邰昭霞，費(fèi)雪瑜，何曉芬，瞿思穎，王涵芝，方劍喬，蔣永亮*

(1. 浙江中醫(yī)藥大學(xué)第三臨床醫(yī)學(xué)院，杭州 310053； 2. 浙江省針灸神經(jīng)病學(xué)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310053；3. 浙江中醫(yī)藥大學(xué)針灸研究所，杭州 310053)

神經(jīng)病理痛是一種由疾病或軀體感覺系統(tǒng)的損傷引起的慢性難治性疼痛，可由外周或中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷、糖尿病、病毒感染、腫瘤等引起，常表現(xiàn)為自發(fā)性疼痛、痛覺過敏或痛覺超敏，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。但是由于神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，目前對(duì)其的研究尚未完全明確。大量研究顯示，在神經(jīng)病理痛的病程進(jìn)展中鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ的表達(dá)上調(diào)，其或許與神經(jīng)病理痛的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)?，F(xiàn)將鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ介導(dǎo)的神經(jīng)病理痛的機(jī)制及其上下游的調(diào)控的研究進(jìn)展綜述如下。

1 鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ的結(jié)構(gòu)與功能

鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ)是一種多功能的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是鈣離子/鈣調(diào)蛋白調(diào)節(jié)蛋白家族中的一個(gè)重要成員，廣泛存在于中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)[1]。CaMKⅡ是由12個(gè)亞單位組成的大分子多聚體，是多個(gè)Ca2+敏感蛋白結(jié)構(gòu)域圍繞一個(gè)核心區(qū)域構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。Kemp等[2]首先證明Ca2+敏感蛋白結(jié)構(gòu)域有羧基末端自抑制區(qū)，它在某些方面類似于酶的底物，但缺乏典型的磷酸化位點(diǎn)。幾乎所有的亞單位都包含有催化區(qū)、調(diào)節(jié)區(qū)和結(jié)合區(qū)。它有四個(gè)亞型，分別是CaMKⅡα、CaMKⅡβ、CaMKⅡδ、CaMKⅡγ。CaMKⅡ存在于許多動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，尤其在神經(jīng)組織中含量豐富。其中 α、β亞型主要存在于神經(jīng)系統(tǒng)中，而γ和δ亞型在各種組織中均有發(fā)現(xiàn)，在腦部某些區(qū)域如海馬內(nèi)占其蛋白質(zhì)總量的2%，主要集中在突觸部位，在突觸后致密帶 CaMKⅡ可占總蛋白量的1%左右[3]。

鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ通過磷酸化多種蛋白質(zhì)來發(fā)揮作用，在神經(jīng)遞質(zhì)胞吐、調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性、神經(jīng)元可塑性、基因轉(zhuǎn)錄等方面發(fā)揮重要作用[4-6]。其中，由鈣/鈣調(diào)素介導(dǎo)的CaMKⅡ分子內(nèi)自磷酸化位點(diǎn)包括Thr286、Thr305和Thr306。CaMKⅡ分子內(nèi)Thr286的自磷酸化使CaMKⅡ獲得與鈣離子無關(guān)的自發(fā)活性，即與鈣/鈣調(diào)素解離后CaMKⅡ仍然存在催化活性[7]。CaMKⅡ與μ-阿片樣受體共存于不同的疼痛處理的區(qū)域，包括脊髓背角的表層和背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元(DRG)中[8]。在DRG中，CaMKIIα被描述位于處理傷害性信息的中小直徑感覺神經(jīng)元中[9-11]。對(duì)動(dòng)物疼痛模型的研究表明，DRG中CaMKII表達(dá)的變化與神經(jīng)性疼痛的不同癥狀有關(guān)，如痛覺異常和痛覺過敏[11]。

