偏頭痛的分子機制研究進展

張曉蕾 王運良

解放軍第一四八中心醫院，山東 淄博 255300

偏頭痛是一種主要的頭痛病，其確切發病機制尚不清楚，認為三叉血管系統(tigeminal vascular system，TGVS)和皮層擴張抑制(cortical dilatation，CSD)的激活在病理生理過程中起著重要的作用。根據國際頭痛協會(international headache society，IHS)診斷標準，臨床上將偏頭痛分為兩種主要亞型：先兆偏頭痛(migraine with aura，MA)和無先兆性偏頭痛(migraine without aura，MO)[1]。

1 流行病學和風險因素

偏頭痛影響全球11%的成年人，歐美洲的研究表明，女性偏頭痛的發生率(15%～18%)是男性(6%～8%)的3倍[2]。病程因性別而異，但與卵巢激素有關。此外，與男性相比，女性經歷更頻繁、持久、劇烈的頭痛，往往發展為慢性形式，更容易出現畏光、畏聲和惡心等癥狀[3]。

偏頭痛好發于青春期，但大多數患者發病年齡在35～45歲。發作原因可由某些食物如陳年奶酪、咸味食品和加工食品，食品添加劑，飲料尤其紅酒，壓力、感覺刺激如亮光或不尋常的氣味和藥物引起[4]。偏頭痛的另一個危險因素是肥胖，特別是青年人和女性。根據人群基礎研究，遺傳和環境因素在偏頭痛的發生中幾乎相等，但對雙胞胎的研究發現環境不是重要因素[5]。與普通人群相比，MA先證者的一級親屬患病風險增加4倍，而MO一級親屬患病的風險增加約2倍[6]。

2 偏頭痛的基因多態性

首次對偏頭痛的遺傳學研究是關于MA的一種罕見單基因亞型，即家族性偏癱型偏頭痛(familial hemiplegic migraine，FHM)，在FHM1、2、3型的發病機制中證實各自有CACNA1A、ATP1A2和SCN1A基因突變[7]。CACNA1A編碼Cav2.1 (P/Q型)電壓門控神經鈣通道亞單位，已證實這些基因的21個突變影響偏頭痛的臨床過程[8]。ATP1A2編碼鈉-鉀泵亞基，發現該基因的30個突變，大部分不影響疾病的進程[9]。SCN1A基因編碼神經元電壓門控鈉(Nav1.1)通道的亞基[10]。FHM基因研究表明，離子轉運蛋白基因和神經遞質通路在偏頭痛的發病中起重要作用，認為偏頭痛可能是一種多基因/寡基因疾病，具有廣泛的遺傳異質性[11]。偏頭痛的分子遺傳學研究已發現許多與MA或MO有關的多態性，常參與調控同型半胱氨酸(Hcy)、5羥色胺(5-HT))、食欲素-1和谷氨酸調節[12]。

亞甲基四氫葉酸還原酶(methylene tetrahydrofolate reductase，MTHFR)是Hcy代謝的關鍵酶，由MTHFR基因編碼，MTHFR是Hcy轉化為蛋氨酸的關鍵物質[13]。Hcy是一種毒性氨基酸，過量導致血管組織的重構。偏頭痛的發作和持續可能是由hcy有關的內皮功能障礙引起，使氧進入大腦較少。MTHFR最常見的多態性rs1801133(C677T)不是偏頭痛僅有，也參與心臟疾病、神經管缺陷、卒中、高血壓、青光眼和其他疾病[14]。這種多態性導致酶催化領域內222位丙氨酸被纈氨酸取代，改變了蛋白質的四元結構和酶的活性降低。攜帶CT基因型的個體MTHFR的平均活性為65%，與CC基因型相比，TT變異攜帶者僅為30%。基因改變直接導致血液中Hcy水平升高，是偏頭痛和心血管疾病的危險因素[15]。對高加索和蒙古人的研究發現，TT基因型顯著增加MA風險，而不影響MO亞型。最近研究證實補充維生素B (B6，B9，B12)能夠糾正Hcy增高，在6個月內每天補充維生素B可減輕頭痛強度，降低偏頭痛患者的Hcy水平[16-17]。

