偏头痛相关炎性因子的研究进展*

李琴瑶 杨红军△

（1广东药科大学附属第一医院神经内科，广州510080；2广州军区广州总医院神经内科，广州510010）

偏头痛 (migraine) 是一种常见的反复发作性的神经血管性疾病，表现为单侧或双侧搏动样头痛，可伴有畏光、畏声等先兆症状及自主神经症状。偏头痛在我国的患病率是9.3%，病人以青壮年居多，其中女性患病率大约是男性的3倍[1]。每年约有3%的发作性偏头痛转变为慢性偏头痛，而偏头痛慢性化的高危因素有偏头痛药物滥用、治疗不当、肥胖、抑郁、教育程度低下、负性生活事件（离婚或丧偶）等[2]。慢性偏头痛具有高致残率，同时可伴多种共发病如脑血管疾病、癫痫、重度抑郁等，给家庭和社会造成沉重的经济负担，是一个重大的全球公共卫生问题，因此研究偏头痛的致病机制及研发相应治疗新药物显得尤为重要。

偏头痛的致病机制尚不清楚。Moskowitz 提出的三叉神经血管学说认为无菌性神经源性炎症参与了偏头痛发作的病理生理过程，是偏头痛发病机制中的关键环节。硬脑膜上的三叉神经血管系统(trigeminal-vascular system, TGVS) 被激活后，释放多种血管活性神经肽，包括降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide, CGRP)、P物质(substance P, SP)、神经激肽A (neurokinin A, NKA)，引发瀑布样级联反应—血管舒张、血浆蛋白渗出、肥大细胞脱颗粒，致炎性细胞因子（缓激肽、前列腺素、IL-1、IL-6和TNF-α）释放，产生无菌性神经源性炎症进而促使头痛症状的发作[3]。如今越来越多研究证据表明神经源性炎症参与了偏头痛的病理生理过程[4]。临床研究发现偏头痛病人血清及脑脊液中CGRP的表达增多[5]，血浆促炎性细胞因子TNF-α(tumor necrosis factor-α, 肿瘤坏死因子 -α)[6,7]、IL-6(interleukin-6, 白介素 -6)[6]、IL-1β (interleukin-1β, 白介素-1β)[7]表达升高，血浆COX-2 (cyclooxygenase-2,环氧化酶-2)[8]和PGE2(prostaglandin-E2, 前列腺素E2)[9]的水平显著高于正常对照组。偏头痛病人静脉注射CGRP[10]、PGE2/ PGI2[11]或NO供体硝酸甘油[12]可诱发偏头痛样头痛发作，而经CGRP[13]、硝酸甘油[12,14～16]处理制作而成的偏头痛动物模型广泛应用于偏头痛的基础研究。目前国内尚无偏头痛与炎性因子的相关综述，本文将就偏头痛相关炎性因子的国内外研究进展进行综述。

一、降钙素基因相关肽 (calcitonin gene related peptide, CGRP)

CGRP是一种由37个氨基酸组成的血管活性神经肽，属于降钙素基因肽超家族，主要作用是舒张血管、调节免疫和炎症。CGRP有两种异构体[17]：α-CGRP广泛表达于中枢和外周神经系统，β-CGRP主要分布于肠神经末梢。颅脑脉管系统主要由表达α-CGRP的Aδ和C感觉神经纤维支配。CGRP除了能舒张血管，还能调节神经元的兴奋性，启动并维持外周敏化和中枢敏化，这是偏头痛发病的关键环节。

研究发现偏头痛病人发作期和发作间期血清、脑脊液中CGRP水平较正常人明显升高[5]。偏头痛病人发作期唾液中CGRP水平明显高于发作间期，应用曲普坦类药物利扎曲坦后头痛症状缓解，唾液CGRP降至基线（发作间期）水平[18]。偏头痛病人静脉注射CGRP可引起偏头痛样头痛发作[10]，小鼠腹腔注射和脑室注射CGRP可诱导偏头痛样畏光行为[13]。临床试验证据显示CGRP受体拮抗剂olcegepant和telcagepant及CGRP单克隆抗体能有效地缓解及预防偏头痛急性发作[19]，但其作用位点尚不清楚。Miller等[20]用人体组织和食蟹猴组织进行免疫组织化学染色实验，发现CGRP受体拮抗剂结合于硬脑膜上的血管平滑肌细胞和三叉神经节上的神经元，提示其可能在血脑屏障外发挥作用。临床上常用A型肉毒素 (botulinum toxin type A, BTXA) 预防慢性偏头痛的急性发作，然而其镇痛机制尚不完全明确。慢性偏头痛病人在肉毒素治疗后的血浆CGRP水平显著降低[21]，皮下注射肉毒素可降低硝酸甘油诱导的偏头痛大鼠颈静脉中CGRP和SP水平[22]，提示肉毒素缓解偏头痛的机制可能与抑制CGRP释放有关。