2 鈣調(diào)蛋白激酶II介導(dǎo)的神經(jīng)病理性疼痛

2.1 外周神經(jīng)損傷型神經(jīng)病理痛

越來越多的研究表明CaMKII在神經(jīng)病理性疼痛發(fā)生和維持中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Garry等[12]首次報(bào)道鞘內(nèi)注射CaMKII抑制劑KN-93可逆轉(zhuǎn)小鼠慢性收縮損傷(chronic constriction injury, CCI)引起的周圍神經(jīng)病理性疼痛。Dai等[13]發(fā)現(xiàn)CCI模型大鼠模后1 d磷酸化CaMKII含量開始增加，而模后3～14 d在CCI大鼠模型的脊髓背角中總CaMKII在同側(cè)淺表層中顯著增加，CCI手術(shù)前鞘內(nèi)注射KN-93，可顯著延遲CCI大鼠機(jī)械性痛覺異常和熱痛覺過敏的發(fā)生，而鞘內(nèi)注射N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDAR)拮抗劑MK801可顯著減弱CCI術(shù)前總CaMKII和磷酸化CaMKII的上調(diào)。Hasgawa等[14]發(fā)現(xiàn)L5 脊神經(jīng)結(jié)扎(spinal nerve ligation，SNL)后同側(cè)L5 DRG中磷酸化CaMKII顯著增加，但對(duì)側(cè)L5 DRG中磷酸化CaMKII的含量沒有增加，在L5 SNL手術(shù)前和術(shù)后7 d分別用KN-93治療可顯著減弱SNL中痛覺過敏的發(fā)生。Chen等[15]觀察KN-93對(duì)SNL模后5 d小鼠的鎮(zhèn)痛作用，其行為學(xué)結(jié)果顯示在行為學(xué)測(cè)試前2 h的急性鞘內(nèi)注射KN-93能夠逆轉(zhuǎn)已建立的機(jī)械性痛覺異常和熱痛覺過敏。在另一項(xiàng)研究中，Wang等[16]在部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎所建立的周圍神經(jīng)病理性疼痛模型中發(fā)現(xiàn)用鈣調(diào)蛋蛋白激酶抑制劑AIP預(yù)處理可顯著延遲觸覺異常型疼痛，而術(shù)后用AIP僅短暫逆轉(zhuǎn)已發(fā)展的機(jī)械性異常性疼痛，AIP處理顯著抑制脊髓中磷酸化CaMKII和磷酸化cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(pCREB)的蛋白水平。在坐骨神經(jīng)結(jié)扎所致周圍神經(jīng)病理性疼痛模型中，也證實(shí)了AIP的鎮(zhèn)痛作用[17]。然而，Bangaru等[18]報(bào)道DRG神經(jīng)元中CaMKII信號(hào)的丟失可能有助于SNL引起的神經(jīng)病理性疼痛，這種不一致性有待進(jìn)一步闡明。

2.2 三叉神經(jīng)痛

在下牙槽神經(jīng)橫斷以后，三叉神經(jīng)尾核中CaMKIIα和磷酸化CaMKIIα的表達(dá)增加，在下牙槽神經(jīng)橫切后30 min，CaMKIIα蛋白的表達(dá)增加并達(dá)到峰值，并且CaMKIIα的mRNA水平從模后2 d增加至模后14 d，行為學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示，使用KN-93 能顯著抑制大鼠的機(jī)械異常性疼痛[19]。Shimada等[20]表明前爪擦拭和三叉神經(jīng)疼痛有關(guān)，而鞘內(nèi)注射KN-93能顯著降低三叉神經(jīng)痛行為[21]。這些數(shù)據(jù)表明三叉神經(jīng)尾核中的CaMKII參與了三叉神經(jīng)相關(guān)的神經(jīng)病理痛。

2.3 中樞神經(jīng)損傷型神經(jīng)病理痛

中樞神經(jīng)病理性疼痛是指由中樞神經(jīng)系統(tǒng)原發(fā)病變或功能障礙引發(fā)或引起的疼痛[22]。多種疾病可導(dǎo)致中樞神經(jīng)病理痛，包括脊髓損傷、多發(fā)性硬化和腦卒中[23-25]。目前已建立多種動(dòng)物模型來研究脊髓損傷后中樞神經(jīng)病理痛的發(fā)生和維持，如脊髓挫傷[26]、脊髓半切損傷[27]和鞘內(nèi)注射使君子酸[28]。

