降钙素基因相关肽与偏头痛关系的研究

降钙素基因相关肽与偏头痛关系的研究
申崇标;曾照芳
【摘要】偏头痛是临床上常见的多发性疾病,主要表现为一侧或双侧头部反复发作的搏动性疼痛,可伴有恶心、呕吐、视物异常等神经症状.关于偏头痛的发病机制研究尚无定论.偏头痛的发病机理一直受到人们的关注,近年来一些研究表明,偏头痛的发作与头颅血管周围组织产生的血管活性物质,特别是与三叉神经血管系统的降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)的含量变化关系密切.【期刊名称】《生物信息学》
【年(卷),期】2010(008)001
【总页数】4页(P57-59,67)
【关键词】降钙素基因相关肽;偏头痛;机制
【作者】申崇标;曾照芳
【作者单位】重庆医科大学检验系,临床检验诊断学省部共建教育部重点实验室、重庆市重点实验室,重庆 400016;重庆医科大学检验系,临床检验诊断学省部共建教育部重点实验室、重庆市重点实验室,重庆 400016
【正文语种】中文
【中图分类】Q811.4;A62H30;A92BO5
降钙素基因相关肽 (calcitonin gene-related peptide,CGRP)是一种体内分布非常广泛的生物活性肽,它通过其多样的受体及复杂的调控过程实现多种生物学功能。

过去对 CGRP及其受体的研究,主要集中于它对心血管系统的生理、药理学作用等
方面,进一步的研究观察到 CGRP在痛觉调控过程中同样扮演着重要角色,CGRP是目前公认的与伤害性信息传导密切相关的神经活性物质[1]。

CGRP是由Anmna和 Rosenfold等应用DNA基因重组和分子生物学技术于1982年首先发现的生物活性多肽,由 37个氨基酸残基组成,分子量 3 786.91。

它与降钙素(CT)同源,二者来自同一个单拷贝基因,定位于第 l1号染色体上 (1 I p15.4),由2800个碱基对组成,其中含有 6个外显子和 5个内含子,基因全长 7.6kb。

该基因转录后经过不同的剪辑产生CGRP mRNA和CTmRNA,由降钙素基因转录的RNA,最先在神经组织翻录成 128个氨基酸组成的 CGRP而发挥其生物效应[2]。

CGRP广泛分布于中枢系统、外周神经系统以及心血管、消化、呼吸和内分泌等系统,CGRP还存在于下丘脑、垂体、胰腺、肾上腺、胸腺和淋巴细胞中,参与机体多种生理功能的调节[3]。

在人和大鼠神经系统中,CGRP在脊髓的含量最高,特别是背侧角、背根神经节和三叉神经节。

与同一区域的背侧相比,腰、骶髓的腹侧至中央管的 CGRP密度较高,且存在于脊髓腹侧至中央管膜细胞的基底侧及其附近的无髓神经纤维和一些细小的有髓神经纤维中[4]。

脑内支配血管的 CGRP能神经纤维主要起源于三叉神经节、上颈髓背侧角和颈内动脉小神经节,以网状形式包绕于脑血管壁,参与调节脑循环。

CGRP样免疫活性物质以大动脉和大静脉含量最高,动脉壁高于静脉壁。

邵立健等发现[5],成年大鼠脑底各主要动脉壁均含有呈线状黑色的CGRP能免疫反应阳性神经纤维,分布密度以大脑前动脉最高,其次是大脑中动脉、大脑后动脉和基底动脉。

用免疫组织化学染色和放射免疫技术进一步研究CGRP 神经纤维在脑血管系统中的定位发现,CGRP神经纤维位于血管外膜,有时也位于外膜与肌层交界处。

分布在脑动脉树和脉络丛的 P物质 (substance P,SP)免疫反应纤维也呈 CGRP阳性免疫反应,大量的 SP和CGRP免疫反应轴突广泛分布于脉络丛的微血管上皮区,与微循环、脑脊液的产生和转运功能有关。

CGRP神经纤维含量随着年龄的增长而下降。

在CGRP的众多生物效应中,其对心血管系统的作用是最强大的,CGRP及其受体广泛分布于心血管系统。

研究发现,其扩血管作用比乙酰胆碱、三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、P物质 (substance P,SP)强100～1000倍,是迄今为止发现的最强的血管扩张药物。

