蛋白激酶A与疼痛调控

朱红妮，赵小霞，孙志宏，白占涛

(延安大学生命科学学院/多肽资源药物研究中心；陕西省区域生物资源保育利用工程技术研究中心/陕西省红枣重点实验室，陕西延安716000)

蛋白激酶A与疼痛调控

朱红妮，赵小霞，孙志宏，白占涛*

(延安大学生命科学学院/多肽资源药物研究中心；陕西省区域生物资源保育利用工程技术研究中心/陕西省红枣重点实验室，陕西延安716000)

蛋白激酶A(PKA)是G蛋白偶联受体所介导细胞信号通路中重要的信号转导因子，广泛参与了伤害性信息的调控和痛觉过敏的形成。本文聚焦PKA的结构特点、分布、功能及其对疼痛的调控机制，以充实基于PKA信号通路的疼痛机制。

蛋白激酶A；疼痛；调控机制

疼痛(Pain)是一种复杂的生理心理活动，是临床上最常见的病症之一。痛觉在给人们的健康生活带来痛苦的同时，又可以作为机体受到伤害的一种防御性保护反应。在疼痛的产生和发展中，PKA信号通路有着重要的作用，环磷酸腺苷(cAMP)-蛋白激酶A(Protein Kinase A,PKA)信号通路广泛参与了伤害性信息的调控和痛觉过敏的形成。PKA是G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路中重要的信号转导因子，参与多种细胞功能活动的调节，在细胞通讯中发挥着不可替代的作用。它不仅介导了炎症介质引起的外周痛觉敏化，还参与了神经病理性疼痛的调节[1]。本文就PKA的结构、分布、功能及其对疼痛的调控加以阐述，为进一步探明PKA和疼痛相关性做一铺垫。

1 PKA

1.1 PKA结构

PKA，也被称为依赖于cAMP的蛋白激酶A(cyclic-AMP dependent protein kinase A)，是在研究糖原的代谢过程中发现的。PKA全酶是由两个调节亚基R和两个催化亚基单体C组成的异四聚体[2]。根据R亚基的不同，PKA可分为I型和Ⅱ型。Ⅰ型和Ⅱ型蛋白激酶的调节亚基RⅠ、RⅡ具有相同的结构区域，每个R亚基有两个cAMP结合位点(A位点和B位点)[3]。PKA-R亚家族被分为四个亚族(Ⅰ-Ⅳ类型)，即RⅠα、RⅠβ、RⅡα、RⅡβ[4-6]。C亚基亦可分为Cα、Cβ、Cγ和PrKX四种不同亚型[7-9]。Cα和Cβ亚单位存在93%的同源性，具有广泛的组织特异性。R亚基含有二聚体结合域、假底物功能域和cAMP的结合位点；C亚基具有ATP结合位点、催化位点、底物结合部位及自主磷酸化位点[2]。

1.2 PKA的分布与功能

PKA普遍存在于哺乳类动物细胞。在大多数哺乳类细胞中，至少有两类PKA，一类存在于胞质溶胶，另一类结合在质膜、核膜和微管上。RⅠα和RⅡα的表达分布广泛，RⅠβ主要在大脑中表达，RⅡβ主要在脑、肾上腺和脂肪组织中表达[10]。PKA的每个亚基在神经元内均有表达，且Cβ亚基表达丰富，为突触可塑性所必需[11]。

PKA在中枢神经系统中介导许多生理效应。RI可促进细胞活跃生长、增殖，而RII则与抑制细胞生长、促进细胞分化成熟有关，通过两者的正负调节以平衡细胞的生理功能[12]。PKA调节细胞信号转导过程，包括基因转录、增殖、分化、迁移和生存。当cAMP结合到R亚基上，诱导其构象改变，使全酶R2C2解离为R2(cAMP)4和2个游离的具催化活性的C亚基，PKA的激活过程亦需要Mg2+，当PKA被cAMP激活后，且在ATP存在的情况下会磷酸化许多蛋白质特定的丝氨酸/苏氨酸残基，从而调节细胞的物质代谢和基因表达[13]。

2 PKA与疼痛

在疼痛的产生和发展中，PKA信号通路有着重要的作用[14]。cAMP-PKA信号通路广泛参与了痛觉过敏形成和伤害性信息调控。它是细胞信号通路中重要的信号转导因子，不仅介导炎症介质引起的外周痛觉敏化，还参与神经病理性疼痛的调节[1]。

2.1 PKA与外周痛觉敏化

鞘内注射EphrinB2-Fc(EphB受体激动剂)可引起热痛觉过敏和机械痛，并伴随着脊髓PKA催化亚单位(PKAcα)和磷酸化的环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(PCREB)表达增加。此外，鞘内注射EphrinB2-Fc阻滞EphB受体可减轻福尔马林诱发的炎性，慢性压缩性损伤(CCI)引起的神经性炎和胫骨骨腔肿瘤细胞植入(TCI)引起的骨癌疼痛行为，并且脊髓PKAcα和PCREB表达下降。这些结果证实了PKA通过EphrinBs-EphBs信号通路参与了脊髓痛觉信息的调制[15]。另有研究表明，脊髓PKA/CREB信号通路也可能参与骨癌痛的发生与维持[16]，抑制cAMP-PKA信号通路可能会减轻骨癌痛[17]。

有证据表明[18]，大鼠皮下注射PKA抑制剂H-89能够明显降低由蜂毒诱致的机械刺激反应阈值，但对自发痛反应及炎症反应无明显影响；然而同样给予蛋白激酶C(PKC)抑制剂CH，则能够明显抑制由蜂毒诱致引起的自发痛和炎症反应，而对机械刺激反应阈值没有影响。提示外周PKA依赖的信号通路可能参与了蜂毒诱致引起的机械痛敏，而PKC依赖的信号通路则可能参与了蜂毒诱致的自发痛觉反应和炎症反应的发生。

