降钙素基因相关肽参与痛觉调制的研究进展

降钙素基因相关肽参与痛觉调制的研究进展1罗蓉赵晏西安交通大学环境与疾病相关基因教育部重点实验室；西安交通大学医学院生理学与病理生理学系, 西安 710061E-mail: zhaoy502@摘要降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide, CGRP)是广泛分布于神经系统的一种神经肽，其在外周及脊髓参与伤害性信息的传递及痛敏化的形成，并与P物质、兴奋性氨基酸、辣椒素1型受体、趋化因子、激活素、大麻素受体、阿片受体、神经生长因子、血管活性肠肽、5-羟色胺、糖皮质激素等生物活性物质或受体在痛觉调制过程中存在相互影响。

关键词降钙素基因相关肽；痛觉调制；脊髓降钙素基因相关肽(Calcitonin gene related peptide, CGRP) 是1983年发现的来自降钙素基因的神经肽。

CGRP虽然来自降钙素基因,但其分子结构和生理作用均和降钙素不同，在甲状腺滤泡旁细胞内加工成降钙素，在神经系统和其它部位则加工成CGRP。

目前已知人和大鼠CGRP都有2种类型：α- CGRP和β-CGRP. CGRP的所有种类均含有37个氨基酸残基。

α- CGRP是神经组织内降钙素基因转录后经与降钙素不同的剪接而产生的肽类物质，而β-CGRP是由独立基因编码的肽类物质。

二者具有相近似的生物活性，但氨基酸组成仅在第3 、22 、25 位有所不同。

其中，α- CGRP主要分布于中枢神经系统，而β-CGRP则主要位于外周。

CGRP通过特异的受体发挥作用，CGRP与受体结合后，激活腺苷酸环化酶，使细胞内cAMP升高，通过第二信使cAMP的介导而发挥生物活性。

CGRP是体内一种重要的生物活性肽，广泛分布于机体多个部位,对心脏、血管、肾脏、骨组织、味蕾、消化系统以及神经系统的功能有重要的调节作用。

目前已知CGRP受体有四种亚型，均属于G蛋白耦联受体。

CGRP及其受体均广泛分布于中枢及外周神经系统。

在中枢神经系统，CGRP主要分布于杏仁核、尾核、脊髓背角和三叉神经束, 垂体、下丘脑、延髓和海马也有一定分布，脊髓中含量最高, 大脑皮层其含量则极低。

脊髓中CGRP阳性纤维和终末密集分布于后角浅层，少量阳性纤维和终末散在分布于后角深层，前角内未见阳性纤维和终末。

在人脑，CGRP受体高密度分布的部位有伏隔核、中央杏仁核、尾核尾部等处，中等密度分布的部位有壳核尾部、下丘脑腹侧部、丘脑中线核群等处，低密度分布的部位有皮质、动眼神经核等处。

脑内CGRP 受体和CGRP分布不完全一样。

在脊髓CGRP受体广泛分布于脊髓后角浅层的感觉神经元细胞膜上，初级感觉传入纤维末梢也有CGRP受体分布。

近年来研究表明CGRP在中枢和外周神经系统中的伤害性信息传递过程中起重要作用。

1本课题得到国家自然科学基金（No.30400131，30371729,）、教育部高校博士点基金（No.20040698022，20020698033）和陕西省自然科学基金（No.2004C225）资助。

- 1 -导水管周围灰质(periaoueductal gray matter, PAG)内注射CGRP可剂量依赖地使大鼠因热及机械刺激引起的缩爪反射的潜伏期(hindpaw withdrawal latency, HWL)增加[1]，说明CGRP在脑内有镇痛作用。

脊神经结扎诱发的痛敏化可见CGRP释放增加 [2]。

在佐剂性关节炎或神经压迫模型所致的慢性炎性疼痛时亦可见背根神经节(dorsal root ganglion, DRG)神经元中CGRP生物合成增加，经体外冲击波治疗后疼痛减轻同时可见DRG神经元CGRP表达减少[3]。