二、炎性细胞因子(pro-inflammatory cytokines)

细胞因子是炎症反应的重要介质，细胞因子及其受体在中枢神经系统各类细胞中广泛表达，包括神经元，提示细胞因子可能作用于神经元受体。促炎性细胞因子（如IL-1，IL-6，TNF-α）在病理状态下可在神经系统内合成、释放。通过中枢或外周注射TNF-α或IL-6，可引起痛觉过敏和诱发伤害性初级传入神经元的异位活动。炎性细胞因子作为神经血管性炎症中的潜在疼痛介质，可诱导脑膜血管的无菌性炎症，导致偏头痛的发生。

炎性细胞因子TNF-α、IL-1、IL-6与偏头痛发作的病理生理机制有关。Yilmaz等[23]关于无先兆偏头痛(migraine without aura, MwoA)病人的研究提示TNF-α和IL-1β的基因多态性可能与偏头痛的发病有关，MwoA病人TNF-α -308 G/A (rs1800629)A等位基因和IL-1β + 3953C/T (rs1143634) T等位基因作用更强。临床研究显示慢性偏头痛病人的脑脊液中TNF-α水平显著升高，且急性头痛发作期血浆中IL-6、TNF-α水平明显高于正常对照组[6]，而在另外一份关于儿童偏头痛的实验研究中，病人血浆促炎性因子IL-1α、sTNF-RI 和TNF-α同样是明显升高的[7]。

Franceschini等[24]利用家族性偏瘫型偏头痛转基因小鼠模型进行基础研究，发现其三叉神经节中炎性因子TNF-α、IL-6、IL-1β的mRNA高表达。大鼠硬脑膜应用IL-6可产生剂量依赖的面部和足部疼痛。万琪课题组[25]观察到头痛宁可抑制偏头痛大鼠硬脑膜和三叉神经节IL-1β的基因转录，提示头痛宁可能通过下调IL-1β的表达来发挥治疗作用。Zhang等[26]应用电生理技术分别记录大鼠脑膜应用IL-1β、IL-6后其三叉神经节内激活的脑膜伤害感受器的数目，结果表明IL-1β可激活并提高脑膜伤害感受器的机械敏感性，而IL-6则不能。将大鼠三叉神经节神经元细胞进行体外培养，用IL-1β或TNF-α进行刺激，可引起CGRP释放显著增多[27]。TNF-α可通过促进CGRP转录，刺激前列腺素生成产生痛觉过敏，激活脑膜伤害感受器，提高神经元兴奋性，进而造成持续性头痛[28]。

三、环氧化酶和前列腺素(Cyclooxygenase-COX and prostaglandins-PG)

环氧化酶是合成前列腺素的关键限速酶，参与了多种炎症反应过程。COX-1是固有酶，分布于胃、肾脏和血小板等正常组织，在生理情况下生成前列腺素、血栓素等介质；而COX-2是诱导酶，多分布于巨噬细胞和淋巴细胞中，通常在炎症等病理情况下诱导产生。前列腺素主要有4类，即PGE2、PGI2、PGD2、PGF2α，可由肥大细胞脱颗粒后释放。前列腺素不仅介导外周炎症，还参与中枢神经系统病理生理的调节过程，其中PGE2、PGI2对疼痛的信号处理过程有重要作用。