LAFRENIERE等[18]證實KCNK18(鉀通道亞家族成員K 18)基因是第1個引起典型偏頭痛基因，該基因編碼雙孔鉀(K2P)通道TRESK，是一種移碼突變(F139WfsX24)，導致第一個跨膜區的TRESK蛋白過早截斷。功能分析表明，對超閾值刺激反應中，表達突變TRESK亞基的神經元具有較低的當前動作電位起始閾值和較高的峰值頻率。突變的結果是三叉神經元過度興奮，引起偏頭痛的敏感性增加[19]。提示TRESK可能是開發新鎮痛藥物的靶點。對KCNK18基因突變的額外篩查發現其他的錯義突變，rs772633496(A34V)變體可導致通道活動減少，而rs140325655(C110R)變異則引起TRESK功能完全喪失[20]。對這些變異與偏頭痛的關系還不清楚，KCNK18基因3種常見單核苷酸多態性分析(SNPs)-rs1617136，rs363314和rs963975分析表明SNPs與偏頭痛無相關性[21]。

研究報道5羥色胺在偏頭痛的發病機制中起一定作用，5-HT1B和5-HT1D受體激動劑(曲坦類)治療偏頭痛有效藥物，但對5-HT1A、5-HT1B、5-HT2A和5-HT2C多態性對偏頭痛的影響仍在研究之中[22]。目前大多數研究都否認5-HT受體序列變化會增加偏頭痛風險。同時對5-HT轉運體基因SLC6A4基因變異分析發現SLC6A4基因有兩個功能多態性。第1個是可變數目串聯重復(VNTR)多態性，17bp長，位于第2個內含子內。2.10和2.12變異在偏頭痛患者中更為常見，但Meta分析顯示偏頭痛僅與2.12變異有關。相比之下，位于該基因調控區的插入/缺失多態性5-HTTLPR(5-HT轉運-連接多態性區域)發生在兩個等位基因型中，長變異(L)和短變異(S)，變異長度為44 bp。研究證實HTTLPR刪除(S)變異導致5-HT轉運體表達減少，減少5-羥色胺再攝取可引起抑郁[23]。Meta分析顯示一般人群5-HTTLPR多態性與偏頭痛之間無明顯關系，但SCHURKS等[23]證實攜帶S等位基因的歐洲女性患偏頭痛的幾率是沒有這一等位基因女性的2倍。

HCRTR1是另一個與偏頭痛相關的候選基因，下丘腦泌素系統涉及神經肽遞質食欲素1和食欲素2(歐立新A和B)以及它們的G蛋白偶聯受體(HCRTR1和HCRTR2)。HCRTR1基因的遺傳變異，非同義多態性rs2271933 (G1222A)導致408位的異亮氨酸被纈氨酸取代是MO的危險因素之一[25]。與GG基因型攜帶者相比，AA基因型個體偏頭痛風險增加2倍[26]。研究發現不同人群的rs2271933 A等位基因不同，歐洲人等位基因A占37%，而亞洲和非洲人則達70%以上。研究發現rs10914456和rs4949449多態性與偏頭痛無關，而食欲素系統控制某些功能，如疼痛調節，自主神經調節和壓力反應。某些研究證實食欲素-1與原發性頭痛疾病的痛覺現象和自主變化之間有關，大鼠神經病理疼痛模型的研究表明，下丘腦后部微量注射食欲素-1通過減少A和C纖維硬膜和電刺激的反應而引起鎮痛效應[27]。食欲素-1 對TGVS影響是突觸前作用，減少降鈣素基因相關肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)釋放，誘導谷氨酸合成并在一定程度上引起GABA(γ氨基丁酸)釋放。HCRTR1活化能抑制神經源性血管擴張，與舒馬曲坦作用相媲美，在偏頭痛患者也發現CSD被雙重的食欲素受體拮抗劑DORA-12所抑制[28]。因此認為針對食欲素系統的研究可用于偏頭痛治療的新方法。

