降鈣素基因相關肽與疼痛相關研究進展*

龍燦海 王靜霞 周小翠 郭曉冬

（上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院腫瘤二科，上海 200080）

降鈣素基因相關肽 (calcitonin gene-related peptide, CGRP) 是1982 年發現的由37 個氨基酸組成的多功能神經肽，廣泛存在于人體各系統中，主要存在于背根神經節 (dorsal root ganglion, DRG) 和三叉神經(trigeminal ganglion, TG) 的C 和Aδ 感覺纖維中，約有65%～80%的DRG 神經元表達CGRP，多屬于中小型神經元。CGRP 主要定位于初級傳入神經末端，在二級神經元胞體中幾乎沒有CGRP 的存在，背根神經節神經元是脊髓CGRP 的唯一來源。CGRP 分為兩種形式，即α-CGRP 和β-CGRP，CGRP 受體復合物由三種獨立的蛋白質組成：G 蛋白偶聯受體(G-protein couped receptor, GPCR)、降鈣素受體樣受體 (calcitonin receptor-like receptor, CLR) 和一種具有配體結合特異性的輔助蛋白受體活化修飾蛋白1 (receptor activity modifying protein, RAMP1)。經典的CGRP 受體拮抗劑是含有殘基8-37 的C 末端片段，它結合但不激活受體。

2020 年國際疼痛學會 (The International Association for the Study of Pain, IASP) 將疼痛定義更新為是一種與實際或潛在的組織損傷相關的不愉快的感覺和情緒情感體驗，或與此相似的經歷[1]。疼痛是個重大的公眾健康問題，目前關于疼痛的管理和治療仍未達到理想效果[2]。由于疼痛的病理和機制具有多樣性和復雜性，盡管目前疼痛治療方式多種多樣，其中包括中醫療法、認知療法、藥理、介入和手術等，但依然面臨不良反應多、療效欠佳等諸多挑戰。了解疼痛的細胞和分子機制對于疼痛的預防和治療至關重要，針對這些細胞和分子機制靶向治療很可能是發展有效的疼痛療法的關鍵。隨著人們對CGRP 受體結構及功能日益深入的了解，CGRP 在參與疼痛方面的作用正在逐漸受到重視，抗CGRP 通路的單克隆抗體作為一種新的治療和預防偏頭痛靶向方法，在機制上具有特異性，是一種很有希望的新治療策略[3]。然而某種程度上CGRP在傳遞和調節傷害性感受信號方面的作用以及發揮對它的拮抗作用能否應用于治療慢性疼痛方面尚未明確。鑒于此，本文對相關文獻和臨床研究進行總結，分析CGRP 參與疼痛發生的可能機制，為后續學者深入了解CGRP 與疼痛之間的關系提供基礎，也將有助于為發展新的、更有效和更安全的鎮痛治療提供方向。

一、CGRP 參與疼痛發生

廣義上，疼痛可分為炎性疼痛（疼痛來自于受損組織的化學或自然刺激如手術、骨性關節炎與創傷）和神經性疼痛（由感覺神經的直接損傷或疾病如糖尿病或帶狀皰疹引起）。目前研究表明炎性疼痛與神經性疼痛狀態下CGRP 含量增加，且CGRP水平的上調有助于痛覺的增強。

有研究表明骨關節病引起的慢性膝關節疼痛病人血清和滑膜液中CGRP 水平升高，且血清CGRP水平與疼痛強度呈正相關[4]。相關研究分析表明盆腔充血綜合征病人 CGRP 水平與靜脈性盆腔疼痛水平呈強相關[5]。而對于神經性疼痛，郜麗琴等[6]發現原發性三叉神經痛病人經三叉神經節射頻熱凝術治療后，其頸外靜脈血中CGRP 的含量較術前減少，提示CGRP 可能參與了三叉神經痛疼痛發作過程。此外有研究通過結扎大鼠的坐骨神經，發現其L4-L6背根節CGRP 含量明顯升高，且出現明顯的痛覺過敏和異常性疼痛[7]，同樣另一項研究表明曲馬多可通過減少DRG 中CGRP 表達來降低坐骨神經結扎大鼠機械痛敏程度[8]。以上研究表明CGRP 在各種類型疼痛過程中有所參加，且部分研究結果顯示了疼痛強度與CGRP 水平含量呈正相關性。