Crown等[4]使用脊髓挫傷建立的中樞神經(jīng)病理痛大鼠模型提供的證據(jù)表明，慢性激活CaMKII引起了中樞神經(jīng)病理痛。他們發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷大鼠脊髓背角神經(jīng)元中磷酸化CaMKII的表達(dá)明顯增加。鞘內(nèi)注射KN-93劑量依賴性逆轉(zhuǎn)脊髓損傷大鼠機(jī)械性痛覺異常。

在另一項(xiàng)研究中，Gwak等[29]報(bào)道，脊髓損傷誘導(dǎo)的活性氧簇過度生成可能導(dǎo)致CaMKII的激活，從而導(dǎo)致脊髓損傷后中樞神經(jīng)病理痛。他們的結(jié)果顯示，苯-N-叔丁基苯硝酮(一種活性氧簇清除劑)能顯著減輕脊髓損傷大鼠的機(jī)械性痛覺異常。磷酸化CaMKⅡ的表達(dá)上調(diào)也受到PBN處理的抑制。此外，用t-BOOH(活性氧簇供體)處理的幼年大鼠顯示出明顯下降的縮足閾值(機(jī)械性異常疼痛的標(biāo)志)和磷酸化CaMKⅡ的表達(dá)增加，表明活性氧簇可能通過激活CaMKII參與中樞神經(jīng)病理痛。

2.4 卒中后疼痛

卒中后疼痛常見的類型是中樞性卒中后疼痛，繼發(fā)于痙攣狀態(tài)的疼痛、肩痛、復(fù)雜性局部疼痛綜合癥和頭痛。在中樞性卒中后疼痛大鼠模型中發(fā)現(xiàn)大鼠的機(jī)械異常性疼痛閾值顯著降低[30-31]。腦缺血性病癥導(dǎo)致神經(jīng)元缺氧，觸發(fā)谷氨酸的大量釋放，谷氨酸與NMDA受體結(jié)合，配體門控鈣離子通道開放，大量鈣離子內(nèi)流，促進(jìn) CaMKⅡ的活化[32]。關(guān)于CaMKⅡ是如何參與卒中后疼痛的發(fā)生發(fā)展，目前的研究較少，可能是將來的一個(gè)研究方向。

2.5 代謝型神經(jīng)病理痛

糖尿病已是繼腫瘤、心腦血管疾病之后的第三位嚴(yán)重影響人類健康的慢性非傳染性疾病，糖尿病患者常伴發(fā)周圍神經(jīng)病變。糖尿病周圍神經(jīng)病變(DPN)模型中觀察到在脊髓和背根神經(jīng)節(jié)中CaMKII的表達(dá)上調(diào)[33-34]。在1型和2型糖尿病模型中，DRG神經(jīng)元中CaMKII表達(dá)的變化伴隨著疼痛相關(guān)行為的變化，并且長(zhǎng)期的糖尿病中脊髓背角中的CaMKII的表達(dá)也增加了[33,35-36]。而CaMKII的抑制劑KN-93可以減輕DPN大鼠的疼痛相關(guān)行為[37-38]。CaMKIIα是神經(jīng)元中CaMKII的最豐富的同種型[39]，在糖尿病神經(jīng)病理痛模型中觀察到注射CaMKII抑制劑導(dǎo)致CaMKIIα熒光的強(qiáng)度的減少，也證明了CaMKIIα參與了糖尿病神經(jīng)病理痛的發(fā)生發(fā)展[38]。

