小膠質細胞參與偏頭痛慢性化以及針刺鎮痛中的研究進展

劉 一 周夢荻 孫銘聲 趙 凌

(成都中醫藥大學針灸推拿學院，成都，610075)

偏頭痛是臨床上最常見的致殘性原發性頭痛，其病情特征為中度至重度的單側搏動性頭痛，并伴有畏光、畏聲、惡心或嘔吐，通常持續4～72 h。而慢性偏頭痛(Chronic Migraine，CM)是指患者每月頭痛發作15 d以上，持續時間超過3個月，且每月至少8 d頭痛具有偏頭痛特征的疾病[1]。據估計，每年大約2.5%的發作性偏頭痛(Episodic Migraine，EM)患者發展為CM。與EM相比，CM具有更高的發作頻率，更高的致殘率，頭痛性質更加復雜的特點，給社會與個人帶來更大的經濟負擔[2]。

目前，膠質細胞活化現象已成為慢性疼痛的一種重要機制[3]。小膠質細胞屬于單核巨噬細胞的一種，在中樞神經系統中廣泛分布，占所有神經膠質細胞的5%～20%。生理狀態下小膠質細胞處于靜息狀態，分泌多種神經營養因子支持神經元[4-5]。而在受到損傷時小膠質細胞活化并釋放大量的炎癥介質，導致傷害性傳遞增強和長時程增強效應建立，從而提高中樞神經系統神經元興奮性，參與了疼痛超敏的形成[6-7]。以往CM的研究集中于神經元、神經遞質學說，而近年來有關小膠質細胞在CM中作用的研究提示：在偏頭痛慢性化的進程中，小膠質細胞活化發生形態結構改變，并且通過誘導痛覺超敏現象參與疼痛的發展和維持。針刺作為主要中醫治療手段在CM的預防以及減輕疼痛程度等方面均發揮了有益作用。因此，本文總結小膠質細胞在CM中的作用和相關機制，以及針刺治療與小膠質細胞之間的關系，希望為CM的發生發展機制及治療前景提供新思路。

1 小膠質細胞參與偏頭痛痛覺敏化

CM的發病機制尚未闡明，臨床研究證實，CM患者大多處于痛覺超敏狀態，是導致偏頭痛慢性化的重要危險因素，在加重疼痛程度的同時，又延長了疼痛的時程[8]。研究發現，活化后的小膠質細胞釋放大量的神經興奮介質，如腦源性神經營養因子(Brain-derived Neurotrophic Factor，BDNF)、白細胞介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)、一氧化氮(Nitric Oxide，NO)等，通過與神經元之間的交互作用導致神經元興奮性增強，促進痛覺超敏的形成、發展和維持[9]。

早在2009年，Bartley[10]最先提出假說，活化的小膠質細胞通過釋放炎癥介質參與了偏頭痛的生理病理過程。小膠質細胞在偏頭痛中的作用也逐漸受到人們的關注。郭永濤等[11]在大鼠橫竇區硬腦膜上連續給予炎性湯(Inflammatory Soup，IS)及降鈣素基因相關肽(Calcitonin Gene-related Peptide，CGRP)，建立偏頭痛大鼠模型；發現脊髓后角小膠質細胞明顯活化，小膠質細胞抑制劑預處理能明顯抑制痛覺超敏現象及c-Fos基因的表達。另外該實驗還發現，相較于疾病晚期，小膠質細胞在早期的活化更為顯著，提示小膠質細胞可能在偏頭痛中樞敏化的起始階段發揮作用。Fried等[12]則采用IS反復刺激硬腦膜，結果顯示在三叉神經脊束尾側核(Trigeminal Subnucleus Caudalis，TNC)中小膠質細胞被異常激活，血腦屏障通透性增加；且給予小膠質細胞抑制劑米諾環素可以抑制大鼠眶周痛覺超敏的產生。同時，研究者發現小膠質細胞活化發生在多次IS刺激后，僅2次刺激不足以激活小膠質細胞，提示小膠質細胞與CM的產生有關。這2項實驗結果雖然有所差異，但都證明了小膠質細胞在CM的發生發展過程中起到重要作用。