上述证据表明，PKA在外周痛觉传入过程中扮演重要角色，抑制PKA通路能够有效缓解痛行为，进一步阐明PKA参与疼痛调控机制尤为重要。

2.2 PKA与神经痛

神经源性痛的产生主要是由于外周异位冲动长期持续地兴奋脊髓及其上位中枢，使大脑中神经突触的构造改变，即所谓的可塑性，引起中枢敏化[19]。

神经病理性痛大鼠腹腔注射右美托咪啶，其机械痛阈和热痛阈明显提高，pCREB、c-Fos蛋白的活化表达下调，神经病理性痛减轻。右美托咪啶能够抑制腺苷酸环化酶，减少PKA蛋白和PKA磷酸化蛋白的表达，降低细胞内cAMP水平；抑制脊髓背角CREB的磷酸化激活，减少即刻早期基因(如c-fos)在脊髓背角的表达，减少炎性因子的释放，从而抑制中枢痛觉敏感的形成[20]。

2.3 PKA与炎症痛

在前列腺素诱致的大鼠炎症模型中，PKA参与初级传入神经元的敏化[21]。PKA能够特异性激活脊髓背角Src家族酪氨酸激酶成员Fyn，参与脊髓背角痛觉信息的整合与调制[22]。外周组织损伤也能通过PKA激活脊髓背角Fyn激酶，PKA能够明显促进NMDA受体NR2B亚基底1472位酪氨酸的磷酸化[23]，通过增加突触部位N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体表达，增强NMDA受体功能[24]，诱发和维持慢性炎性疼痛症状，参与炎性刺激引起的中枢敏化。

2.4 PKA与其他模型痛

手术前给大鼠鞘内注射α2肾上腺素能受体的激动剂可乐定，手术后早期可以产生抗伤害的作用，而且存在可乐定的剂量与抗伤害的程度呈正相关的关系，可能与其抑制脊髓背角PKA催化亚单位的表达量有关系。提示在大鼠切口疼痛的形成中，PKA催化亚单位的活化可能起着重要的作用，α2肾上腺素能受体的激动剂可以缓解切口痛的发生和发展，延缓神经可塑性和中枢敏感化的形成[25]。亦有动物实验已经证实，给大鼠鞘内注射可乐定明显地减轻了切口痛模型中大鼠的术后痛觉过敏[26]。

紫杉醇可以通过改变细胞微管的结构和功能，进而影响机体的一些蛋白激酶如PKA，而PKA是疼痛信号传递中的重要钙依赖性第二信使。紫杉醇化疗痛模型中，大鼠脊髓背角PKA在mRNA和蛋白质水平的表达均明显增加，提示PKA的激活在紫杉醇化疗痛的信号传递中起着非常重要的作用[27]。

3 小结

背跟神经节(DRG)损伤或炎症可导致DRG神经元的过度兴奋，进而导致脊髓中枢敏化和神经性疼痛[28]。背根神经节和脊髓神经元的电生理研究也已经证实，PKA在由急性或者慢性伤害性刺激导致的神经元兴奋性的改变中有着重要的调节作用[29]，使用PKA的拮抗剂H-89能不同程度地缓解大鼠的神经病理性疼痛和炎性疼痛[16]。鞘内注射cAMP类似物、cAMP或PKA催化亚单位能增强兴奋性氨基酸对背角神经元的兴奋作用，逆转μ和δ阿片受体激动剂的抗伤害性作用；而选择性的抑制PKA能有效的减轻注射辣椒素所导致的异常疼痛[30]。鞘内注射γ-氨基丁酸A型(GABAA)受体阻断剂荷包牡丹碱(bicuculine)诱发的痛觉超敏也能够被PKA抑制剂H-89剂量依赖性地阻断[31]。炎症、神经损伤、癌症或骨头疼痛增强PKA的激活，而鞘内注射PKA的抑制剂H89显著抑制疼痛行为的变化[17]。

研究PKA信号通路在疼痛信号调制中的作用不仅有助于人们更好地理解疼痛，特别是病理性疼痛的产生与维持机制，也为临床治疗疼痛提供了新的思路。但在整个信号通路中还需要深入探究上下游之间的相互联系，进一步为临床治疗疼痛提供理论依据。

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[责任编辑 李晓霞]

PKA and Pain Regulation

ZHU Hong-ni,ZHAO Xiao-xia,SUN Zhi-hong,BAI Zhan-tao*

(College of Life Sciences & Research Center for Peptide Drugs,Yan′an University;Engineering & Technological Research Center for Conversation & Utilization of Regional Biological Resources/Shaanxi Provincial Key Lab of Red Dates,Yan′an 716000,China)

Protein kinase A was an important signal transduction factor participating in cell signaling pathways which was mediated by G protein coupled receptor,and involvement in the regulation of nociceptive information and the formation of hyperalgesia widely.In this paper,the structure characteristics,distribution, functions of PKA and its pain regulation were reviewed so as to enrich pain mechanism based on PKA signaling pathway.

PKA; pain; regulation mechanism

2015-10-25

国家自然科学基金面上项目(81171038、81470051)；陕西省科技厅项目(2010JM4041、2012K01-12)；陕西省教育厅项目(12JS121、15JF034)；延安大学陕西省高水平大学建设项目(2012SXTS06)；延安市科技创新团队和榆林市科技计划项目(2015CXY-21)；延安大学2015年研究生教育创新项目(21)

朱红妮(1989—)，女，陕西榆林人，延安大学硕士研究生。 *为通讯作者

R741.02

A

1004-602X(2015)04-0078-04