齊魯醫(yī)學(xué)MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與疼痛敏化調(diào)控研究進(jìn)展

1、精品醫(yī)學(xué)文檔 精品醫(yī)學(xué)文檔 PAGE 5/5PAGE 5精品醫(yī)學(xué)文檔 MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與疼痛敏化調(diào)控研究進(jìn)展廣東省中醫(yī)院麻醉科（廣州市，510120） 項(xiàng)紅兵 招偉賢華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院麻醉科（武漢市，430030） 董航摘要 疼痛敏化調(diào)控的細(xì)胞機(jī)制尚未闡明。絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPK)家族是將胞外刺激信號(hào)轉(zhuǎn)換至胞核內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄和翻譯后效應(yīng)的細(xì)胞信息傳遞的共同通路之一，其在疼痛敏化調(diào)控的病理生理變化中起了重要作用。關(guān)鍵詞 MAPK；疼痛在疼痛傳遞調(diào)制過程中細(xì)胞外傷害性感受信號(hào)向胞核內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)信息時(shí)，需要細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分

2、子的參與，絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPK)級聯(lián)效應(yīng)是細(xì)胞內(nèi)主要的共同信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。近年來，有關(guān)對慢性疼痛的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子的研究取得了一定的進(jìn)展，本文就MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其在疼痛敏化調(diào)控中的作用作一綜述。1 MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族，能夠?qū)獯碳ば盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)成胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄和翻譯后效應(yīng)。MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路采用高度保守的三級激酶級聯(lián)傳遞信號(hào)：細(xì)胞外刺激通過某些環(huán)節(jié)使MAPKKK(MAPK kinase kinase)激活，轉(zhuǎn)而激活MAPKK(MAPK kinase

3、)，然后通過雙位點(diǎn)即蘇氨酸和酪氨酸同時(shí)磷酸化激活MAPK(見圖1)。激活的MAPK可通過磷酸化轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白、酶類等多種底物來調(diào)節(jié)包括疼痛敏化在內(nèi)的多種病理生理過程。MAPK家族包括胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)、p38MAPK（其命名緣于該物質(zhì)克隆編碼是由360個(gè)氨基酸組成的38KD蛋白）、c-Jun氨基末端激酶/應(yīng)激激活蛋白激酶(JNK/SAPK)和ERK5。目前在疼痛領(lǐng)域?qū)APK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路研究最多的是: (1)ERK通路, ERK能被膜去極化和Ca2+內(nèi)流所激活, 能被其上游激酶MEK 即MAP

4、K/ERK激酶, 為MAPKK之一種 所激活, ERK涉及到神經(jīng)元可塑性，如長時(shí)程增強(qiáng)(LTP)、學(xué)習(xí)和記憶, 已知生理和病理性ERK活動(dòng)依賴性激活發(fā)生在CNS中，特別是海馬中。( 2) p38 MAPK激活通路，外周炎癥和神經(jīng)斷離能誘發(fā)DRG神經(jīng)元p38MAPK激活，傷害感受神經(jīng)元中MAPK激活通過轉(zhuǎn)錄依賴和非轉(zhuǎn)錄依賴方式參與痛覺過敏的產(chǎn)生。2 ERK信號(hào)通路與疼痛敏化調(diào)控在疼痛敏化過程中,神經(jīng)元的可塑性發(fā)生在初級傳入神經(jīng)元和脊髓背角神經(jīng)元中。因適應(yīng)外周組織的傷害性刺激和外周組織的電刺激，背根神經(jīng)節(jié)(DRG)和背角神經(jīng)元中ERK發(fā)生磷酸化，即傷害感受神經(jīng)元中ERK活動(dòng)依賴性激活；另外，外周炎