2 小膠質細胞及其相關受體參與CM的發病機制研究

小膠質細胞通過各類受體釋放多種致痛物質，誘導神經元致敏并擴大傷害性信號，這可能是導致疼痛慢性化的關鍵因素[13]。例如，小膠質細胞表面的嘌呤受體參與疼痛信息傳遞的過程，在神經元-小膠質細胞傳遞通路發揮重要作用[14]。目前研究證實，小膠質細胞及P2X4、P2X7、P2Y12等受體的激活共同參與CM的發病。

2.1 P2X4受體 P2X4受體在中樞神經系統中主要位于小膠質細胞上，是誘發疼痛的關鍵受體[15]。該受體在三叉神經系統中也有分布，參與調節三叉神經系統激活引發的疼痛[16]。劉超陽等[17]在IS刺激建立的CM大鼠模型中發現TNC部位小膠質細胞P2X4受體表達明顯上調，同時c-Fos基因的表達也顯著增加，而使用抑制劑后可顯著抑制大鼠的痛覺超敏現象及c-Fos基因的表達。表明TNC中小膠質細胞P2X4受體的表達上調，可能通過影響神經元的激活，從而參與了CM的病理生理機制。Long等[18]在硝酸甘油偏頭痛模型中同樣證實了P2X4受體是介導小膠質細胞-神經元信號交流的關鍵物質，促進CM的痛覺敏化。研究人員發現小膠質細胞激活后可釋放BDNF；其中的機制主要涉及p38-促分裂原活化的蛋白激酶(Mitogen-activated Proteinkinase，MAPK)信號通路。小膠質細胞上P2X4受體活化，激活p38-MAPK導致其磷酸化，增加小膠質細胞內BDNF的合成與釋放[19]。Liu等[20]則發現該小膠質細胞釋放的BDNF通過作用于神經元上的酪氨酸激酶受體(Tyrosine Kinase Receptor B，TrkB)，促進興奮性氨基酸轉運蛋白3(Excitatory Amino Acid Transporter 3，EAAT3)表達，增強神經元的興奮性，從而導致中樞敏化和痛覺超敏反應。可見，BDNF是小膠質細胞-神經元信號交流中的一種關鍵的傷害性介質。

2.2 P2X7受體 在P2X家族中，P2X7主要參與炎癥反應。P2X7受體激活后，導致炎癥介質IL-1β、IL-18釋放[21]；而小膠質細胞釋放IL-1β則主要依賴于核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(Nucleotide-binding Oligomerization Domain-like Receptor Protein 3，NLRP3)炎癥小體的激活[22]。He等[23]通過反復腹腔注射硝酸甘油建立CM小鼠模型，發現TNC部位NLRP3被激活，CGRP、c-Fos蛋白的表達增加，NLRP3和IL-1β共同定位于小膠質細胞中；而在使用了NLRP3或IL-1β抑制劑后，TNC中CGRP、c-Fos蛋白含量減少，機械痛閾降低；同時，IL-1β及其受體IL-1受體在神經元上表達。這些結果證明，TNC中活化的NLRP3通過介導炎癥介質的釋放參與了小膠質細胞-神經元的信號傳遞，促進偏頭痛慢性化。NLRP3炎癥小體的表達或許與激活P2X7受體有關。Jiang等[24]研究證明了P2X7受體參與小膠質細胞介導的炎癥反應；自噬可減少TNC中小膠質細胞與NLRP3的活化，降低CGRP、c-Fos蛋白的含量；而激活P2X7受體可造成自噬功能紊亂，引起小膠質細胞與NLRP3炎癥小體的過度激活，誘導炎癥反應的發生。