二、CGRP 通過神經系統敏化參與疼痛

采用真皮微透析技術將CGRP 應用于人類前臂皮膚后未出現任何軸突反射性紅斑或瘙癢疼痛癥狀[9]，這表明CGRP 可能不直接介導疼痛而是通過敏化等其他途徑參與疼痛發生。α-CGRP 基因敲除小鼠在熱刺激下表現出較低的疼痛敏感性[10]，且CGRP 受體拮抗劑能有效對抗硝酸甘油引起的痛覺過敏[11]，表明CGRP 參與痛覺過敏。痛覺過敏常見于周圍神經或組織損傷后，由于初級傳入纖維釋放的各種神經遞質如P 物質(substance P, SP)、CGRP及興奮性氨基酸等激活傷害性感受器，使高閾值傷害性感受器轉化為低閾值傷害性感受器，致使DRG 神經元高度興奮（敏感化），從而產生痛覺過敏。目前研究表明CGRP 主要通過中樞神經系統及外周神經系統敏化來參與痛覺過敏，從而誘導疼痛產生。

1. CGRP 參與中樞神經系統敏化

CGRP 可通過促進大鼠脊髓背角神經元內源性谷氨酸興奮性神經遞質的釋放來增強背角神經元突觸連接，如Hansen 等[12]在癌性骨痛模型中觀察到細胞外CGRP 水平的增加可促進谷氨酸驅動的神經元傷害性信號傳遞。CGRP 通過激活脊髓神經元末端CGRP 受體，促進谷氨酸AMPA 受體激活，而后產生興奮性突觸后電流，隨著電流的疊加最終將激發動作電位，使突觸后膜去極化，激活靜止的NMDA 受體，促使谷氨酸與NMDA 受體結合，并增加鈣離子內流，從而使神經元持續興奮。

CGRP 釋放增加可進一步激活下游信號通路以及第二信使系統，加強傷害性感受器和背角疼痛傳遞神經元之間的突觸連接，增加傷害性神經元的興奮性，導致痛覺過敏發生。有研究結果顯示上段脊髓CGRP 含量的升高可促使TG 中初級傷害性神經元的敏化，其機制與中樞激活蛋白激酶A (protein kinase A, PKA)和磷酸化細胞外信號調節激酶 (extracellular signal-regulated kinase, ERK) 在神經節中的表達上升有關[13]，Sun 等[14]在大鼠鞘內注射CGRP后發現縮足閾值降低，證實鞘內注射CGRP 可致大鼠機械性痛敏，而CGRP1 受體拮抗劑CGRP8-37、PKA 抑制劑及蛋白激酶C (protein kinase C, PKC)抑制劑均能顯著減輕CGRP 引起的痛敏反應，提示脊髓背角CGRP 通過作用于CGRP1 受體以及介導PKA 和PKC 第二信使通路而產生痛覺過敏。同樣有研究通過給予大鼠靜脈注射CGRP 發現TG瞬時受體電位香草酸-1 (transient receptor potential vanilloid 1, TRPV1)、CGRP、磷酸化PKC 和磷酸化cAMP 反應元件結合蛋白( cAMP-response element binding protein, CREB) 水平均顯著升高，且大鼠TG 內TRPV1 和CGRP 免疫陽性神經元數目明顯增加，并伴有TRPV1 和CGRP 神經元的共存，提示CGRP 可能通過誘導TRPV1 和CGRP 水平升高來激活TG 中樞神經元，從而參與TG 傷害性感受系統敏化[15]。CGRP 不僅傳遞和調節脊髓疼痛相關信息，也幫助傳遞杏仁核傷害性信息，如研究發現CGRP 通過依賴PKA 和N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid, NMDA) 受體的突觸后易化增加小鼠臂旁-中央杏仁核突觸的興奮性突觸后電流，從而導致疼痛發生[16]。

脊髓背角廣動力域 (wide dynamic range, WDR)神經元是脊髓背角中負責傳遞痛覺信息的二級神經元, 已有研究表明CGRP 還可通過CGRP 受體作用于大鼠WDR 神經元使其敏化，產生機械性痛敏[17]。