2.6 病毒感染型神經(jīng)病理痛

帶狀皰疹后遺神經(jīng)痛是由帶狀皰疹引起的皮膚損傷消失后持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的自發(fā)性疼痛和異常性疼痛。Sasaki等[40]提出皰疹和帶狀皰疹后異常性疼痛是由脊髓背角中的一氧化氮合酶介導(dǎo)的。許多研究表明谷氨酸受體和一氧化氮合酶介導(dǎo)的NMDA亞型的激活是疼痛信號(hào)在脊髓中傳遞的基礎(chǔ)[41-42]。關(guān)于CaMKⅡ是如何參與病毒感染導(dǎo)致的神經(jīng)病理痛的發(fā)生發(fā)展，目前的研究較少，但是谷氨酸受體、NMDA受體的激活也能夠?qū)е孪掠蜟aMKⅡ的活化，因此CaMKⅡ介導(dǎo)的病毒感染型神經(jīng)病理痛可能是將來的一個(gè)研究方向。

2.7 神經(jīng)毒型神經(jīng)病理痛

有文獻(xiàn)報(bào)道奧沙利鉑注射后的大鼠磷酸化CaMKII的表達(dá)增加，大鼠機(jī)械痛閾的下降[43]；而鞘內(nèi)注射KN-93能逆轉(zhuǎn)磷酸化CaMKII的表達(dá)，并且能夠上調(diào)奧沙利鉑引起的機(jī)械痛閾的下降[44]。術(shù)中輸注瑞芬太尼可引起大鼠術(shù)后痛覺過敏，鞘內(nèi)注射KN-93劑量依賴地增加大鼠的機(jī)械痛閾和熱痛閾，免疫印跡結(jié)果顯示，瑞芬太尼可顯著增加大鼠脊髓背角的CaMKII的磷酸化水平，抑制CaMKII的磷酸化可緩解痛覺過敏[45]。

3 鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ的調(diào)控機(jī)制

3.1 上游調(diào)控機(jī)制

鈣離子是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中重要的第二信使物質(zhì)，鈣調(diào)蛋白是細(xì)胞內(nèi)的一種調(diào)節(jié)蛋白，細(xì)胞內(nèi)鈣離子與鈣調(diào)蛋白結(jié)合后激活鈣調(diào)蛋白，表達(dá)為Ca2+/CaM。Ca2+/CaM進(jìn)一步激活含有鈣調(diào)蛋白結(jié)合位點(diǎn)的靶蛋白—Ca2+/CaM依賴性蛋白激酶[46-47]。 Erickson等[48]用梯度H2O2處理細(xì)胞，可通過細(xì)胞質(zhì)內(nèi)活性氧簇介導(dǎo)的氧化機(jī)制激活鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ，活性氧簇誘導(dǎo)的氧化反應(yīng)使鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ調(diào)節(jié)域的甲硫氨酸殘基Met281/282氧化，以維持氧化鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ的活性。

已有研究表明，NMDA受體亞單位2B(NR2B)在疼痛的產(chǎn)生及痛覺的中樞敏化形成中起到重要作用，疼痛刺激產(chǎn)生后激活NR2B，NMDA離子通道開放，細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度增加，激活CaMKII信號(hào)通路，引起疼痛的中樞敏化[49]， NMDA受體亞基2B的敲除小鼠沒有表現(xiàn)出脊神經(jīng)橫斷誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性疼痛[50]。此外NR2B-NMDA-CaMKII信號(hào)通路在突觸重塑以及與之相關(guān)的記憶形成、刺激應(yīng)答學(xué)習(xí)等高級(jí)認(rèn)知功能方面也發(fā)揮重要作用[49]。

在紫杉醇引起的疼痛模型中，5-NT1A受體拮抗劑能夠抑制p-CaMKⅡ的表達(dá)[51]。刺激TRPA1離子通道能夠?qū)е翪aMKII的快速磷酸化[52]。鞘內(nèi)注射γ-氨基丁酸A型受體拮抗劑能夠顯著抑制Thr286處的CaMKII的自磷酸化[53]。白介素33和白介素17 A均被報(bào)道通過激活神經(jīng)元CaMKII/CREB信號(hào)通路促進(jìn)周圍神經(jīng)病理性疼痛[54-55]。

