酸敏感離子通道在偏頭痛中的作用研究進展

安雪晶，沈燕

(天津中醫藥大學第一附屬醫院針灸研究所 國家中醫針灸臨床醫學研究中心 天津市針灸學重點實驗室，天津 300381)

偏頭痛是一種偏側的原發性神經血管性頭痛疾病，臨床主要表現為急性中重度、搏動樣頭痛，持續時間4～72 h，可伴隨惡心、嘔吐等癥狀[1]。偏頭痛多于兒童期和青春期起病，中青年期達發病高峰，約60%的偏頭痛患者有家族史[2]。女性偏頭痛的發病率是男性的2～3倍，且多發于育齡期女性[3]。全球疾病負擔研究顯示，2017年全球約12.5億人患偏頭痛[4]。此外，偏頭痛也是15～49歲人群致殘的首要原因[5]。目前全球偏頭痛患者的直接治療費用和間接經濟損失(生產力損失)約為每年1 533美元，一旦患者出現慢性偏頭痛，預計這一費用將增加至每年4 144美元[6]。研究發現，有兆偏頭痛患者發生腦梗死的風險會增加約2.27倍，而無兆偏頭痛患者發生腦梗死的風險會增加約1.83倍[7-8]。因此，明確偏頭痛的發病機制非常必要。近年研究發現，酸敏感離子通道(acid-sensing ion channels，ASICs)在中樞敏化性疼痛中具有重要作用，其抑制劑可降低偏頭痛的發生率[9]。因此，研究ASICs與偏頭痛的關系可以為偏頭痛的預防性治療提供新的選擇。現就ASICs在偏頭痛中的作用研究進展予以綜述。

1 ASICs的結構及特性

ASICs是一類由配體細胞膜外質子激活的配體門控陽離子通道，屬于細胞上皮鈉離子通道/退化蛋白超家族成員[10]。ASICs由4個相同或不同的亞基構成，即ASIC1～4，除ASIC4亞基外，其他亞基對酸堿度均具有強烈的敏感性[11]。ASICs對于二價陽離子具有較強的通透性，其中鈣離子可通過與ASIC3直接結合抑制ASIC3的基因表達[12]。有研究表明，阿米洛利的孔隙阻塞位點[13]以及潛在位點diminazene[14]和美金剛[15]也位于通道孔內，且靠近通道的選擇性過濾器。目前在嚙齒類動物中已發現4種編碼ASICs的基因，即ACCN1～4，共有6種ASICs亞基蛋白被成功克隆，分別為ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3和特異體ASIC4[16]。這些蛋白可以組成任意的同聚體或異聚體通道，并表現出不同的電流敏感特性，使ASICs電流可以選擇性通過[8]。其中，ASIC1a、ASIC2a、ASIC2b和ASIC4廣泛分布于中樞神經系統，而ASIC3少量分布于三叉神經元[11]，此外，ASIC3在三叉神經脊束尾核中也有表達[17]。有研究發現，在酸誘導的三叉神經傷害感受通路中，ASIC1a和ASIC3信使RNA或蛋白的表達水平升高[18]，提示ASICs可能與三叉神經痛有關。ASICs亞型大多表達于初級神經元，對皮膚的痛溫覺和機械反應具有重要作用[19]。

2 ASICs與偏頭痛

ASIC1廣泛表達于中樞神經系統，因此慢性偏頭痛中關于ASICs表達的研究均圍繞ASIC1進行。研究發現，ASIC3在慢性偏頭痛大鼠三叉神經脊束尾核顯著表達，且ASIC3抑制劑APETx2可通過降低觸覺敏感性下調C-Fos、降鈣素基因相關肽(calcitonin gene related peptide，CGRP)和受體活性修飾蛋白1的表達[17，20]。另有研究顯示，增加大鼠牙痛程度，大鼠牙周ASIC3的表達也隨之上調，這為ASIC3參與三叉神經痛提供了新證據[21]。除ASIC3外，ASIC2a和ASIC1也顯著表達于支配大鼠口面部區域的三叉神經元[22]。由此可見，ASICs與偏頭痛密切相關。