膠質細胞，特別是小膠質細胞和星形膠質細胞，有助于損傷環境下中樞敏化發生，CGRP 還可激活膠質細胞CGRP 受體，并與PKA 結合，隨后激活細胞內二級信使cAMP 水平升高并參與建立和維持中樞敏化[18]。有研究顯示CGRP 能激活星形膠質細胞CGRP 受體，促使其三磷酸腺苷 (adenosine triphosphate, ATP) 和cAMP 釋放，進而激活小膠質p2 型嘌呤能受體 (P2X7R 和P2X3R)，促使癌性骨痛發生[11]。另外有研究表明，顳下頜關節紊亂發生與關節內CGRP 水平升高有關，CGRP 可引起三叉神經細胞和膠質細胞中p38、ERK 及P2X3 的表達，從而促進中樞敏化持續存在[19]。

綜上所述，以上研究揭示了CGRP 參與中樞敏化可能涉及的相關機制，即主要通過激活谷氨酸受體和第二信使系統來加強脊髓及杏仁核等中樞神經元突觸傳遞，同時CGRP 通過激活膠質細胞p2 型嘌呤受體來促進中樞敏化持續化。通過總結CGRP參與中樞神經系統敏化誘導疼痛發生的可能途徑，并制作了疼痛發生相關機制模擬圖（見圖1）。

圖1 CGRP 參與疼痛發生相關機制

2. CGRP 參與外周神經系統敏化

外周敏化包括周圍感覺神經元對刺激閾值的降低、反應的增強以及感受野的擴大。外周敏化通常是由神經纖維化學環境的炎癥相關變化引起的，周圍組織或神經的損傷導致局部釋放促炎介質并產生酸性條件，這些物質可以降低周圍傷害性感受器動作電位的激活閾值，從而激活傷害性感受器。目前研究表明外周敏化是由CGRP 本身促炎作用及與其他促炎介質相互作用啟動和維持的。

（1）CGRP 通過促進神經源性炎癥參與外周敏化

CGRP 本身作為“炎癥湯” (inflammatory soup)中的成員之一，可通過增加血流量、招募免疫細胞和激活感覺神經元等來促進神經源性炎癥產生，進而敏化外周傷害性感受器[20]。有研究[21]發現實驗性膝關節骨性關節炎大鼠模型中CGRP 及其受體在關節傳入神經中表達上調，且膝關節局部給予CGRP可增加關節傳入神經的機械敏感性，模仿關節炎中的外周敏化作用，而CGRP 8-37 可通過阻斷CGRP通路來減少骨性關節炎中膝關節的機械敏感性和疼痛行為，提示CGRP 可通過促進神經源性炎癥發揮外周敏化作用。

（2）CGRP 與其他炎癥介質相互作用參與外周敏化

中樞端末梢釋放的P 物質與痛覺傳遞有關，CGRP 與DRG 神經元中的P 物質很大程度上共域化，且CGRP 能夠通過競爭同一內肽酶的降解來增強其生物活性[22]。組胺和CGRP 不僅通過血管舒張作用參與偏頭痛和其他原發性頭痛發生，且兩者可相互刺激釋放協同作用于炎癥性疼痛的痛覺感受器，應用CGRP 8-37 可預防組胺引起的痛覺過敏[23]。神經生長因子 (nerve growth factor, NGF) 可誘導DRG 神經元CGRP 水平上調，Liu 等[24]在慢性胰腺炎大鼠模型中進行持續鞘內灌注CGRP 拮抗劑α-CGRP8-37 后發現大鼠疼痛反應明顯有所減輕，且經NGF 抗體治療的大鼠，其胸椎DRG 中表達CGRP 的特異性神經元數量明顯減少，表明NGF 能促進CGRP 在感覺神經元中的上調，使之介導慢性胰腺炎的胰腺痛覺過敏。近期一項研究中表明音猬因子信號通路的激活可促使NGF 表達增加，繼而通過調節CGRP來促進胰腺癌癌痛發生[25]。前列腺素E2 (prostaglandin E2, PGE2) 是一種疼痛和促炎介質，Ma 等[26]認為PGE2 通過直接興奮傷害性初級感覺神經元并間接促進P 物質和CGRP 釋放從而引發疼痛，并在感覺神經節外植體的離體培養測試中驗證了PGE2參與傷害性感受器中SP 和CGRP 的合成，提示促進傷害性感受器中CGRP 等疼痛相關肽的合成是發揮其致痛的一種新機制。以上研究表明CGRP 能與其他炎癥介質相互促進來進一步誘導外周敏化，從而共同發揮其致痛作用。