谷氨酸是CNS的一種興奮性神經遞質，增加對CSD的易感性并激活TGVS。GRIA1-GRIA4基因編碼AMPA受體的四種亞基(GluR1-GluR4)，GRIA1和GRIA3(亞單位GluR1和GluR3)基因多態性被認為是誘發偏頭痛因素[29]。FORMICOLA等[27]證實GRIA1 rs548294和rs2195450多態性與MA的關系，指出rs548294變異與MO有關[30]。有人認為某些SNPs可能與MA和MO有關，其他研究中也提出GRIA1多態性與MO單倍體或與曲坦類反應之間缺乏相關性，但兩項研究發現，MA亞組GRIA3多態性rs3761555發現有相關性，調節區域的多態性(rs2195450 GRIA1和rs3761555GRIA3)將啟動子的結合位點修飾為轉錄因子能減少這些基因的表達[31]。

另一種與偏頭痛發病有關的機制是突出融合蛋白，它是神經系統的特定蛋白[32]。STX1A基因編碼的突出融合蛋白1A參與神經遞質的調控，如GABA通過與GABA轉運蛋白結合，通過降低5-HT轉運體的表達和改變亞細胞定位而抑制GABA和5-HT的再攝取[33]。研究證實多種SNPs的STX1A基因參與偏頭痛的易感性，rs941298 TT基因型顯示與MO有顯著的等位基因關聯，單倍型分析證實rs6951030 G等位基因參與偏頭痛的易感性[34]。一般情況下，T等位基因對MA和偏頭痛有保護作用。SNP rs2293489也與偏頭痛有關，但rs4363087和rs3793243變異與偏頭痛無關。這些研究支持STX1A基因作為偏頭痛的潛在危險因素[35]。

3 偏頭痛有關的生物標志物

生物標志物可分為診斷、治療、風險、進展和(或)預后指標。“理想”生物標志物的特征：高度敏感性和特異性；高度預測價值；分析穩定；相對簡單、便宜、侵入性低；可重復性。由于偏頭痛缺乏的特定生物標志物或對生物標志物的研究不夠，目前還無針對偏頭痛的生物標志。

3．1與炎癥和氧化應激有關的標志物某些研究報道，促炎細胞因子如IL-1(白介素-1)和IL-6與偏頭痛有關，MA兒童血液中IL-1α升高[36]。與MO相比，成人MA早期IL-1的血漿水平增高，偏頭痛發作2 h內IL-6濃度增加。此外，發作期間ILl-10和腫瘤壞死因子α(TNF-α)升高[37]。與血管功能障礙有關的其他炎癥標志物，如Hcy和基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)在偏頭痛患者的血液中升高。 有研究[38]提示，Hcy濃度升高與MA相關，其水平升高與偏頭痛頻率增加和嚴重程度相關，可能由于Hcy增高改變疼痛的閾值引起MA發作。

3．2與疼痛傳遞和情緒有關的標志生物化學研究顯示，在MO中神經調節和神經遞質合成、代謝異常，如酪氨酸代謝途徑的改變導致去甲腎上腺素(norepinephrine，NE)和多巴胺(dopamine，DA)異常，酪胺、章魚胺和脫氧腎上腺素等微量胺的水平升高，結果導致CNS線粒體功能受損，谷氨酸濃度升高[39]。痛覺通路突觸多巴胺和去甲腎上腺素能神經遞質和神經調制物(微量胺)濃度失衡激活TGVS導致CGRP釋放，從而引起偏頭痛發作[40]。CGRP與疼痛傳播和炎癥加重有關，在MA患者CGRP觸發偏頭痛樣發作，偏頭痛患者唾液和血液中CGRP水平增高，三叉神經細胞培養發現偏頭痛藥物可抑制CGRP轉錄并減少CGRP釋放，而TNF-α可促進轉錄[41]。另一研究表明，唾液中CGRP水平升高與藥物反應改善有關，提示CGRP可能作為治療靶點[42]。