2.1外周組織pH值 ASICs脫敏是ASIC1a在酸性環境中退化的過程。當ASICs的pH值為7.4～7.0時，脫敏處于抑制狀態，當pH值<6.0時，ASICs脫敏即可被激活[23]。在各種疼痛狀況中均會發生組織酸中毒，而ASIC3在不同疼痛以及酸性環境下均發揮關鍵作用[24]。ASIC3大量存在于三叉神經節和三叉神經脊束核，且對輕微的酸堿度降低較敏感，因此，三叉神經節中的ASIC3可能因酸性環境的影響而參與偏頭痛的發病機制[20]。有研究發現，慢性間歇性服用酸性溶液可導致硬腦膜經酸誘導的C57小鼠產生三叉神經痛，而這一現象可能是模擬了偏頭痛發生的機制[18]。同時，低pH值還可引起組織酸化，進一步導致機體炎癥反應發生。機體長期處于高度炎癥、缺血或缺氧狀態，可產生花生四烯酸、乳酸、緩激肽及一氧化氮代謝產物等，而這些產物可調節ASIC1a的活性[25]。

2.2炎癥產物 既往研究發現，5-羥色胺(5-hydroxy-tryptamine，5-HT)有許多不同的受體，5-HT通過與不同受體結合，在腦干內源性痛覺調制系統中發揮不同的作用，并參與偏頭痛的發病過程[26]。在ASIC3通道中有一個非質子配體感應區域，在該區域中，5-HT可增強并持續ASIC3的電流[27]。另有研究發現，在不同大小的背根神經元中，5-HT3與ASIC3共定位；5-HT3激活可誘導細胞內鈣增加，而這種鈣離子增加可以被ASIC3阻斷劑抑制，也可被5-HT3拮抗劑逆轉[28]。由此可見，5-HT3與ASIC3間的串擾可通過介導衛星膠質細胞激活引發鏡像疼痛，而這種鏡像疼痛不僅可被5-HT3拮抗劑緩解，也可被ASIC3阻滯劑逆轉。

氯化鉀可使大鼠大腦皮質發生皮質擴散抑制(cortical spreading depression，CSD)，導致大腦皮質和三叉神經節中氧化應激反應及活性氧的產生，而活性氧可激活三叉神經的傷害感受器，導致CGRP在三叉神經末梢大量釋放，從而對三叉神經節產生敏化作用[29-31]。此外，CSD還可增加大腦皮質中CGRP的表達[32]。有報道顯示，CGRP對CSD具有調節作用[33-34]。有研究表明，抑制CGRP及其受體的表達不僅可預防慢性和發作性偏頭痛[35-36]，還可抑制皮質對CSD的易感性[34，37]。因此，CGRP信號在調節皮質對CSD的易感性中起關鍵作用。另有文獻報道，CGRP拮抗劑可抑制CSD，表明CGRP受體激活不僅對血管部位CSD的產生和維持具有重要作用，在中樞神經元中也發揮了重要作用[38]。當ASIC3介導硬腦膜在酸性細胞外環境中受到刺激性傷害后，三叉神經元即釋放大量的CGRP[39]。用ASIC3抑制劑APETx2處理復發性偏頭痛模型大鼠后，大鼠神經元去極化減弱、三叉神經脊束核中CGRP水平降低；當給予ASIC3非特異性激動劑2-胍-4甲基喹唑啉鹽酸鹽時，大鼠疼痛感覺降低、CGRP表達上調，表明ASIC3具有調節CGRP釋放的作用[20]。

綜上，5-HT和CGRP均與偏頭痛的發生發展密切相關，同時也與ASIC3緊密關聯。由此推測，ASIC3激活可導致5-HT水平降低，從而導致偏頭痛的發生；ASIC3激活還可增加CGRP釋放，而CGRP可通過調節CSD引發偏頭痛。

