第七节　信号通路

在疼痛传递调制过程中细胞外伤害性感受信号向胞核内转导信息时,需要细胞内信号分子的参与,丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases,MAPK)级联效应是细胞内主要的共同信号转导系统。MAPK激活后通过转录和非转录水平调节诱导和维持不同持续性疼痛条件下的痛敏反应。MAPK是一个在进化上高度保守的胞内信号分子家族。该家族包含3个成员:细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK,分为ERK1/2),p38(分为p38α、p38β、p38γ 和 p38δ)　以及 c-Jun N 端　激　酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK,分为 JNK1、JNK2和JNK3)。所有的MAPK均能够被不同的上游激酶磷酸化而激活。

近年来,关于MAPK在疼痛中的作用受到广泛关注。早期(2000年左右)的研究主要关注在MAPK对疼痛状态下神经元活性的影响,表明DRG和脊髓背角神经元内MAPK的激活对疼痛的诱导和维持意义重大。然而近5年来,关于胶质细胞内MAPK的激活在疼痛中的作用的相关研究越来越多。比如,外周神经损伤能够诱导脊髓背角小胶质细胞表达磷酸化的ERK和p38,以及星形胶质细胞表达磷酸化的JNK。我们接下来将分别对三种MAPK在疼痛中的作用进行描述,重点关注胶质细胞内MAPK的作用。

一、细胞外信号调节激酶(ERK)

已经明确ERK在神经病理性疼痛的诱导和维持阶段均发挥重要的作用。然而,在神经损伤后ERK的表达模式却报道不一。最开始报道在坐骨神经切断后2天,pERK在整个脊髓的表达升高,然而由于这些pERK阳性细胞在形态学上看起来不像神经元于是被忽略了(当时关于胶质参与疼痛的观念还没有被广为接受)。随后的研究发现坐骨神经结扎后3周,脊髓星形胶质细胞内ERK活化。然而这些研究均未探讨ERK活化的时程以及与痛行为学改变的关系。2005年,哈佛大学纪如荣实验室观察了SNL后不同时间点ERK活化的时程改变,发现在神经损伤后2天,pERK在小胶质细胞表达;在术后10天,pERK在小胶质细胞和星形胶质细胞均有表达;在术后21天,pERK仅在星形胶质细胞表达。而分别在术后2天、10天和21天鞘内给予ERK激酶的抑制剂PD98059能够显著改善神经损伤诱导的痛觉过敏。该结果有力的证实了小胶质细胞和星形胶质细胞内ERK活化对于神经病理性疼痛的重要作用。

二、p38

p38即分子量为38KD的MAPK,它能够被细胞应激和致炎因子激活,在炎症反应中发挥着重要的作用。和pERK不同,p-p38在正常情况下的脊髓就有较高的表达。在神经损伤(脊神经结扎)后,脊髓p-p38的表达显著升高:损伤后12小时开始升高,3天达到峰值,在高水平至少维持3周。不同的实验室在不同的神经损伤模型上(脊神经结扎、坐骨神经分支损伤、脊髓损伤)均发现,神经损伤后p-p38特异表达于小胶质细胞,而鞘内给予p38的抑制剂能够逆转疼痛反应。外周神经损伤后,脊髓背角p38的激活能够调控基因转录并促进一些致炎因子的合成,如COX-2、IL-1β以及诱导型一氧化氮合酶(iNOS)等。p38的激活还可以通过翻译后调节(posttranslational regulation)促进IL-1β从胶质细胞快速释放。释放出的IL-1β能够促进兴奋性的突触传递而促进中枢敏化。p38还可以激活磷脂酶A2(phospholipase A2,PLA2),后者能够诱导前列腺素的合成而促进疼痛。

三、c-Jun N端激酶(JNK)

关于JNK在疼痛中的作用研究和ERK以及p38相比较少。JNK又被称为应激诱导的蛋白激酶(stress-activated protein kinase,SAPK),在神经变性、凋亡中发挥重要的作用。JNK的三种亚型中,JNK1和JNK2在脊髓有大量表达,而磷酸化形式的JNK在脊髓主要是pJNK1。在神经损伤后pJNK1在脊髓背角显著升高,而且和ERK以及p38不同的是,神经损伤诱导的pJNK1仅仅局限在星形胶质细胞。SNL后,脊髓背角的pJNK1在神经损伤后3～21天均有高表达,而且pJNK的下游因子c-jun也在神经损伤后的脊髓星形胶质细胞高表达。鞘内给予JNK的抑制剂SP600125以及D-JNKI-1能够预防并逆转神经病理性疼痛,提示星形胶质细胞JNK的活化参与了疼痛的诱导与维持。进一步的研究发现,生长因子FGF-2(fibroblast growth factor-2)能够持续诱导JNK的活化,而TNF-α也能短暂的诱导JNK活化。TNF-α诱导的JNK活化能够促进星形胶质细胞释放趋化因子MCP-1,从而增强脊髓背角兴奋性神经传递而促进疼痛。

(陈晶　冯宇鹏　蔡国洪　汪伟　史娟)