垂体腺苷酸环化酶激活肽在偏头痛中的作用及机制

王 敏， 齐晶晶， 满玉红综述， 于挺敏审校



垂体腺苷酸环化酶激活肽在偏头痛中的作用及机制

王 敏， 齐晶晶， 满玉红综述， 于挺敏审校

偏头痛是一种常见的慢性神经血管紊乱性疾患，其发病机制尚未完全明确。垂体腺苷酸环化酶激活肽(pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide，PACAP)作为一种神经肽类物质，在内分泌系统、免疫系统及心血管系统中所发挥的药理学影响及生理作用已有许多相关研究。近年来，其在中枢神经系统特别是偏头痛发作中的作用也逐渐得到大家的重视。本文对PACAP在偏头痛病理生理中的作用及机制进行综述。

1 垂体腺苷酸环化酶激活肽及其受体

PACAP是1989年由Miyata首次从绵羊下丘脑中分离出来的，因其能增加大鼠垂体细胞腺苷酸环化酶活性的作用而得名。PACAP与舒血管肠肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)、促胰液素、胰高血糖素属同一神经肽家族，其基因位于人类第18号染色体短链P11区[1]。PACAP广泛存在于中枢及周围神经系统、外周组织器官、内分泌腺及外分泌腺的分泌物中。其在中枢神经系统中主要分布于脑室旁核、视上核等处，丘脑下部、脑干、三叉神经脊束核尾部、大脑皮质、垂体后叶等处也有广泛分布。人类PACAP的半衰期仅为5～10 min[2]。它的生物学活性形式包括PACAP-27及PACAP-38两种，其中PACAP-27在大多数组织包括中枢神经系统中仅占PACAP总含量的10%以下，而PACAP-38占哺乳动物组织中PACAP总量的近90%，为主要的生物活性形式[3]。

PACAP主要通过G-蛋白耦联受体发挥生物学效应，并且可与VIP选择性共用受体[4]。目前明确的受体包括：VPAC1、VPAC2、PAC1。前两者对VIP的亲和力高于PACAP[5]，PAC1对PACAP的亲和力远远高于VIP。PAC1受体至少存在8种不同的亚型参与细胞内信号转导[6]。目前多项研究表明PACAP尚有其他未知受体存在。

2 PACAP在偏头痛中的作用机制

三叉神经血管学说是目前公认的偏头痛发病机制的主流学说[7]，脑膜及血管周围三叉神经受刺激引起脑膜血管扩张、神经源性炎症是主要病理过程；降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide CGRP)、VIP、PACAP等参与这一过程。研究发现，偏头痛患者及动物模型在偏头痛发作时出现显著的PACAP升高，而应用偏头痛药物如舒马曲坦可抑制这一现象[8]。目前认为PACAP在偏头痛发作中可能参与了如下机制：

2.1 颅外扩张动脉 采用高分辨率超声检查发现静脉注射PACAP后可引起持续并且显著的颞浅动脉扩张[9]及脑膜中动脉扩张[10]。Amin等[11]通过随机双盲实验，利用MRA观察受试者颅内及颅外动脉管腔直径及周长，发现静脉注射PACAP-38可显著扩张颅外动脉(包括颈外动脉、颞浅动脉、脑膜中动脉)，而对大脑中动脉等脑动脉无作用；静脉注射PACAP-38 5 min后仅有0.063%进入血脑屏障[12]；而Grande G[13]对大鼠及人类的体外实验表示，PACAP-38可引起大脑中动脉扩张。由此推断，外源性PACAP不能跨越血脑屏障发挥其扩血管的作用，PACAP引起偏头痛发作可能主要依靠血脑屏障外作用。静脉注射PACAP可以引起偏头痛患者头痛发作，并能引起非偏头痛患者出现头痛，而VIP不能引起强烈的偏头痛发作，因此大多数学者认为PAC1是PACAP发挥生物学活性引起偏头痛发作的主要受体。但PAC1受体拮抗剂不能阻止PACAP引起的人冠状动脉扩张[14]。由此部分人认为PACAP扩张颅内外血管可能是通过一种未知的受体介导的。