5、癥和神經(jīng)斷離后這些傷害感受神經(jīng)元中ERK被激活，通過關(guān)鍵基因產(chǎn)物的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)導(dǎo)致持續(xù)炎癥和神經(jīng)病理性疼痛。2.1 傷害性刺激后DRG神經(jīng)元中ERK激活背根神經(jīng)節(jié)(DRG)是許多傷害性刺激傳入的通道,與疼痛相關(guān)的許多受體、離子通道以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子都存在于DRG。當(dāng)前許多焦點(diǎn)集中在疼痛傳遞調(diào)制過程中初級傳入神經(jīng)元的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制。以往認(rèn)為炎性介質(zhì)如PGE2、5-HT、腎上腺素和神經(jīng)生長因子(NGF)，在初級傳入神經(jīng)元中通過激活蛋白激酶A(PKA)或PKC來產(chǎn)生痛敏。最近研究已經(jīng)顯示，ERK級聯(lián)反應(yīng)發(fā)生于腎上腺素引發(fā)的痛敏，Ras-MEK-ERK-CREB(cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白)通路不依賴PKA或P

6、KC而被激活。將NGF注入外周組織，能增加p-ERK（磷酸化的ERK）標(biāo)記的酪氨酸（trkA）陽性DRG神經(jīng)元。然而只有少數(shù)信號(hào)傳導(dǎo)研究涉及到初級傳入神經(jīng)元的活動(dòng)依賴性研究。已經(jīng)證實(shí)，在外周組織的傷害性刺激或外周神經(jīng)的電刺激過程中初級傳入神經(jīng)元(DRG神經(jīng)元)中ERK的活動(dòng)依賴性激活,一種MEK抑制劑U0126能劑量依賴性減輕辣椒素注射后的熱痛敏。這些結(jié)果表明，DRG神經(jīng)元中ERK通路的激活參與了急性疼痛條件下外周敏化。另外，有害刺激后DRG神經(jīng)元中ERK的磷酸化對于檢測每個(gè)神經(jīng)元中各種疼痛相關(guān)分子的激活狀態(tài)是有價(jià)值的。2.2 ERK激活和DRG神經(jīng)元中基因表達(dá)ERK通路與神經(jīng)營養(yǎng)因子依賴的外

7、周神經(jīng)元生長和分化有聯(lián)系，目前對其了解較為翔實(shí)。例如對于NGF、trkA的高親和力受體，通過至少6種不同通路發(fā)出信號(hào)，其中MAPK通路是主要的（即ERK通路）。在這個(gè)通路中，激活的受體引起GTP錨定，從而激活小G蛋白R(shí)as。反過來，Ras-GTP循環(huán)三級酶鏈反應(yīng)即MAPK激酶激酶（Raf）、MEK磷酸化、使ERK磷酸化并激活。炎癥和神經(jīng)損傷導(dǎo)致DRG神經(jīng)元中基因轉(zhuǎn)錄和蛋白合成的改變，例如炎癥后腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）已知在trkA表達(dá)的小型和中型DRG神經(jīng)元中合成增加，相反神經(jīng)損傷后增加的BDNF是發(fā)生在解剖學(xué)上的中到大型DRG神經(jīng)元。最近顯示：外周炎癥和坐骨神經(jīng)損傷后ERK激活能調(diào)節(jié)初

8、級傳入神經(jīng)元中BDNF的表達(dá)，注射弗氏完全佐劑(CFA) 1d后外周炎癥引起ERK磷酸化增加，主要發(fā)生在有trkA表達(dá)的小型和中型DRG神經(jīng)元中。用MEK抑制劑U0126治療能逆轉(zhuǎn)CFA注射引發(fā)的痛敏和DRG神經(jīng)元中p-ERK和BDNF的增加。相反，神經(jīng)損傷后3、7、14d，神經(jīng)斷離主要引起中到大型DRG神經(jīng)元和衛(wèi)星狀膠質(zhì)細(xì)胞中ERK激活。U0126能抑制神經(jīng)斷離后引發(fā)的自殘行為并逆轉(zhuǎn)p-ERK和BDNF的增加。為了闡明內(nèi)源性NGF的改變是否觸發(fā)p-ERK和BDNF表達(dá)的變化與外周炎癥和神經(jīng)斷離術(shù)后所見的一致，有研究嘗試了在大鼠鞘內(nèi)注射重組hNGF和抗NGF物質(zhì)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，鞘內(nèi)應(yīng)用NGF引