2.3下丘腦 下丘腦是神經系統的中心，慢性偏頭痛患者下丘腦-結節漏斗系統(催乳素、生長激素)、下丘腦-垂體-腎上腺軸(皮質醇)和松果體(褪黑激素)的血清激素水平均會發生改變[19]。有研究者使用核磁功能影像掃描偏頭痛患者頭部發現，下丘腦對三叉神經有害刺激的反應以及下丘腦與三叉神經尾核和背側腦橋的耦合均發生改變，且這些變化在偏頭痛發生前24 h內最顯著[40-41]。偏頭痛的常見誘發因素包括壓力、睡眠不足、劇烈運動、飲食不規律、激素改變等，而這些因素均可能對下丘腦產生影響，且在偏頭痛的早期即可改變下丘腦的功能[42]。既往研究表明，ASIC3表達于整個下丘腦[43]，且在培養的下丘腦神經元中也證實存在ASIC1和ASIC3樣電流[44]。另有研究發現，ASIC1a表達于下丘腦外側的食欲素神經元，而食欲素類藥物可治療偏頭痛[19]。短暫的下丘腦功能障礙會影響胰島素、胰高血糖素和瘦素對三叉神經痛覺輸入的傳遞，而偏頭痛與代謝穩態受損間可能存在某種潛在的神經生物學聯系[45]。

2.4CSD 偏頭痛先兆的電生理與CSD相關，CSD由皮質神經元興奮波組成，而CSD過程可導致離子通量、神經遞質釋放以及腦血流量和氧合水平發生變化[46-47]。CSD還可引起皮質血流以及三叉神經尾核內的神經元活動，因此ASICs可能參與了CSD過程。有研究表明，ASICs阻滯劑可抑制CSD的產生，而CSD在皮質區域的傳播也會受到CSD區域低pH值的影響[19]。大腦能量缺乏或氧化應激反應增加均會降低CSD的閾值，從而激活ASICs，刺激CGRP大量釋放，而CGRP在誘發偏頭痛的發生發展中起重要作用[48]。ASIC3在三叉神經節和三叉神經脊束核中大量存在，而且對輕微酸堿度降低極其敏感，其可能因受酸性環境的影響而參與偏頭痛的發病機制[20]。目前的研究表明，誘發偏頭痛的三叉神經血管系統由CSD觸發[49]，ASIC3可能通過觸發CSD進一步誘導偏頭痛。鹽酸氟桂利嗪作為鈣離子拮抗劑可通過抑制CSD的產生達到預防偏頭痛的目的[50-51]。但也有研究發現，ASIC1a可介導由酸化引起的鈣離子濃度的增加[52]。提示，鹽酸氟桂利嗪可以通過降低鈣離子的濃度而阻滯ASIC1a通道的激活，從而進一步抑制CSD的產生。

2.5其他影響因素 偏頭痛的誘發因素較多，其中缺氧可增加大腦能量需求，降低偏頭痛發作的閾值[53]。磁共振波譜研究表明，有氧能量代謝缺陷可增加偏頭痛患者對誘發因素的易感性，患者會因缺氧引發偏頭痛，而缺氧患者血清中的乳酸水平也會顯著升高[19]。由于缺乏第二信使，乳酸不能直接激活ASIC1a，但其可通過螯合作用與細胞內超載的鈣離子、鎂離子等二價陽離子形成螯合物，從而增強ASICs的電流[54]。因此，ASICs可通過參與鈣離子對乳酸的反應介導CSD以及其他可能的偏頭痛機制。既往研究指出，偏頭痛應被視為一種由線粒體功能障礙導致的能量缺乏綜合征[48]。線粒體的膜電位在維持線粒體穩態、保證能量代謝中起關鍵作用，此外，線粒體還擁有一系列鈣轉運通道，通過調節鈣內流與外流防止細胞內鈣離子穩態失衡[55]。研究發現，ASIC1a不僅可阻斷胞質信號，還可阻斷線粒體鈉離子和鈣離子信號，表明ASIC1a在控制線粒體膜電位方面發揮作用，其對線粒體代謝活動具有生理意義[56]。因此，ASIC1a可能通過控制線粒體膜電位影響偏頭痛的發生。

