK激酶使JNK磷酸化后，刺激下游靶点凋亡调节因子Bcl2家族成员和肿瘤抑制因子p53，形成JNK在乳腺癌、胰腺癌、肺癌、结直肠癌等癌症中的促凋亡功能[15]。MEK5/ERK5 MAPK级联是一个独特的信号模块，可被丝裂原和应激刺激激活，MEK5/ERK5通路还与多种疾病有关，包括癌症，最近它已成为一条主要的逃逸途径，在药物应激下维持肿瘤细胞的存活和增殖[16]。

2 阿片类药物治疗癌因性骨痛(CIBP)的机制

转移性骨癌痛的疼痛机制是十分复杂的，为缓解与治疗CIBP带来了巨大挑战。骨骼的新陈代谢非常活跃，是依靠成骨细胞和破骨细胞之间微妙的平衡，而维持正常的骨重建和完整性。骨骼微环境的变化会造成恶性循环，进一步促进骨骼破坏和肿瘤发展[17]。肿瘤细胞侵入骨骼后，骨组织微环境之间相互作用，激活破骨细胞，吸收骨基质的有机物和矿物质，参与溶骨过程，最终导致骨破坏，将成骨细胞储存的各种激素(如甲状旁腺脊髓和前列腺素)和生长因子(如胰岛素样生长因子、转化生长因子-β)释放并刺激肿瘤生长，打破了NF-κB受体激活蛋白(RANK)和NF-κB受体激活蛋白配体(RANKL)系统的平衡，上调骨细胞RANKL并调控破骨细胞和成骨细胞前体细胞的增殖，最终导致骨损伤[18]。

2.1吗啡：吗啡及其衍生物都是临床解除剧烈疼痛的主要药物。吗啡的镇痛作用是通过激动脊髓胶质区、丘脑内侧、脑室及导水管周围灰质等部位的阿片受体，主要是μ-阿片类受体，模拟内源性阿片肽对痛觉的调控而产生镇痛作用。吗啡能穿越血脑屏障，是治疗因晚期癌症引起身心痛苦最广泛使用的止痛药。

大量研究发现脊髓ERK的激活与镇痛有关，ERK在疼痛状态、阿片受体功能和副作用的病理生理学中起着十分重要的作用。Wei等实验[19]发现，Hsp90通过ERK机制调节疼痛行为，能够提高吗啡的镇痛效果，减少吗啡的副作用，在阻断磷酸化(p)-p38、p-ERK和磷酸化蛋白激酶B(p-AKT)激活的同时，吗啡的镇痛作用得到增强。通过激活信号蛋白来调节吗啡镇痛，降低p38、ERK和AKT的磷酸化，抑制p38通路改善吗啡的抗伤害效应并减弱吗啡耐受性。吗啡可通过PI3K/AKT/NF-κB途径抑制脊髓背根节细胞凋亡和促炎因子(TNF-α、IL-1、IL-6、IL-17)释放，减轻骨癌痛[20]。还可以阻断表皮生长因子受体/蛋白激酶B(EGFR/ERK)通路，抑制小胶质细胞活化，减少脊髓损伤后的小胶质细胞炎性反应和相关的继发性损伤，减轻疼痛[21]。Yan等研究发现，吗啡通过激活ERK通路，增加细胞内Ca2+浓度和caspase-1的表达，降低线粒体膜电位，协同诱导神经元细胞凋亡[22]。

这些研究提示吗啡对癌痛的调节可能是通过不同变化的信号蛋白激活来实现的。然而，吗啡的使用受到其不良影响的限制，如耐受性、躯体依赖性、痛觉过敏性和成瘾性等。并且有研究发现，吗啡耐受时中枢和外周神经系统的μ受体介导参与，慢性吗啡治疗增加了脊髓和后扣带回胶质细胞的激活，多种信号分子在脊髓小胶质细胞中表达上调，包括功能性受体和细胞内信号分子，这可能会释放促炎细胞因子和其他物质，最终加重慢性疼痛[23]。

2.2羟考酮：羟考酮是一种从生物碱副吗啡中提取出来的半合成阿片类止痛药，有速释(IR)和缓释(ER)两种剂型。对骨转移癌有有效的镇痛作用。羟考酮可高选择和激活脑和脊髓中的μ-阿片受体，虽然其亲和力不如吗啡，但可以完全激活κ-阿片受体，在不引起呼吸抑制和胃肠运动抑制情况下，发挥镇痛作用[24]。羟考酮独特的抗伤害性特征可能是由于脊柱上部位骨癌疼痛期间神经元功能的变化所致[25]。羟考酮调控上皮生长因子受体(EGFR)/ERK/Akt信号转导通路及氧化应激的变化，参与减弱或刺激癌症疼痛的疗效[24]。羟考酮通过激活背侧纹状体MAPK/丝裂原激活蛋白激酶(MSK)磷酸化信号通路，增加了组蛋白和环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB)的磷酸化而发挥自身作用[26]。