而鞘内注入CGRP拮抗剂可提高痛阈[4]，从而推测CGRP可能参与痛觉信息传递及痛敏化形成。

DRG神经元小细胞中能与IB4(isolectin B4, IB4)结合者为非肽能神经元，投射到脊髓背角深层。

传统认为表达CGRP的肽能神经元主要传导炎症所致的痛敏化，而可被IB4标记非肽能神经元则主要感受神经受损所致的疼痛。

最新研究发现，表达CGRP的大鼠DRG 神经元可被IB4标记，只是IB4(-)/CGRP(+), IB4(+)/CGRP(+)，IB4(+)/CGRP(-)三种神经元分别代表三种不同的伤害性感受器亚型[5]。

CGRP通过对脊髓背角CGRP1受体的直接作用而引起机械刺激性痛敏化，并且这种效应是通过蛋白激酶A和蛋白激酶C第二信使通路介导的[6]。

本文就CGRP在外周及脊髓水平在痛觉调制过程中与其它生物活性物质或受体的相互影响作一简要综述。

一、CGRP与兴奋性氨基酸(excitatory amino acids, EAA)痛敏化的形成与脊髓伤害性信息传递通路中兴奋性氨基酸的释放及其受体的激活有关，兴奋性氨基酸包括谷氨酸和天冬氨酸。

在初级感觉传入中，谷氨酸主要是传入神经元递质，广泛分布于脊髓背角神经元突触前膜，突触后膜及感觉神经纤维末梢，而天冬氨酸则主要是脊髓中间神经元的兴奋性递质。

应用离子透入技术发现CGRP能促进兴奋性氨基酸受体中的N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl –D-aspertic acid, NMDA）受体和α-氨基羟甲基异恶唑(α-amino-3-hydyoxy-5- methyl-4-isoxazolepropionate, AMPA)受体与其配体的结合反应[7]。

NMDA受体与离子通道Na+、K+、Ca 2+耦联，引起慢兴奋性突触后电位。

AMPA 受体与离子通道Na+、K+耦联，引起快兴奋性突触后电位，导致神经元快速的兴奋效应。

从而导致脊髓传导易化，出现功能性的痛敏化。

离体实验中，NMDA受体非竞争性拮抗剂MK-801、竞争性拮抗剂AP-5及非NMDA受体竞争性拮抗剂CNQX均可明显降低辣椒素诱导脊髓标本中CGRP的释放[8]。

用RT-PCR及免疫印迹技术证明，兴奋性氨基酸载体1 (EAAC1) mRNA及其蛋白在脊髓DRG 表达，免疫组织化学方法显示46.6%的DRG神经元是兴奋性氨基酸载体1阳性神经元，部分与CGRP或IB4共存[9]。

在脊髓，EAAC1阳性细胞主要位于背角浅层，表明EAAC1可能通过突触前释放谷氨酸在伤害性信息传递和调制中发挥重要作用。

但Morris报道，在啮齿类动物及蛙类，脊髓背角表层大多数含P物质(substance P, SP)及CGRP的肽能感觉神经元通常均不释放谷氨酸[10]。

二、CGRP与SP SP是最早发现的神经肽，由11个氨基酸组成。

SP本身也是一种炎症介质，可以舒张血管，导致渗出增加，肥大细胞释放组胺。

SP主要分布于与痛觉传导有关的C 类和Aδ类纤维,被认为是传递中等到高强度痛觉的递质，背根SP含量远高于腹根。

它可以增加正常及被切断轴突的DRG神经元的内向电流，抑制外向电流，从而提高其兴奋性。

在急性坏死性胰腺炎所致腹壁牵涉痛时，脊髓背角神经元释放SP 及CGRP增加，L1节段的脊髓后角Ⅰ、Ⅱ层神经元表达原癌基因c-fos增加，而应用TRPV1拮抗剂可抑制c-fos表达，鞘- 2 -内注射CGRP8-37和SP受体拮抗剂SR140333可降低c-fos表达，从而抑制牵涉痛[11]。