2.3 P2Y12受體 有研究發現P2Y12受體在TNC部位主要表達于小膠質細胞內，參與調控神經元的活性，促使傷害感受神經元的敏化[25]。付俊等[26]通過腹腔注射硝酸甘油使P2Y12受體活化，激活小膠質細胞并釋放誘導型一氧化氮合酶(Inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS)、IL-1β、TNF-α，通過介導炎癥反應引起痛覺敏化；而P2Y12受體對抗劑可減少TNC部位小膠質細胞、c-Fos蛋白的表達以及血漿CGRP含量，降低機械痛閾值。在Jing等[27]的研究中發現Ras同源基因家族成員A(Ras Homolog Gene Family Member A，RhoA)及其下游效應器Rho相關卷曲螺旋蛋白激酶(Rho-associated Coiled-coil Forming Protein Kinase，ROCK)參與了CM的中樞敏化。反復注射硝酸甘油刺激激活P2Y12受體，并伴隨著RhoA、ROCK表達水平上調；該受體通過RhoA/ROCK通路調控了小膠質細胞的活化狀態及炎癥介質的釋放，從而介導CM的發生發展。

2.4 P2Y14受體 P2Y14受體與免疫細胞、炎癥細胞以及許多上皮細胞密切相關，且主要表達在神經元上，參與調節神經元興奮性，誘導疼痛的發生[28-29]。朱品歡等[30]在大鼠硬腦膜上連續給予IS刺激，建立CM大鼠模型；發現頸髓C1-2節段中小膠質細胞明顯活化，且P2Y14受體與小膠質細胞表達量變化趨勢一致；在使用P2Y14受體抑制劑后明顯降低P2Y14受體和小膠質細胞的表達量并減輕痛覺超敏程度。

諸多實驗均證明了小膠質細胞在CM病理機制中發揮重要作用，小膠質細胞活化后，其表面受體激活引起下游炎癥級聯反應，激活相關信號通路，并釋放致痛物質，介導CM的中樞敏化。而另有研究發現，α7煙堿型乙酰膽堿受體(Alpha7 Nicotinic Acetylcholine Receptor，α7nAChR)也在小膠質細胞上廣泛表達，與嘌呤受體產生的致痛作用不同，該受體可調節小膠質細胞的激活狀態，影響下游的信號通路，減少促炎產物的釋放，從而減輕痛覺過敏，其鎮痛作用已在多種疼痛疾病中得到驗證[31-33]。小膠質細胞活化后，因其表面受體表達的不同，而發揮鎮痛和致痛效應，在偏頭痛慢性化進程中起到了促進與抑制的相反作用。

3 基于小膠質細胞探究針刺治療CM

針刺作為一種不良事件小且有效的非藥物治療方法，在預防慢性偏頭痛發作，降低發作頻率和疼痛程度，提高患者生命質量等方面表現出了極大的優勢。前期高質量系統評價以及本課題組發表于JAMA的臨床研究也證實了針刺治療在預防偏頭痛發作中的長期效應[34-35]，可以減少頭痛的發生率，且針灸可能至少與預防藥物具有相似的效果。相關CM的臨床研究發現，相比于托吡酯、A型肉毒毒素，針刺治療效果更佳，且并發癥更少[36-37]。動物試驗中也發現，針刺對中樞膠質細胞的活化具有抑制作用，進而緩解痛覺敏化，產生鎮痛作用[38-39]。

Shan等[40]的研究中發現關節炎大鼠的脊髓小膠質細胞在第3天就達到峰值，通過電針刺激“環跳”“陽陵泉”能夠減少小膠質細胞的表達量，還能抑制脊髓中IL-1β、IL-6和TNF-α的釋放。劉玲玲等[41]通過電針刺激夾脊穴觀察脊髓損傷(Spinal Cord Injury，SCI)大鼠的炎癥反應情況，結果顯示SCI大鼠小膠質細胞活化，P2X7受體表達增加，并與小膠質細胞共定位，此外NLRP3炎癥小體被激活，IL-1β和IL-18釋放水平升高；經電針治療后，上述情況逆轉，有效緩解了脊髓組織的炎癥反應。另一項研究發現電針治療不僅可以抑制小膠質細胞P2X4受體的激活，緩解疼痛；還能減少炎癥介質IL-1β、IL-6和TNF-α的釋放[42]。針刺通過抑制小膠質細胞活化，既能夠下調細胞表面受體的表達，還可減少炎癥介質的釋放。