三、拮抗CGRP 受體和抑制CGRP 表達有助疼痛緩解

目前研究已表明CGRP 及其受體參與疼痛發生，基于此近年較多學者通過研究來觀察拮抗CGRP 受體能否降低DRG 感覺神經元支配的組織傷害性反應，如Hansen 等[12]發現鞘內注射CGRP拮抗劑可減輕與骨癌同側的后足牽涉性疼痛，其機制涉及通過拮抗脊髓內的CGRP 受體來抑制CGRP引起的神經元傷害性信號傳導。另外，已有較多臨床研究證實抗降鈣素基因相關肽及其受體單克隆抗體可通過選擇性結合CGRP 受體來作為一種預防發作性偏頭痛的有效安全方法，其機制與阻斷CGRP誘導的cAMP 積累，抑制CGRP 受體的內化有關[27]。由此可見拮抗CGRP 受體可能有助于緩解疼痛。

同時，CGRP 作為促炎神經肽，抑制其表達可有助于緩解疼痛，如脈沖射頻治療長時間緩解神經病理性疼痛的機制與其可下調DRG 中CGRP 表達有關[28]。針刺療法在緩解疼痛方面有其優勢，有研究表明其機制可能與減少CGRP 含量有關，研究發現針刺治療較藥物治療更能降低慢性偏頭痛病人血漿CGRP，減輕慢性偏頭痛病人的疼痛癥狀[29]。圍刺配合穴位注射甲鈷胺可抑制局部CGRP 表達來有效減少刺激性痛覺傳遞，從而達到緩解急性帶狀皰疹神經痛的目的[30]。Qiao 等[31]發現對扶突/合谷-內關穴位施以電針刺激可增加切口頸部疼痛大鼠的熱痛閾值，并認為這可能與此過程中傷害感受介質CGRP 的下調有關。以上這些發現提示部分鎮痛療法與拮抗CGRP 受體和抑制CGRP表達有關，其中包括中醫針刺療法，可為今后針刺鎮痛機制研究提供新的方向與思路。

四、小結與展望

從已有研究來看，CGRP 可能通過興奮中樞神經元致使中樞敏化以及通過促炎引起外周敏化來誘導疼痛產生，然而其參與傷害性感覺傳遞的確切機制和參與程度目前尚不完全清楚。且盡管較多研究展示抑制其表達及拮抗其受體能緩解疼痛，仍有一小部分研究未觀察到CGRP 與疼痛的關系。在一項研究中發現手部術后神經損傷引起的慢性疼痛病人和無疼痛病人之間未存在CGRP 表達差異[32]。因此，未來需要更多方法進一步探究CGRP 參與疼痛的確切機制。現研究中已證實CGRP 拮抗劑和抗體在治療偏頭痛過程中的有效性和安全性，這為非頭痛疼痛情況下進行更多的臨床試驗鋪平道路。在將來的研究中，需密切與臨床實際相聯系，通過新的技術，從不同分子靶點和不同途徑來對CGRP 在介導疼痛方面的機制進行更深入的探討，并針對CGRP 及其受體開發新型鎮痛藥物和療法。

周圍組織或神經損傷后，局部釋放“炎癥湯”介質（其中包括CGRP），導致外周感受器激活閾值降低并觸發動作電位，增加初級傳入神經C和Aδ 纖維終端末梢CGRP 及Glu 釋放。Glu 釋放增加可促進脊髓背角神經元谷氨酸AMPA 受體與NMDA 受體激活，使鈣離子內流增加，同時CGRP釋放增加可作用于脊髓背角神經元CGRP 受體，激活G 蛋白偶聯受體信號通路，即AC 促使ATP 轉化為cAMP，繼而促使PKC 及PKA 激活，并使下游轉錄因子CREB 磷酸化及MAPK 信號轉導通路激活，最終共同導致神經元興奮性增強；此外CGRP還能以旁分泌的方式作用于膠質神經元，在促使cAMP 釋放后激活小膠質p2X 嘌呤受體，增強其興奮性，幫助維持中樞敏化。