CGRP与SP共存于DRG的初级传入神经元中[12]，CGRP可以抑制与SP降解有关的内肽酶，使SP的作用增加或延长[13]，CGRP还促进SP从感觉神经末梢释放，有加强SP和其他炎症介质形成水肿的作用，可见CGRP与SP在痛觉调制中存在协同作用。

三、CGRP与辣椒素1型受体 (transient receptor potential vanilloid type-1, TRPV1)辣椒素是研究神经肽的重要工具药，1896年在欧洲成功地提取出辣椒素。

离体实验中，辣椒素能诱导灌流的脊髓标本CGRP释放[8]，成年大鼠小剂量应用辣椒素可兴奋细纤维，皮内注射辣椒素通过激活脊髓背角蛋白激酶B/A信号转导通路而引起机械性痛敏化[14]。

目前已知辣椒素、热、酸、缓激肽(bradykinin, BK)及脂氧化酶代谢产物均可兴奋辣椒素受体。

辣椒素受体有三种类型：TRPV1/2/3。

TRPV1基因受破坏时，辣椒素反应受损，但热诱导的防伤害性行为仍有极少部分保留，说明正常的热感觉性的传导不依赖TRPV1。

用离体皮肤-隐静脉标本及培养的野生型及TRPV1缺失的DRG神经元全细胞膜片钳实验发现，培养的TRPV1缺失的DRG神经元未表现出热激活的电流，野生型初级传入纤维对TRPV1激动剂引起的热效应敏感，TRPV1缺失的皮肤对毒性热刺激诱导的CGRP增加反应降低，而TRPV1激动剂能剂量依赖的方式强化野生型初级传入纤维的热反应性，增加CGRP释放，以上报道说明TRPV1在热敏化及控制皮肤CGRP释放中起明显作用[15]。

TRPV1拮抗剂能减轻周围神经损伤所致的神经性疼痛。

鞘内注射TRPV1拮抗剂BCTC能明显减轻大鼠慢性缩窄性损伤(chronic constriction injury，CCI)的机械性痛敏化。

离体实验中，TRPV1拮抗剂BCTC 能够明显抑制大鼠脊髓标本中辣椒素引起的CGRP及P物质样免疫活性物质释放。

用Western Blot方法证实，脊神经CCI结扎手术后第7、14天，受损同侧腰髓TRPV1蛋白水平较假手术组明显升高，且辣椒素诱导的CGRP样免疫活性物质释放也明显升高[16]。

四、CGRP与趋化因子(chemokines)趋化因子是免疫反应和炎症反应的重要调节剂。

趋化因子超家族中成员CCL2及CXCL1与CGRP在痛觉调制中存在相互作用。

CCL2及CXCL1能引起体外培养的新生大鼠DRG神经元CGRP释放，并引起细胞内钙离子浓度升高，这种钙离子浓度的升高能被百日咳毒素所阻断。

用磷脂酶C抑制剂或蛋白激酶C抑制剂预处理DRG神经元30分钟后，能明显降低CCL2或CXCL1引起的CGRP释放和细胞内钙离子浓度升高。

但用丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)预处理却无效。

足底局部注射CCL2或CXCL1能引起大鼠对热及机械性的痛敏化[17]。

五、CGRP与激活素(activin) 激活素是转化生长因子超家族成员，由垂体合成，能促进卵泡刺激素分泌，其作用与抑制素(inhibin)相反。

近年来研究表明，激活素在组织器官形成及炎症反应和组织修复中起重要作用。

正常情况下皮肤内就含有低水平的激活素，当局部皮肤受损后，其邻近皮肤内激活素表达迅速增加，同时，受损皮肤相应节段的感觉神经节内神经元CGRP表达增加，离体实验中，应用激活素可使培养的DRG神经元CGRP表达迅速增加[18]。