此外，研究人員發現針刺對小膠質細胞活化后參與的多種信號通路同樣具有抑制作用。例如，Zhao等[43]的實驗顯示，在紫杉醇誘導慢性疼痛的大鼠模型中，通過電針刺激雙側“足三里”既可抑制小膠質細胞的激活，還能下調Toll樣受體4(Toll-like Receptor 4，TLR4)及其下游核因子κB(Nuclear Factor Kappa-B，NF-κB)的表達，通過調控TLR4/NF-κB通路，防止痛覺敏化。Liang等[44]發現通過電針治療后，小膠質細胞及p38-MAPK表達明顯減少；電針可抑制小膠質細胞p38磷酸化，從而防止痛覺敏化。由此可見，針刺不僅能抑制小膠質細胞的活化，還能調控疼痛信號通路，發揮鎮痛作用，在CM的治療中具有巨大的研究潛力。以往針刺治療偏頭痛動物模型的研究多集中于神經遞質、神經元，但針刺效應機制十分復雜。小膠質細胞作為釋放神經遞質的主要來源，又能調控神經元的功能，以小膠質細胞作為切入點能完善針刺對CM神經-膠質細胞網絡的調控機制研究。

4 小結與展望

小膠質細胞作為中樞神經系統內的免疫細胞除了參與免疫炎癥反應外也可以調節疼痛信息的傳遞。小膠質細胞在CM中機制主要有：1)活化的小膠質細胞通過上調細胞表面受體，啟動下游級聯信號通路，參與痛覺超敏現象；2)由小膠質細胞釋放的神經興奮性遞質作用于神經元，提高神經元的興奮性，從而導致痛覺敏化；3)小膠質細胞通過釋放炎癥介質，影響神經元活性。因此，小膠質細胞在CM病理機制中發揮重要作用，或成為治療CM的有效靶點。另外，小膠質細胞參與針刺鎮痛效應，其機制可能涉及針刺能抑制小膠質細胞的活化，降低致痛性物質的釋放；還可通過減少小膠質細胞-神經元的交互聯系，降低神經元的興奮性。針刺還能調節小膠質細胞表面受體，從而影響疼痛信號通路，發揮鎮痛作用。綜上所述，本文提出以小膠質細胞為靶點，為針刺治療偏頭痛的效應機制提供新的科學依據。未來研究可從以下幾個方面進行深入。

神經影像學提示CM患者不僅存在三叉神經系統異常，還與下行痛覺調控系統失衡有關。TNC中的二級神經元敏化后可發展、擴散至丘腦中的三級神經元；同時二級神經元連接腦干中的多個部位，包括調制疼痛信息的中腦導水管周圍灰質，進而引起下行疼痛調節系統紊亂。小膠質細胞可引起TNC神經元敏化，而其他相關腦區仍待進一步探索。其次，小膠質細胞與神經元之間的雙向溝通依賴于細胞表面表達的各類受體，目前的研究多集中于嘌呤受體，對于其他受體在CM中的具體機制了解地尚不全面。

α7nAChR作為膽堿能抗炎通路的核心分子，能減少炎癥介質的釋放，發揮抗炎鎮痛的作用[45-46]。研究發現，電針可通過調控α7nAChR影響小膠質細胞的激活狀態，抑制炎癥反應，這或許也是針刺發揮抗炎鎮痛作用的關鍵因素[32]。將神經影像學發現針刺參與調控的環路或網絡，以動物模型的方式進行相互驗證，于細胞層面進一步探究各疼痛相關腦區內小膠質細胞與α7nAChR參與針刺治療CM的調控作用。

另外，小膠質細胞參與調控痛覺敏化涉及多條信號通路的轉導，但目前有關針刺在這一過程中的調控作用，還缺乏較為深入的驗證及各通路間相互作用的探索。結合核因子κB、MAPK等疼痛信號通路，探索上下游通路信號傳遞機制，為深入理解針刺鎮痛的機制提供科學依據，為臨床CM治療提供更為可靠的理論依據。