研究表明偏头痛病人发作期血浆COX-2水平显著高于发作间期和对照组[8]，偏头痛发作时病人颈内静脉血液、唾液中PGE2水平明显升高[9]。偏头痛病人静脉注射PGE2可引起即刻性偏头痛样头痛发作，而静脉注射PGI2造成的是延迟性偏头痛发作[11]，经推测这可能是由血管周围的伤害感受器致敏和血管扩张引起的。经研究发现，COX-1主要存在于大鼠硬脑膜肥大细胞和中小型血管，而COX-2存在于硬脑膜巨噬细胞和一些含CGRP的轴突[29]。在硝酸甘油诱导的偏头痛大鼠模型中可见下丘脑和下位脑干中COX-2及PGE2表达增多[30]，可能是由核因子 -κB (nuclear factor-kappa B, NF-κB) 炎症通路激活所介导的。Zhang等[31]通过电刺激大鼠三叉神经节制作偏头痛模型，检测出偏头痛大鼠三叉神经节内COX-2蛋白表达和血浆蛋白外渗增加，同时用ELISA法测血清CGRP、PGE2表达升高。Neeb等[32]用IL-1β刺激体外培养的三叉神经节，可诱导COX-2 mRNA表达，这种变化呈时间和剂量依赖性，进一步研究发现COX-2蛋白表达于神经元和胶质细胞里；IL-1β刺激后4小时可见PGE2显著升高，而使用COX-2抑制剂可完全逆转该现象。非甾体类抗炎药 (non-steroidal anti-inflammatory drugs,NSAIDs) 是用于偏头痛急性发作的经典药物，它通过抑制COX活性，抑制花生四烯酸转化成前列腺素进而止痛，进一步说明硬脑膜炎症和前列腺素激活脑膜伤害感受器参与了偏头痛的致病过程。

四、一氧化氮 (nitric oxide, NO)

NO是由一氧化氮合酶 (nitric oxide synthase,NOS) 生成的气态信号分子，长期被认为是原发性头痛的触发点，在偏头痛发病过程中起着关键作用[33]。NOS具有三个亚型，分别是内皮型 (eNOS)、可诱导型 (iNOS)和神经元型 (nNOS)。临床常用的扩血管药—硝酸甘油 (nitroglycerin, NTG) 可激活iNOS，促进NO生成，NO通过环磷酸鸟苷 (cGMP)依赖的途径，舒张脑膜血管，激活神经元，促进痛觉传导和中枢敏化，进而参与偏头痛的病理生理学过程。因此NO-cGMP级联是偏头痛治疗的潜在靶点。研究表明硝酸甘油可诱发偏头痛病人的急性头痛发作，而使用NOS抑制剂治疗有效[12]。非选择性NOS抑制剂L-NMMA治疗偏头痛的疗效肯定，但其心血管副作用较大；而nNOS参与三叉神经血管系统的信号传导和中枢敏化过程，因此选择性nNOS抑制剂将有望成为偏头痛治疗的新星[34]。

目前，硝酸甘油诱导的偏头痛模型广泛用于偏头痛的致病机制和新药物的研究。Zhang等[14]应用该模型研究发现模型组大鼠挠头、甩身的次数增多，测血浆NO和CGRP水平显著升高，大鼠三叉神经脊束尾核 (trigeminal nucleus caudalis, TNC) 里c-Fos免疫阳性神经元数量明显增加，而中草药黄芩素可将以上异常升高的观察指标降至正常范围，且大鼠疼痛行为明显减少。中枢敏化相关的TNC内NF-κB激活是偏头痛的重要环节，Li等[15]研究结果表明抗癫痫药物丙戊酸钠通过抑制NF-κB炎性信号转导通路，进而降低偏头痛大鼠静脉血CGRP及TNC内c-Fos表达水平。Ramachandran等[16]研究发现NOS抑制剂L-NAME和CGRP受体拮抗剂olcegepant可抑制硝酸甘油诱发的大鼠TNC内c-Fos的激活。Pedersen等[12]观察到大鼠在硝酸甘油给药2小时后其硬脑膜出现肥大细胞脱颗粒，给药4小时后硬脑膜上可见nNOS和CGRP免疫阳性的神经纤维（未进行共定位表达的检测），进一步研究发现用NOS抑制剂L-NAME或舒马曲坦预处理后，可阻断肥大细胞脱颗粒，而CGRP受体拮抗剂olcegepant和P物质受体拮抗剂则无此作用。NO与CGRP之间的关系至今尚无定论，须待进一步研究阐明。