9、起了p-ERK和BDNF標(biāo)記細(xì)胞的增加，且主要是在小直徑的神經(jīng)元中；而應(yīng)用抗NGF，引起p-ERK和BDNF的增加，發(fā)生在中至大直徑的DRG神經(jīng)元中。這些發(fā)現(xiàn)表明：外周炎癥和神經(jīng)斷離后初級傳入纖維中ERK激活發(fā)生在DRG神經(jīng)元的類型中，通過改變靶源性NGF，促進(jìn)持續(xù)炎癥和神經(jīng)病理痛的發(fā)生，通過BDNF表達(dá)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控p38激活和DRG神經(jīng)元的基因表達(dá)。2.3 ERK激活和脊髓背角神經(jīng)元中基因表達(dá) 最近，一些研究表明：ERK在一種特征性的慢性疼痛狀態(tài)即持續(xù)性痛敏（對熱、機(jī)械刺激發(fā)生痛覺過敏）發(fā)揮作用。角叉菜膠、完全弗氏佐劑注入爪部引發(fā)炎癥后能導(dǎo)致持續(xù)的炎性痛敏，脊髓背角神經(jīng)元ERK能被上述刺激磷酸

10、化，其炎性痛敏能被ERK抑制劑所激活。另有研究表明，急性傷害性刺激如福爾馬林或辣椒素，能引起脊髓ERK的磷酸化，一種MEK抑制劑PD98059能減少皮下注射福爾馬林所引起的急性痛反應(yīng)，這表明在急性（3060min短時(shí)間）傷害性感受過程中ERK存在非轉(zhuǎn)錄機(jī)制角色。ERK不僅通過非轉(zhuǎn)錄過程產(chǎn)生短時(shí)程功能變化，也通過增加基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生長時(shí)程適應(yīng)性變化。例如激活的ERK從胞漿移位到核內(nèi)，激活RsK2，接著將絲氨酸133中的轉(zhuǎn)錄因子CREB（環(huán)磷腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白）磷酸化。CREB磷酸化后與DNA上啟動(dòng)子區(qū)域中的cAMP（環(huán)磷腺苷）反應(yīng)元件位點(diǎn)結(jié)合，進(jìn)而啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄，這表明實(shí)際上是外周炎癥和神經(jīng)損傷導(dǎo)致

11、背角神經(jīng)元中CREB的磷酸化。然而，除了即刻早期基因如c-fos外，通過ERK調(diào)節(jié)的特異靶基因還不十分清楚。Ji等最近證實(shí)背角神經(jīng)元中ERK的激活促進(jìn)持續(xù)的炎性痛，是通過強(qiáng)啡肽原和神經(jīng)激肽-1（NK-1）的轉(zhuǎn)錄調(diào)制。3 p38MAPK信號(hào)通路與疼痛敏化調(diào)控3.1傷害性刺激后DRG神經(jīng)元中p38激活作為一種通過單獨(dú)胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng)而運(yùn)轉(zhuǎn)的MAPK，p38是參與胞內(nèi)炎癥和凋亡等應(yīng)激反應(yīng)的介質(zhì)。最近證實(shí)，瞬時(shí)型感受器電位離子通道（TRPV1），以前稱為Vanilloid受體1（VR1），受到DRG神經(jīng)元中NGF引起的p38MAPK通路的激活所調(diào)節(jié)，Deleroix等研究表明：在CFA所致炎性痛大鼠模型中

