王 敏， 齊晶晶， 滿玉紅綜述， 于挺敏審校

?

垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽在偏頭痛中的作用及機制

王 敏， 齊晶晶， 滿玉紅綜述， 于挺敏審校

偏頭痛是一種常見的慢性神經(jīng)血管紊亂性疾患，其發(fā)病機制尚未完全明確。垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽(pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide，PACAP)作為一種神經(jīng)肽類物質，在內分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)中所發(fā)揮的藥理學影響及生理作用已有許多相關研究。近年來，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)特別是偏頭痛發(fā)作中的作用也逐漸得到大家的重視。本文對PACAP在偏頭痛病理生理中的作用及機制進行綜述。

1 垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽及其受體

PACAP是1989年由Miyata首次從綿羊下丘腦中分離出來的，因其能增加大鼠垂體細胞腺苷酸環(huán)化酶活性的作用而得名。PACAP與舒血管腸肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)、促胰液素、胰高血糖素屬同一神經(jīng)肽家族，其基因位于人類第18號染色體短鏈P11區(qū)[1]。PACAP廣泛存在于中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)、外周組織器官、內分泌腺及外分泌腺的分泌物中。其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要分布于腦室旁核、視上核等處，丘腦下部、腦干、三叉神經(jīng)脊束核尾部、大腦皮質、垂體后葉等處也有廣泛分布。人類PACAP的半衰期僅為5～10 min[2]。它的生物學活性形式包括PACAP-27及PACAP-38兩種，其中PACAP-27在大多數(shù)組織包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)中僅占PACAP總含量的10%以下，而PACAP-38占哺乳動物組織中PACAP總量的近90%，為主要的生物活性形式[3]。

PACAP主要通過G-蛋白耦聯(lián)受體發(fā)揮生物學效應，并且可與VIP選擇性共用受體[4]。目前明確的受體包括：VPAC1、VPAC2、PAC1。前兩者對VIP的親和力高于PACAP[5]，PAC1對PACAP的親和力遠遠高于VIP。PAC1受體至少存在8種不同的亞型參與細胞內信號轉導[6]。目前多項研究表明PACAP尚有其他未知受體存在。

2 PACAP在偏頭痛中的作用機制

三叉神經(jīng)血管學說是目前公認的偏頭痛發(fā)病機制的主流學說[7]，腦膜及血管周圍三叉神經(jīng)受刺激引起腦膜血管擴張、神經(jīng)源性炎癥是主要病理過程；降鈣素基因相關肽(calcitonin gene-related peptide CGRP)、VIP、PACAP等參與這一過程。研究發(fā)現(xiàn)，偏頭痛患者及動物模型在偏頭痛發(fā)作時出現(xiàn)顯著的PACAP升高，而應用偏頭痛藥物如舒馬曲坦可抑制這一現(xiàn)象[8]。目前認為PACAP在偏頭痛發(fā)作中可能參與了如下機制：

2.1 顱外擴張動脈 采用高分辨率超聲檢查發(fā)現(xiàn)靜脈注射PACAP后可引起持續(xù)并且顯著的顳淺動脈擴張[9]及腦膜中動脈擴張[10]。Amin等[11]通過隨機雙盲實驗，利用MRA觀察受試者顱內及顱外動脈管腔直徑及周長，發(fā)現(xiàn)靜脈注射PACAP-38可顯著擴張顱外動脈(包括頸外動脈、顳淺動脈、腦膜中動脈)，而對大腦中動脈等腦動脈無作用；靜脈注射PACAP-38 5 min后僅有0.063%進入血腦屏障[12]；而Grande G[13]對大鼠及人類的體外實驗表示，PACAP-38可引起大腦中動脈擴張。由此推斷，外源性PACAP不能跨越血腦屏障發(fā)揮其擴血管的作用，PACAP引起偏頭痛發(fā)作可能主要依靠血腦屏障外作用。靜脈注射PACAP可以引起偏頭痛患者頭痛發(fā)作，并能引起非偏頭痛患者出現(xiàn)頭痛，而VIP不能引起強烈的偏頭痛發(fā)作，因此大多數(shù)學者認為PAC1是PACAP發(fā)揮生物學活性引起偏頭痛發(fā)作的主要受體。但PAC1受體拮抗劑不能阻止PACAP引起的人冠狀動脈擴張[14]。由此部分人認為PACAP擴張顱內外血管可能是通過一種未知的受體介導的。