羟考酮在骨癌疼痛中具有独特的止痛效果，但对镇痛结果的机制知之甚少，目前对羟考酮在中晚期癌症患者镇痛中的研究太少，镇痛机制尚不清楚，严重限制了羟考酮的临床应用。

2.3丁丙诺啡：丁丙诺啡是μ-阿片受体(MOR)的部分激动剂，也是κ-阿片受体的拮抗剂，是治一种疗神经病理性疼痛的常见阿片类药物，丁丙诺啡具有独特和良好的药理学特性，有拮抗作用而无不良反应，目前用于阿片依赖的治疗，也有人建议将丁丙诺啡作为一线阿片类药物，治疗慢性疼痛。现在，这种用于治疗阿片类药物依赖的药物的使用，可以被认为是治疗癌症疼痛的重要一步，而不需要考虑依赖性或并发症[27]。丁丙诺啡可使背根神经节中磷酸化的p38-MAPK蛋白和表达MOR的p38-MAPK免疫反应阳性神经元数量显著增加。刺激大鼠海马区，增加ERK1/2磷酸化水平，但ERK磷酸化增加与缓解骨癌痛之间的可能关系仍未被探索[28-29]。

2.4美沙酮：美沙酮是一种低成本，独特长效的阿片类止痛药，因为它除了作用于μ-阿片受体，还能阻止大脑中脑导水管周围灰质区的单胺再摄取，并抑制突触前膜N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体。小剂量美沙酮在生命末期复杂的疼痛情情况下起效迅速，美沙酮通过依赖蛋白激酶C的途径诱导ERKs的磷酸化，激活JNK通路，以MOR依赖的方式启动细胞凋亡[30]，介导一些癌症疼痛，包括转移性骨癌痛。在其他阿片类药物的治疗中加入小剂量美沙酮可能会迅速改善疼痛控制，有良好的耐受性，能够减少阿片类药物引起的不良反应[31]。因此，美沙酮正受到越来越多的临床医生关注，并作为癌症疼痛的首选药物。

3 阿片类药物联合其他药物治疗骨癌痛

尽管阿片类药物在癌症相关疼痛的治疗中发挥着不可或缺的作用，但仍有疼痛缓解不足的情况发生，临床上为解决此问题，通常采用阿片类药物联合其他药物的方案进行止痛，既能增强镇痛效果，又能减少阿片类药物的剂量，避免高剂量药物带来的不良反应。

3.1吗啡联合其他药物镇痛：由于镇痛耐受性的原因，吗啡对癌症疼痛的持续治疗一直是有限的，长期使用吗啡引起的吗啡耐受和癌症进展导致吗啡剂量持续增加都是重大的医学问题。但因为吗啡的强效镇痛效果，依然是阿片类镇痛药的首选，目前临床上采用吗啡联合其他镇痛药物，减缓吗啡剂量的增加速度，增强镇痛效果，减少耐受情况，为中晚期癌症患者提供更好的镇痛方案。

3.2吗啡联合加巴喷丁和普瑞巴林：加巴喷丁和普瑞巴林是一种抗惊厥药物，已用于神经病理性疼痛治疗，通过结合突触前膜电压门控钙通道的α2δ亚型，减少钙离子和兴奋性神经递质的释放，与吗啡联合用药时，减少吗啡日均用药量，缩短起效时间，达到镇痛效果[32-33]。研究发现，普瑞巴林和加巴喷丁都不影响吗啡的信号转导，对ERK磷酸化无直接影响，普瑞巴林和加巴喷丁联合吗啡带来的积极效应可能是通过与μ受体调节的细胞和回路的相互作用来实现的[34]。

3.3吗啡联合大麻素2型受体(CB2R)激动剂：大麻素2型受体(CB2R)激动剂因减轻神经炎性反应，不引起精神药物副作用而倍受关注。激活CB2R的配体在许多神经疾病的靶向性治疗中具有巨大的重要性，包括神经退行性疾病、神经精神疾病以及创伤和神经性疼痛[35]。CB2R激动剂通过MAPK、丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶1(MKP-1)和丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶3(MKP-3)调节吗啡耐受，增强吗啡镇痛。慢性吗啡治疗降低了脊髓中MKP-1和MKP-3的蛋白表达，增加了p38MAPK、ERK1/2的磷酸化和促炎介质的水平。联合施用CB2受体激动剂AM1241可减轻慢性吗啡给药对MKP-1和MKP-3的抑制，并促进MAPK去磷酸化和减少下游细胞因子的产生，从而降低吗啡耐受[36]。

全身性应用大麻素对炎性反应性疼痛、神经性疼痛和癌性疼痛均有较好的镇痛效果。但是，具体的镇痛机制还不是很明确，需要更多的研究来完善镇痛机制。

4 结论

用于止痛的阿片类受体激动剂通常针对MOR、κ-阿片受体(DOR)和δ-阿片受体(KOR)，MORS在大脑中高度分布，介导了大部分的镇痛作用。它们也存在于其他器官中，调节呼吸抑制、兴奋、镇静和依赖等主。大量研究表明，蛋白激酶C(PKC)/ERK、MAPK/ERK、ERK/AKT、LPAR1/ERK、p38-MAPK等信号通路是阿片类药物治疗骨癌痛的重要靶点，也是目前在骨癌痛模型中研究的热点信号通路，但阿片类物质刺激或抑制免疫细胞和炎性细胞进入肿瘤微环境的确切分子机制仍不清楚。骨转移引起的疼痛是一种慢性剧烈性疼痛，严重影响患者的生活质量，目前尚缺乏特异性治疗方法。大部分阿片类药物作用于这些信号通路，调节蛋白变化，抑制炎性因子IL-1、IL-6和TNF-α等的释放，从而缓解骨癌痛，但药物激活该通路的下游特定蛋白、激酶、细胞因子等尚不清楚，需要进一步研究和完善，为骨癌痛的治疗提供越来越坚实的理论基础。