12、，NGF在炎性組織中表達(dá)，沿外周神經(jīng)末梢逆行轉(zhuǎn)運(yùn)至DRG內(nèi)細(xì)胞體，NGF激活胞體內(nèi)的p38MAPK，后者可增加VR1的蛋白表達(dá)，而增加的VR1順行轉(zhuǎn)運(yùn)至外周末端傷害感受器，增加對熱的敏感性。而以上過程則能被p38MAPK的特異性阻斷劑SB203580阻斷，鞘內(nèi)注射了SB203580的大鼠對傷害性熱刺激的痛敏降低，而對傷害性機(jī)械刺激的痛敏則無變化，同時(shí)SB203580對炎性腫脹亦無影響。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，炎性痛過程中，NGF激活p38MAPK導(dǎo)致VR1蛋白表達(dá)增加是維持炎性熱痛覺過敏的一條重要通道。另外，Ji等研究也顯示，DRG中p38MAPK的激活需要NGF引起的TRPV1表達(dá)的增加，有助于炎

13、性痛敏的維持。最近報(bào)告表明，外周炎癥和神經(jīng)離斷引起小型DRG神經(jīng)元中p38激活。一種p38抑制劑SB203580能降低炎癥引起的熱痛敏和L5脊神經(jīng)結(jié)扎引起的機(jī)械性感覺異常?？紤]到外周炎癥和神經(jīng)離斷術(shù)后p38激活發(fā)生在不同的DRG神經(jīng)元群，p38有可能在不同介質(zhì)和病理?xiàng)l件下引起的疼痛狀態(tài)中擔(dān)任不同的角色。3.2神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中p38MAPK激活神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞參與大腦的免疫調(diào)節(jié)，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中炎性介質(zhì)如iNOS和TNF-產(chǎn)生的重要源泉之一，有報(bào)道p38 MAPK通路參與誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞中iNOS和TNF-的產(chǎn)生，p38 MAPK在介導(dǎo)細(xì)胞炎性介質(zhì)的釋放中發(fā)揮重要的作用(見圖1)。圖 1p38 MAP

14、K介導(dǎo)的細(xì)胞炎性介質(zhì)的釋放脊髓膠質(zhì)細(xì)胞(包括小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞)的激活參與了疼痛發(fā)病機(jī)制。膠質(zhì)細(xì)胞釋放的前炎因子產(chǎn)生了痛敏，外周炎癥、神經(jīng)損傷和癌模型中脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞被激活。磷酸化的p38MAPK（p-p38MAPK）存在于脊髓非神經(jīng)細(xì)胞中，外周炎癥僅引起p-p38MAPK水平的中度增加，而外周神經(jīng)離斷在脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞中引起p38MAPK激活。p38MAPK抑制劑通過阻滯p38MAPK激活能減少坐骨神經(jīng)炎性痛模型中炎癥引起的痛覺過敏和痛感覺異常。Tsuda等研究發(fā)現(xiàn)，脊神經(jīng)損傷的同側(cè)脊髓背角p-p38MAPK免疫熒光水平和蛋白水平均明顯增加，在背角小膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有p-p38MAPK免疫熒光，而神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中則未發(fā)現(xiàn)；損傷同側(cè)脊髓單個(gè)高活性小膠質(zhì)細(xì)胞中p-p38MAPK免疫熒光水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對側(cè)靜止期小膠質(zhì)細(xì)胞p-p38熒光水平，鞘內(nèi)注射p38MAPK抑制劑SB203580能阻止神經(jīng)損傷引起的觸痛異常的進(jìn)一步發(fā)展，這些結(jié)果證實(shí)：神經(jīng)損傷引起的疼痛高敏反應(yīng)依賴于脊髓背角高活性小膠質(zhì)細(xì)胞中p38MAPK信號(hào)通路的激活。此外，外周神經(jīng)離斷后引起DRG神經(jīng)元周圍的衛(wèi)星狀膠質(zhì)細(xì)胞中p38MAPK激活，這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了DRG以及外周神經(jīng)離斷后脊髓中膠質(zhì)