五、结语

综上所述，多种炎性因子参与了偏头痛的病理生理过程，包括 CGRP、TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2和NO等。炎性因子主要通过NF-κB炎症信号通路发挥作用，炎性因子间互相促进，其中CGRP是最关键的靶点，其它因子可直接或间接地促进CGRP释放[12,14,27,31]。人们对偏头痛致病机制的认识是一个逐渐深入的过程，而致病机制与治疗方法是相辅相成的。长期以来，NSAIDs类药物和曲普坦类药物是治疗偏头痛急性发作的一线用药。非选择性NSAIDs常引起胃肠道不良反应，而选择性NSAIDs（COX-2抑制剂）如rofecoxib和valdecoxib治疗偏头痛有效的同时可增加心血管意外的风险[35]；曲普坦类药物的心血管副作用大，长期用药可导致药物过度使用性头痛 (medication overuse headache, MOH) 或促使偏头痛转为慢性[2]。偏头痛的药物治疗至今是个难题，新药物需具有治疗高效、副作用少、病人依从性好的特点，而特异性抗体药物可满足这些要求。如今针对各种炎性因子的特异性抗体成为偏头痛治疗的潜在靶点及研究热点，例如CGRP受体拮抗剂和CGRP单克隆抗体，期待相关临床试验研究的成果给偏头痛病人带来福音。

[1] Yu S, Liu R, Zhao G, et al. The prevalence and burden of primary headaches in China: a population-based door-to-door survey. Headache, 2012, 52:582 ～ 591.

[2] May A, Schulte LH. Chronic migraine: risk factors,mechanisms and treatment. Nat Rev Neurol, 2016,12:455 ～ 464.

[3] Burgos-Vega C, Moy J, Dussor G. Meningeal afferent signaling and the pathophysiology of migraine. Prog Mol Biol Transl Sci, 2015, 131:537 ～ 564.

[4] Malhotra R. Understanding migraine: Potential role of neurogenic inflammation. Ann Indian Acad Neurol,2016, 19:175 ～ 182.

[5] Van Dongen RM, Zielman R, Noga M, et al. Migraine biomarkers in cerebrospinal fluid: A systematic review and meta-analysis. Cephalalgia, 2017, 37:49 ～ 63.

[6] Yucel M, Kotan D, Gurol CG, et al. Serum levels of endocan, claudin-5 and cytokines in migraine. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 2016, 20:930 ～ 936.

[7] Boćkowski L, Sobaniec W, Zelazowska-Rutkowska B.Proinflammatory Plasma Cytokines in Children With Migraine. Pediatr Neurol, 2009, 41:17 ～ 21.

[8] Li C, Zhu Q, He Q, et al. Plasma Levels of Cyclooxygenase-2 (COX-2) and Visfatin During Different Stages and Different Subtypes of Migraine Headaches. Med Sci Monit, 2017, 23:24 ～ 28.

[9] Antonova M, Wienecke T, Olesen J, et al. Prostaglandins in migraine. Curr Opin Neurol, 2013, 26:269 ～ 275.

[10] Hansen JM, Hauge AW, Olesen J, et al. Calcitonin gene related peptide triggers migraine-like attacks in patients with migraine with aura. Cephalalgia, 2010, 30:1179 ～1186.

[11] Antonova M, Wienecke T, Olesen J, et al. Prostaglandin E2 induces immediate migraine-like attack in migraine patients without aura. Cephalalgia, 2012, 32: 822 ～833.

[12] Pedersen SH, Ramachandran R, Amrutkar DV, et al.Mechanisms of glyceryl trinitrate provoked mast cell degranulation. Cephalalgia, 2015, 35:1287 ～ 1297.

[13] Mason BN, Kaiser EA, Kuburas A, et al. Induction of Migraine-Like Photophobic Behavior in Mice by Both Peripheral and Central CGRP Mechanisms. J Neurosci,2017, 37: 204 ～ 216.

[14] Zhang X, Zhang W, Dong C, et al. Analgesia effect of baicalein against NTG-induced migraine in rats.Biomed Pharmacother, 2017, 90:116 ～ 121.

[15] Li Y, Zhang Q, Qi D, et al. Valproate ameliorates nitroglycerin-induced migraine in trigeminal nucleus caudalis in rats through inhibition of NF-кB. J Headache Pain, 2016,17:49.