现有的研究表明,在疾病或正常状态时, CGRP对大脑血流的自身调节都具有重要的意义。

CGRP作为一种内源性舒血管神经肽,在三叉神经一脑血管系统内浓度较高。

CGRP对全身血管有不同程度的扩张作用,其扩张血管效应呈现不同程度的剂量依赖性且在脑、心血管的作用更为显著。

CGRP扩张血管作用的机制目前尚不十分清楚,有人认为是内皮依赖性的,但是去除内皮细胞后其舒张作用依然存在,且其对粥样硬化的动脉仍然具有扩张作用。

目前认为可能的机制是:①CGRP对血管的直接扩张作用;②细胞内第二信使 c-AMP的介导作用,c-AMP升高的程度与血管扩张反应的强弱密切相关;③通过激活血管平滑肌上的K-ATP通道来实现;④神经元N型和 P型电压敏感性钙通道与 CGRP的血管扩张作用有关;⑤可能与 CGRP能维持细胞内 Ca2+稳定、降低细胞膜 Ca2+通透性有关[6]。

3.1 偏头痛的发病机制
目前认为偏头痛的发病主要涉及三种机制:供应脑膜的颅内脑外血管扩张、血管周围神经释放的血管活性肽引起神经源性炎症以及中枢痛觉传导的抑制降低[7]。

三叉神经血管系统是引起疼痛的基本途径,由三叉神经节、调节脑血流的大血管及痛觉敏感的脑膜小血管构成。

中枢神经系统功能紊乱引起颅内脑外血管扩张,引起三叉神经感觉 C纤维释放CGRP、P物质和神经激肽A等神经肽,导致以脑膜血管扩张、血浆外漏、血小板活化以及肥大细胞脱颗粒为特征的神经源性炎症,使神经纤维致敏,从而降低对血管搏动和头部运动等以前无害刺激的疼痛反应阈值。

引起三叉神经活化的触发因子有多种,包括缓激肽、组胺、炎性细胞因子、K+、花生四烯酸、H+、NO等。

周围性神经源性炎症期间释放的神经生长因子 NGF可刺激感
觉性背根神经节和三叉神经节细胞释放等扩血管性神经肽,直接激活由丝裂素激活
的蛋白激酶 (MAPK)信号转导级联途径,引起偏头痛发作[9]。

3.2 CGRP在抑制偏头痛发病中的作用
CGRP在偏头痛发病中的重要作用已得到临床和研究结果的支持。

CGRP表达于支配所有脑部大血管以及感受痛觉的脑膜血管的三叉神经节细胞,是脑循环中最强有
力的血管舒张肽。

外源性 CGRP可引起脑动脉扩张,促使硬脑膜肥大细胞脱颗粒并
释放组胺,后者可能通过促进脑膜血管渗漏参与神经源性炎症[9]。

现已发现所有血
管性头痛,包括有先兆或无先兆偏头痛以及丛集性头痛患者颈外静脉血中 CGRP水
平均增高[9],无先兆偏头痛患者缓解期外周血水平也增高[10],外源性 CGRP可诱导偏头痛患者出现偏头痛样发作[11]。

5-HT1受体激动剂曲坦类药物是目前治疗偏
头痛最有效的药物[12],发现舒马曲坦可使偏头痛患者增高的 CGRP水平降低,且与头痛缓解相一致。

舒马曲坦对 CGRP释放的抑制作用可被磷酸酶抑制剂冈田酸所
阻断,因此这种抑制效果可能涉及磷酸酶的恢复,推测 5-HT1介导的刺激性分泌抑制作用可阻断偏头痛恶性反馈循环并使其恢复至正常水平[8]。