谷氨酸可激活TGVS和CSD通路，研究發現偏頭痛患者血漿、血小板和腦脊液(cerebrospinal fluid，CSF)谷氨酸的濃度增加[43]。研究[44]發現，MA谷氨酸攝取增加，MO攝取減少，降低谷氨酸濃度可作為預防MO的措施。血小板釋放5-HT可能參與偏頭痛先兆的病理機制，IZZATI-ZADE[40]發現，偏頭痛發作期間血小板5-HT儲存受損，發作間期5-HT血漿水平下降，而相應代謝物羥吲哚乙酸(5-HIAA)濃度增加，提示低濃度的5-HT有助于激活CSD誘導的三叉神經血管內的痛覺通路，證實偏頭痛是一種低5-HT綜合征的假說[45]。

在慢性偏頭痛患者發現CSF食欲素-1濃度顯著升高，可能與偏頭痛發作的早期階段有關。對叢集性頭痛患者的研究發現CSF食欲素-1水平降低，表明食欲素-1濃度降低可能反映下丘腦抗鎮痛活性不足[46]。其他治療偏頭痛的新靶點，如CGRP受體拮抗劑或抗CGRP抗體，5-HT1F激動劑，谷氨酸拮抗劑和雙食欲素-1受體拮抗劑正在進行二期臨床試驗[47-48]。

4 偏頭痛的基因型-表型

對偏頭痛的基因型-表型的相關研究較少，JUHASZ等[49]證實5-HTTLPR基因型與5-HT增高有關。另外，在生理條件下，高濃度的5-HT可降低疼痛閾值，增加疼痛強度[50]。迄今為止，還沒有研究證實血液食欲素-1水平與偏頭痛患者5-HT的相關性。波蘭的一項研究對偏頭痛與5-HT、食欲素-1、5-HTTLPR和rs2271933多態性之間的相關性分析發現，多聚酶鏈反應(PCR)證實5-HTTLPR多態性，偏頭痛患者包括MA和MO的L等位基因的頻率，高于對照組，MO組中SS基因型比較常見[51]。研究發現，5-HTTLPR的L等位基因有增加5-HT水平的趨勢。在L型變異體中，5-HT轉運體表達增加2倍。此外，發現5-HTTLPR SL基因型偏頭痛患者食欲素-1水平明顯低于對照組，HCRTR1基因rs2271933多態性在偏頭痛患者更為常見，提示情緒可能參與5-HT和食欲素水平的調節[52-53]。ARTERO等研究結果表明，5-HT和NE通過α2腎上腺素和5-HT1A受體NE抑制食欲素神經元的活動；另一方面，食欲素-1通過控制去甲腎上腺素傳輸，間接改變5-HT的水平[54]。5-HT1A受體也引起鉀離子通道的開啟，導致細胞內鉀離子流出和細胞膜的超極化。此外，5-HT和NE可以通過阻斷K+離子流動來TRESK活動和增加神經元興奮性，突出融合蛋白1A也通過減少5-HT轉運體的表達和改變定位來調節5羥色胺能傳遞。

5 總結

目前，偏頭痛的研究主要基于問卷調查、訪談和神經成像，偏頭痛是多種基因與環境因素和誘因相互作用的結果。基因研究發現可能對偏頭痛發病機制有新的認識，基因多態性可能影響偏頭痛的表型和蛋白質功能。分子標志物主要與免疫和氧化應激反應相關：如MTHFR、GRIA1、GRIA3、細胞因子和酪氨酸代謝；與疼痛傳遞和情感狀態基因包括KCNK18、HCRTR1、SLC6A4、STX1A、CGRP、谷氨酸，5-HT和食欲素-1。生物化學和分子方法在血液或唾液樣本中檢測生物標志物有助于偏頭痛的診斷、藥物反應監測、疾病的預后或進展。目前正在研究某些分子作為偏頭痛的藥物治療新的目標。此外，神經肽和受體可用于未來偏頭痛的預防和治療。