2.2 激活肥大細胞脫顆粒 偏頭痛的促發(fā)因素直接或間接導致腦膜和血管肥大細胞激活，釋放血管活性物質、促炎性因子、感覺敏感介質(即脫顆粒)，這些物質包括前列腺素E2、組胺、五羥色胺(5-HT)、細胞因子如腫瘤壞死因子(TNF-α)、白細胞介素-6(IL-6)等，進而引發(fā)無菌性神經(jīng)源性炎性反應，成為偏頭痛的發(fā)作機制。VIP、腺苷等均能引起顱外血管的擴張，但卻未引起偏頭痛發(fā)作，提示PACAP不是單純的通過擴張動脈引起偏頭痛發(fā)作的，由于三叉神經(jīng)節(jié)[15]、三叉神經(jīng)核尾部[16]有PACAP而無VIP的表達，另外，其受體在血管周圍神經(jīng)纖維突起內有廣泛表達[17]，靜脈注射PACAP-38后立即出現(xiàn)頭痛，并能引起持續(xù)的面紅及后續(xù)延遲的偏頭痛發(fā)作[11]，基于以上實驗證據(jù)，推測PACAP不僅引起顱外血管擴張，同時可能參與了神經(jīng)源性炎癥反應。Michael Baun等人[18]通過體外實驗表明，PACAP可以誘導硬腦膜肥大細胞脫顆粒，并發(fā)現(xiàn)磷脂酶C(phospholipase C，PLC)抑制劑 U-73122可以明顯降低PACAP引起的肥大細胞脫顆粒。由此表明PACAP-38引起的肥大細胞脫顆?？赡苁峭ㄟ^磷脂酶C途徑介導的，PACAP配體通過二步配體傳遞模式與受體結合，一個配體首先與細胞膜非特異性連接，通過細胞膜的二維擴散，與特異性受體結合并相互作用，引起受體構象改變[19]，G蛋白三聚體解離，活化第二受體PLC生成三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)，通過有絲原裂激活蛋白激酶(MAPK)級聯(lián)作用及Ca2+動員使胞內相應的蛋白質磷酸化，產(chǎn)生生理效應[20]。

2.3 促進降鈣素基因相關肽的釋放 CGRP作為已知體內最強的血管舒張肽，其在偏頭痛發(fā)作中的作用已有許多相關報道。利用熒光免疫技術，發(fā)現(xiàn)PACAP與CGRP在大鼠及猴的三叉神經(jīng)節(jié)[21]及三叉神經(jīng)核尾部[22]神經(jīng)元中共同表達。Inger Jansen-Olesen[22]利用體外實驗，應用酶聯(lián)免疫法測定SD雄性大鼠硬腦膜、三叉神經(jīng)核尾部及三叉神經(jīng)節(jié)中CGRP的基礎釋放量及加入PACAP-38或VIP后CGRP的釋放量，發(fā)現(xiàn)PACAP-38可以引起三叉神經(jīng)核尾部、硬腦膜CGRP的釋放，CGRP釋放量與PACAP-38的應用劑量呈正相關，而VIP并不能引起CGRP的釋放，由此認為，PACAP與CGRP在偏頭痛發(fā)作中存在相互作用，但應用PAC1受體拮抗劑maxadilan未能減少這一作用，故推測PACAP可能是通過一種未知受體誘導CGRP釋放，進而通過擴張血管、神經(jīng)源性炎癥反應、痛覺傳導等機制誘發(fā)偏頭痛的發(fā)作，具體作用機制還有待進一步研究。

Markovics等[23]認為PACAP是參與三叉神經(jīng)血管系統(tǒng)激活的中間介質。尾靜脈注射中等劑量(6 μg/kg)以上的PACAP-38，可使大鼠出現(xiàn)耳紅、連續(xù)撓頭、爬籠增多等行為學改變，同時可增加大鼠腦干三叉神經(jīng)核尾部的c-fos蛋白免疫陽性細胞數(shù)量，與硝酸甘油組無統(tǒng)計學差異[24]。推測PACAP38可激活三叉神經(jīng)感覺傳入纖維終止的二級神經(jīng)元，繼而引發(fā)級聯(lián)反應激活高級中樞誘發(fā)偏頭痛發(fā)作。Tuka等[3]對硝酸甘油型偏頭痛模型中PACAP免疫活性進行檢測，發(fā)現(xiàn)在化學刺激三叉神經(jīng)血管系統(tǒng)后，三叉神經(jīng)脊束核尾部PACAP水平顯著升高，這一結果提示PACAP可能與NO系統(tǒng)之間存在密切相關性。另外，大鼠動物模型已證實高濃度的cAMP可以導致三叉神經(jīng)激活，PACAP可以通過G蛋白耦聯(lián)受體激活腺苷酸環(huán)化酶，引起細胞內第二信使cAMP增多，從而激活AC/cAMP/PKA第二信使級聯(lián)反應，導致硬腦膜痛覺感受器過敏，進而引發(fā)頭痛[25]。

目前，明確的是PACAP可以誘發(fā)偏頭痛的發(fā)作，但對PACAP在偏頭痛中的作用機制尚存在很多爭論，深入研究PACAP及其受體在偏頭痛發(fā)作中的機制可以為開發(fā)治療偏頭痛的新藥物提供更多新的理論依據(jù)。

[1]Hosoya M，Kimura C，Ogi K. et al. Structure of the human pituitary adenylate cyclase activating polypeptide (PACAP) gene[J]. Biochim Biophys Acta，1992，1129：199-206.

[2]Min L，Maderdrut JL，Lertora JJL，et al. Intravenous infusion of pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) in a patient with multiple myeloma and myeloma kidney：A case study [J]. Peptides，2007，28：1891-1895.