[16] Ramachandran R, Bhatt DK, Ploug KB, et al. Nitric oxide synthase, calcitonin gene-related peptide and NK-1 receptor mechanisms are involved in GTN-induced neuronal activation. Cephalalgia, 2014, 34:136 ～ 147.

[17] Hay DL, Walker CS. CGRP and its receptors. Headache, 2017, 57:625 ～ 636.

[18] Cady RK, Vause CV, Ho TW, et al. Elevated Saliva Calcitonin Gene-Related Peptide Levels During Acute Migraine Predict Therapeutic Response to Rizatriptan.Headache, 2009, 49: 1258 ～ 1266.

[19] Kuzawińska O, Lis K, Cessak G, et al. Targeting of calcitonin gene-related peptide action as a new strategy for migraine treatment. Neurol Neurochir Pol, 2016,50:463 ～ 467.

[20] Miller S, Liu H, Warfvinge K, et al. Immunohistochemical localization of the calcitonin gene-related peptide binding site in the primate trigeminovascular system using functional antagonist antibodies. Neuroscience,2016, 328:165 ～ 183.

[21] Cernuda-Morollón E, Ramón C, Martínez-Camblor P,et al. OnabotulinumtoxinA decreases interictal CGRP plasma levels in patients with chronic migraine. Pain,2015, 156:820 ～ 824.

[22] Shao YF, Zhang Y, Zhao P, et al. Botulinum Toxin Type A Therapy in Migraine: Preclinical and Clinical Trials.Iran Red Crescent Med J, 2013,15:e7704.

[23] Yilmaz IA, Ozge A, Erdal ME, et al. Cytokine Polymorphism in Patients with Migraine: Some Suggestive Clues of Migraine and Inflammation. Pain Med, 2010,11:492 ～ 497.

[24] Franceschini A, Vilotti S, Ferrari MD, et al. TNFα Levels and Macrophages Expression Reflect an Inflammatory Potential of Trigeminal Ganglia in a Mouse Model of Familial Hemiplegic Migraine. PLoS One, 2013,8:e52394.

[25] 金善泉,王成云, 董欣,等.头痛宁对偏头痛大鼠硬脑膜及三叉神经节IL-1β表达影响.中国疼痛医学杂志 , 2017, 23:168 ～ 174.

[26] Zhang X, Burstein R, Levy D. Local action of the proinflammatory cytokines IL-1β and IL-6 on intracranial meningeal nociceptors. Cephalalgia, 2012, 32:66 ～72.

[27] Neeb L, Hellen P, Hoffmann J, et al. Methylprednisolone blocks interleukin 1 beta induced calcitonin gene related peptide release in trigeminal ganglia cells. J Headache Pain, 2016,17:19.

[28] Longoni M, Ferrarese C. Inflammation and excitotoxicity:role in migraine pathogenesis. Neurol Sci, 2006,27:S107 ～ 110.

[29] Zhang XC, Kainz V, Jakubowski M, et al. Localization of COX-1 and COX-2 in the intracranial dura mater of the rat. Neurosci Lett, 2009, 452:33 ～ 36.

[30] Tassorelli C, Greco R, Armentero MT, et al. A role for brain cyclooxygenase-2 and prostaglandin-E2 in migraine: effects of nitroglycerin. Int Rev Neurobiol,2007, 82:373 ～ 382.

[31] Zhang H, He S, Hu Y, et al. Antagonism of cannabinoid receptor 1 attenuates the anti-inflammatory effects of electroacupuncture in a rodent model of migraine.Acupunct Med, 2016, 34:463 ～ 470.

[32] Neeb L, Hellen P, Boehnke C, et al. IL-1β Stimulates COX-2 Dependent PGE2 Synthesis and CGRP Release in Rat Trigeminal Ganglia Cells. PLoS One, 2011,6:e17360.

[33] Olesen J. The role of nitric oxide (NO) in migraine,tension-type headache and cluster headache. Pharmacol Ther, 2008,120:157 ～ 171.

[34] Barbanti P, Egeo G, Aurilia C, et al. Drugs targeting nitric oxide synthase for migraine treatment. Expert Opin Investig Drugs, 2014, 23:1141 ～ 1148.

[35] Antonaci F, Ghiotto N, Wu S, et al. Recent advances in migraine therapy. Springerplus, 2016, 5:637.