3 以 ASICs為靶點的偏頭痛預防性治療

目前用于偏頭痛患者科學預防和有效治療的藥物主要包括β受體阻滯劑、抗癲癇劑、抗抑郁劑以及非甾體抗炎藥等。由于托吡酯等偏頭痛一線治療藥物療效不佳且均存在不良反應，其臨床應用受限。因此，亟須尋找新的偏頭痛預防性治療藥物。研究顯示，ASIC3阻滯劑APETx2可抑制由硝酸甘油誘導的急慢性偏頭痛[57]。此外，催乳素可增強ASICs電流活性，在痛覺過敏反應中作用顯著[58]。舒馬曲坦是一種5-HT受體激動劑，其可抑制大鼠三叉神經節神經元ASICs的電生理活動[59]。由于Galcanezumab可通過抑制CGRP通路的形成靶向三叉神經疼痛系統，因此2018年9月被美國批準作為預防偏頭痛的藥物[60]。作為ASICs阻滯劑，Diminazine也可抑制慢性炎癥性疼痛模型的痛覺過敏活性[61]。

此外，傳統中藥提取物也可抑制ASICs活性。如葛根素可抑制海馬神經元ASIC1a同聚體電流；而人參皂苷可下調ASIC1a亞基的表達；芍藥苷是中藥白芍根的有效成分，可阻止PC12細胞系的ASIC1a電流；槲皮素則可導致ASICs在短時間內失活；川芎嗪、白藜蘆醇、槐果堿等也均可抑制ASIC1a電流[62]。

針灸具有悠久的歷史，明代《針灸聚英》中記載：“無病而先針灸曰逆。逆，未至而迎之也”。因此，可將針灸與治未病思想相結合，形成一種獨特的治療方法，以調節人體自身潛能、調動機體自身的免疫力。Zhao等[63]應用電針治療偏頭痛大鼠，結果發現大鼠CGRP水平正常化與其行為改善相一致。王乾娜[64]研究發現，用電針刺激偏頭痛發作期模型大鼠少陽經腧穴后，其血液CGRP水平顯著降低。另有研究利用電針刺激硝酸甘油型偏頭痛模型大鼠少陽經穴觀察預防性治療的療效，治療8 d后發現，模型大鼠體內CGRP水平顯著降低[65]。周倩文[66]研究發現，針刺可導致偏頭痛模型大鼠血清5-HT水平升高、CGRP水平降低。以上研究表明，針刺可通過調節炎癥物質的釋放抑制ASICs激活，從而達到預防性治療偏頭痛的目的。

4 小 結

雖然目前關于ASICs與偏頭痛發病機制的研究已取得一定進展，但仍存在一些問題需要解決：①ASIC1a在下丘腦外側的食欲素神經元中表達[19]，而食欲素類的藥物被用于研究治療偏頭痛，因此ASICs是否會通過下丘腦在偏頭痛的發生過程中起一定作用還需進一步研究驗證；②ASICs在偏頭痛發生發展中發揮重要作用，但其促進偏頭痛產生的具體作用機制目前仍未明確；③藥物療法由于無法避免不良反應，因此患者依從性差，而心理治療和物理療法僅能起一定輔助作用。針刺療法因安全性高、不良反應少且療效顯著，在偏頭痛預防治療中越來越受到關注，未來是否可以通過針刺預處理不同的腧穴抑制ASICs的激活，從而達到預防性治療偏頭痛的目的，仍需進一步研究明確。