[3]Tuka B，Helyes Z，Markovics A，et al. Peripheral and central alterations of pituitary adenylate cyclase activating polypeptide-like immunoreactivity in the rat in response to activation of the trigeminovascular system[J]. Peptides，2012，33：307-316.

[4]Vaudry D，F(xiàn)alluel-Morel A，Bourgault S，et al. Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide and its receptors：20 years after the discovery [J]. Pharmacol Reviews，2009，61：283-357.

[5]Laburthe M，Couvineau A. Molecular pharmacology and structure of VPAC receptors for VIP and PACAP [J]. Regulatory Peptides，2002，108：165-173.

[6]Zhou CJ，Shioda S，Yada T，et al. PACAP and its receptors exert pleiotropic effects in the nervous system by ctivating multiple signaling pathways[J]. Current Protein and Peptide Science，2002，3：423-429.

[7]Moskowitz MA. Trigeminovascular system[J]. Cephalalgia，1992，12：127.

[8]Zagami AS，Edvinsson L，Goadsby PJ. Pituitary adenylate cyclase activating polypeptide and Migraine[J]. Annals of Clinical and Translational Neurology，2014，1(12)：1036-1040.

[9]Schytz HW，Birk S，Wienecke T，et al. PACAP38 induces migraine-like attacks in patients with migraine without aura[J]. Brain，2009，132：16-25.

[10]Amin FM，Asghar MS，Guo S，et al. Headache and prolonged dilatation of the middle meningeal artery by PACAP38 in healthy volunteers [J]. Cephalalgia，2011，32：140-149.

[11]Amin FM，Hougaard A，Henrik W，et al. Investigation of the pathophysiological mechanisms of migraine attacks induced by pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide-38 [J]. Brain，2014，137：779-794.

[12]BanBanks WA，Kastin AJ，Komaki G，et al. Passage of pituitary adenylate cyclase activating polypeptide1-27 and pituitary adenylate cyclase activating polypeptide1-38 across the blood-brain barrier[J]. J Pharmacol ExpTher，1993，267(2)：690-696.

[13]Grande G，Nilsson E，Edvinsson L. Comparison of responses to vasoactive drugs in human and rat cerebral arteries using myograph and pressurized cerebral artery methodr[J]. Cephalalgia，2012，33：152-159.

[14]Baun M，Chan KY，Olesen J，et al. Pharmacological characterization and mRNA expression studies of VIP and PACAP receptors in human coronary arteries[J]. Cephalalgia，2009，29(Suppl 1)：132.

[15]Tajti J，Uddman R，Moller S，et al. Messenger molecules and receptor mRNA in the human trigeminal ganglion[J]. Journal of the Autonomic Nervous System，1999，76：176-183.

[16]Uddman R，Tajti J，Hou M，et al. Neuropeptide expression in the human nucleus caudalis and in the cervical spinal cord C1 and C2[J]. Cephalalgia，2002，22：112-116.

[17]Knutsson M，Edvinsson L. Distribution of mRNA for VIP and PACAP receptors in human cerebral arteries and cranial ganglia[J]. Neuroreport，2002；13：507-509.

[18]Baun M，Pedersen MHF，Olesen J，et al. Dural mast cell degranulation is a putative mechanism for headache induced by PACAP-38[J]. Cephalalgia，2012，32(4)：337-345.

[19]Inooka H，Ohtaki T，Kitahara O，et al. Conformation of a peptideligand bound to it s G-protein coupled receptor[J]. Nature Structural biology，2001，8(2)：161-165.

[20]王克強. 垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽及其受體研究進展[J]. 實用醫(yī)院臨床雜志，2004，1(3)：74-76.

[21]Eftekhari S，Salvatoreb CA，Johansson S，et al. Localization of CGRP，CGRP receptor，PACAP and glutamatein trigeminal ganglion. Relation to the blood-brain barrier[J]. Brain Research，2015，1600：93-109.

[22]Olesen IJ，Baun M，Dipak V，et al. PACAP-38 but not VIP induces release of CGRP from trigeminal nucleus caudalis via a receptor distinct from the PAC1 receptor[J]. Neuropeptides，2014，48：53-64.

[23]Markovics A，Kormos V，Gaszner B. Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide plays a key role in nitroglycerol-induced trigeminovascular activation in mice[J]. Neurobiology of Disease，2012，45：633-644.

[24]程 娜，牛爭平. 垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽在實驗性偏頭痛大鼠中的作用[J]. 中西醫(yī)結合心腦血管病雜志，2011，4(5)：582-584.

[25]Levy D，Strassman AM. Distinct sensitizing effects of the cAMP-PKA second messenger cascade on rat dural mechanonociceptors[J]. Journal of Physiology，2002，538(Pt 2)：483-493.

1003-2754(2016)01-0093-02

R747.2

2015-09-16；

2015-12-11

(吉林大學第二醫(yī)院神經(jīng)內科，吉林 長春 130041)

于挺敏，E-mail：ytm_396@163.com