在神经源性炎症动物
模型中也发现大鼠和猫三叉神经节神经化学和电刺激后矢状静脉窦水平增高。

血管周围传人神经纤维兴奋也导致大鼠血浆和水平增高,与偏头痛发作期的结果一致。

新近发现化学或电刺激硬脑膜传人神经使三叉神经释放显著增加,但SP不增加[13]。

在一种新的离体神经源性炎症模型中已证实CGRP能调节脑血流并介导硬脑膜的
神经源性炎症,从而在偏头痛的病理生理中起关键作用[8]。

3.3 CGRP基因表达的调节
CGRP基因的细胞特异性转录受到末梢细胞特异性增强子的控制。

人和大鼠 CGRP 增强子包含几个螺旋 -环形 -螺旋结合位点和一个相邻的八聚体基序,后者调节增强子的活性。

在更接近促进子的区域还存在其他调节位点,包括 cAMP-反应元件和Ras-反应元件。

CGRP增强子和其他调节位点可对 cAMP-和 Ras-激活的信号转导
途径发生反应,增强子的活性可被去极化刺激增强,被构象活化的激酶明显激活[15]。

已知参与偏头痛病理的许多炎症介质是MAPK途径激活剂,因此,MAPK信号传导
级联对基因表达的调节可能与偏头痛的发病机制有关。

5HT-激动剂可引起细胞内
浓度持续增高,显著诱导MKP-1表达[15],与基因表达的调节有关[8]。

Durham用
以下模型来解释MAPK活性与5-HT受体激活对神经元 CGRP基因表达的作用。

去极化或炎症介质刺激后,MAPK途径活化,启动ERK、JUK和 p38级联,最终引起CGRP基因表达和释放增加。

5HT1-激动剂如舒马曲坦与细胞内持久增高的Ca2+偶联,通过诱导特异性的磷酸酶抑制CGRP的转录和分泌。

MAPKs调节的其他基
因也有类似抑制作用[9]。

3.4 CGRP可作为偏头痛治疗的新靶点
由于刺激人三叉神经节促使 CGRP释放,偏头痛发作期间血清CGRP水平增高,因此CGRP受体可作为抗偏头痛治疗的一个潜在靶点[11],且这种治疗还可避免曲坦类
药物因激活心脏冠状动脉上的5HT1b-受体引起血管收缩所导致的心血管副作用[16]。

实验表明,以下几条途径可调节偏头痛患者的CGRP活性:一是通过MAPK途径,MAPK途径激活至少通过两个不同的促进子区和多DNA结合蛋白刺激CGRP
基因的表达,这些调节位点和与这些元素结合的特异性转录因子蛋白可作为阻断合
成的潜在靶点[8]。

在不远的将来,可能研发出强力的选择性转录抑制剂,为下调活性提供新的手段;二是用特异性 CGRP受体拮抗剂,CGRP的截短片段(8 -37)是一种特异性 CGRP受体拮抗剂,可有效抑制神经性血管扩张,但因其半衰期很短,临床有效性难以得到证明。

近来发现小分子拮抗剂B IBN4096BS对人 CGRP受体有很高的亲和力,动物模型研究发现它可完全抑制三叉神经刺激后的血管扩张,且血压或心律无
明显变化,而抗偏头痛药舒马曲坦以及佐米曲坦均不能完全抑制三叉神经刺激引起
的面部血流增加。

B IBN4096BS目前已用于偏头痛的二期临床试验中,有望证实它对急性偏头痛的治疗有效[8]。

三是调节 Ca2+水平,近来,发现舒马曲坦引起的 5-
HT-受体激活与三叉神经节细胞内持久的 Ca2+浓度增高相一致,这种 Ca2+增高可能介导舒马曲坦对基因表达的抑制作用。

Ca2+水平增高抑制神经细胞合成和释放CGRP的信号机制可能涉及 Ca2+敏感性磷酸酶。

细胞内 Ca2+持久增高通过细胞磷酸化状态的改变,可抑制神经肽的表达和膜电压依赖性 Ca2+扩通道的活性,N型和 P/Q型电压依赖性 Ca2+通道对调节三叉神经节血管周围释放很重要,还发现
P/Q型 Ca2+通道阻断剂可抑制神经性血管扩张、硬脊膜血浆溢出和去极化诱发的感觉神经释放 CGRP和 SP[8]。

偏头痛是临床上常见病、多发病,发病机制十分复杂,涉及诸多因素,至今仍无定论,提出的发病机制有:血管源性学说、神经远学说、三叉神经血管学说、低镁学说、遗传有关学说等。

其中三叉神经血管学说将神经、血管、递质三者相结合,是目前解释偏头痛发病机制的主流学说,对其发病机理的研究也缺乏标准化、相似性、重复性、适用性、经济性的实验动物模型,因此对偏头痛的病因病理、防治方法等都难以进行深入和有效的研究,尤其在研究药物的治疗效果时,多从生化、病理进行观察,缺乏客观、特异性强的行为症状学指标。

正因为偏头痛的发病机制复杂,在治疗方面会涉及许多棘手的问题,如:药物起效时间,药效持续时间,控制发作频率等,所以目前还没有确定的根治性治疗方法,对偏头痛的治疗目前主要包括预防性治疗、急性发作期治疗。

对偏头痛的病因及机制、防治方法等,还需要进行客观与深入的研究,对 CGRP及其受体基因表达的研究,阐明偏头痛发作中CGRP的确切作用机制为研发新的偏头痛治疗药物开辟了崭新的途径,相信随着研究的不断深入,人们最终将会揭示出偏头痛发病的具体机理,有效地治疗偏头痛。

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