3.2 下游調(diào)控機(jī)制

CaMKII是具有多種作用底物的多功能激酶，通過催化突觸蛋白Ⅰ、cAMP反應(yīng)原件結(jié)合蛋白(CREB)等多種物質(zhì)磷酸化，調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)合成和釋放，影響離子通道、鈣離子內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定等多種生物學(xué)功能[56]。

一氧化氮合酶(NOS)的活性受到多種激酶和磷脂酶的調(diào)控，有研究報(bào)道，CaMKII磷酸化一氧化氮合酶的Ser847殘基，通過抑制與 Ca2+/Ca M 的結(jié)合而降低NOS 的活性[57]。而N-甲基-D-天冬氨酸受體可以通過CaMKII和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶調(diào)節(jié)NOS的磷酸化和去磷酸化[58]。

損傷性DRG神經(jīng)元胞漿磷脂酶A2(cytosolic phospholipase A2, CPLA2)參與脊髓神經(jīng)損傷后機(jī)械性痛覺異常[59]。CaMKII在外周神經(jīng)損傷后cPLA2的激活中起重要作用，可能是通過初級(jí)傳入神經(jīng)元的P2X3R/P2X2+3R和電壓門控鈣通道實(shí)現(xiàn)的[14]。CaMKII能夠通過包括Ser-516,Thr-594等在內(nèi)的多個(gè)磷酸化位點(diǎn)來調(diào)節(jié)鈉NaV1.5門控通道[60]。鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ能夠調(diào)節(jié)核因子NF-kB的轉(zhuǎn)錄活性，導(dǎo)致促炎反應(yīng)和炎癥因子的釋放[61-63]。

體外細(xì)胞研究表明，CaMKII參與調(diào)控DRG神經(jīng)元P2X3受體上膜轉(zhuǎn)運(yùn)[9-10]。在ATP或電刺激下，DRG神經(jīng)元鈣離子內(nèi)流，激活并上調(diào)CaMKII，進(jìn)而磷酸化胞內(nèi)P2X3受體，促使其在細(xì)胞膜上表達(dá)上調(diào)，介導(dǎo)的電流增強(qiáng)，且這種表達(dá)上調(diào)和功能增強(qiáng)可被CaMKII抑制劑阻斷[64-65]；進(jìn)一步研究顯示，CaMKII介導(dǎo)的P2X3受體磷酸化可促使P2X3受體和細(xì)胞質(zhì)膜微囊蛋白-1(caveolin-1)相互結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)P2X3受體上膜轉(zhuǎn)運(yùn)，最終使P2X3受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)效應(yīng)增強(qiáng)；而抑制P2X3受體與caveolin-1的結(jié)合能力，或者抑制caveolin-1的表達(dá)均可抑制CaMKII介導(dǎo)的P2X3受體上膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程[65]。這些體外研究結(jié)果提示，DRG神經(jīng)元P2X3受體上膜轉(zhuǎn)運(yùn)需借助CaMKII的磷酸化作用和caveolin-1的轉(zhuǎn)運(yùn)作用，CaMKII/caveolin-1通路對(duì)DRG神經(jīng)元P2X3受體上膜轉(zhuǎn)運(yùn)起著重要調(diào)控作用。

4 總結(jié)與展望

鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ在不同類型的神經(jīng)病理性疼痛中的產(chǎn)生和維持中起著十分重要的作用，目前關(guān)于CaMKII在神經(jīng)病理痛的研究主要在中樞和外周神經(jīng)病理痛兩個(gè)方面，而病毒引起的神經(jīng)病理痛、化學(xué)藥物引起的神經(jīng)病理痛和代謝性疾病引起的神經(jīng)病理痛方面的研究還很少。深入研究CaMKII的上下游調(diào)控機(jī)制不僅為認(rèn)識(shí)鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ介導(dǎo)的神經(jīng)病理痛打下理論基礎(chǔ)，也為鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ作為治療神經(jīng)病理痛的新靶點(diǎn)開辟新的治療策略。