2.2 激活肥大细胞脱颗粒 偏头痛的促发因素直接或间接导致脑膜和血管肥大细胞激活，释放血管活性物质、促炎性因子、感觉敏感介质(即脱颗粒)，这些物质包括前列腺素E2、组胺、五羟色胺(5-HT)、细胞因子如肿瘤坏死因子(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)等，进而引发无菌性神经源性炎性反应，成为偏头痛的发作机制。VIP、腺苷等均能引起颅外血管的扩张，但却未引起偏头痛发作，提示PACAP不是单纯的通过扩张动脉引起偏头痛发作的，由于三叉神经节[15]、三叉神经核尾部[16]有PACAP而无VIP的表达，另外，其受体在血管周围神经纤维突起内有广泛表达[17]，静脉注射PACAP-38后立即出现头痛，并能引起持续的面红及后续延迟的偏头痛发作[11]，基于以上实验证据，推测PACAP不仅引起颅外血管扩张，同时可能参与了神经源性炎症反应。Michael Baun等人[18]通过体外实验表明，PACAP可以诱导硬脑膜肥大细胞脱颗粒，并发现磷脂酶C(phospholipase C，PLC)抑制剂 U-73122可以明显降低PACAP引起的肥大细胞脱颗粒。由此表明PACAP-38引起的肥大细胞脱颗粒可能是通过磷脂酶C途径介导的，PACAP配体通过二步配体传递模式与受体结合，一个配体首先与细胞膜非特异性连接，通过细胞膜的二维扩散，与特异性受体结合并相互作用，引起受体构象改变[19]，G蛋白三聚体解离，活化第二受体PLC生成三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)，通过有丝原裂激活蛋白激酶(MAPK)级联作用及Ca2+动员使胞内相应的蛋白质磷酸化，产生生理效应[20]。

2.3 促进降钙素基因相关肽的释放 CGRP作为已知体内最强的血管舒张肽，其在偏头痛发作中的作用已有许多相关报道。利用荧光免疫技术，发现PACAP与CGRP在大鼠及猴的三叉神经节[21]及三叉神经核尾部[22]神经元中共同表达。Inger Jansen-Olesen[22]利用体外实验，应用酶联免疫法测定SD雄性大鼠硬脑膜、三叉神经核尾部及三叉神经节中CGRP的基础释放量及加入PACAP-38或VIP后CGRP的释放量，发现PACAP-38可以引起三叉神经核尾部、硬脑膜CGRP的释放，CGRP释放量与PACAP-38的应用剂量呈正相关，而VIP并不能引起CGRP的释放，由此认为，PACAP与CGRP在偏头痛发作中存在相互作用，但应用PAC1受体拮抗剂maxadilan未能减少这一作用，故推测PACAP可能是通过一种未知受体诱导CGRP释放，进而通过扩张血管、神经源性炎症反应、痛觉传导等机制诱发偏头痛的发作，具体作用机制还有待进一步研究。

Markovics等[23]认为PACAP是参与三叉神经血管系统激活的中间介质。尾静脉注射中等剂量(6 μg/kg)以上的PACAP-38，可使大鼠出现耳红、连续挠头、爬笼增多等行为学改变，同时可增加大鼠脑干三叉神经核尾部的c-fos蛋白免疫阳性细胞数量，与硝酸甘油组无统计学差异[24]。推测PACAP38可激活三叉神经感觉传入纤维终止的二级神经元，继而引发级联反应激活高级中枢诱发偏头痛发作。Tuka等[3]对硝酸甘油型偏头痛模型中PACAP免疫活性进行检测，发现在化学刺激三叉神经血管系统后，三叉神经脊束核尾部PACAP水平显著升高，这一结果提示PACAP可能与NO系统之间存在密切相关性。另外，大鼠动物模型已证实高浓度的cAMP可以导致三叉神经激活，PACAP可以通过G蛋白耦联受体激活腺苷酸环化酶，引起细胞内第二信使cAMP增多，从而激活AC/cAMP/PKA第二信使级联反应，导致硬脑膜痛觉感受器过敏，进而引发头痛[25]。

目前，明确的是PACAP可以诱发偏头痛的发作，但对PACAP在偏头痛中的作用机制尚存在很多争论，深入研究PACAP及其受体在偏头痛发作中的机制可以为开发治疗偏头痛的新药物提供更多新的理论依据。

[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，Falluel-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]王克强. 垂体腺苷酸环化酶激活肽及其受体研究进展[J]. 实用医院临床杂志，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，牛争平. 垂体腺苷酸环化酶激活肽在实验性偏头痛大鼠中的作用[J]. 中西医结合心脑血管病杂志，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

(吉林大学第二医院神经内科，吉林 长春 130041)

于挺敏，E-mail：ytm_396@163.com