偏头痛的分子机制研究进展

张晓蕾 王运良

解放军第一四八中心医院，山东 淄博 255300

偏头痛是一种主要的头痛病，其确切发病机制尚不清楚，认为三叉血管系统(tigeminal vascular system，TGVS)和皮层扩张抑制(cortical dilatation，CSD)的激活在病理生理过程中起着重要的作用。根据国际头痛协会(international headache society，IHS)诊断标准，临床上将偏头痛分为两种主要亚型：先兆偏头痛(migraine with aura，MA)和无先兆性偏头痛(migraine without aura，MO)[1]。

1 流行病学和风险因素

偏头痛影响全球11%的成年人，欧美洲的研究表明，女性偏头痛的发生率(15%～18%)是男性(6%～8%)的3倍[2]。病程因性别而异，但与卵巢激素有关。此外，与男性相比，女性经历更频繁、持久、剧烈的头痛，往往发展为慢性形式，更容易出现畏光、畏声和恶心等症状[3]。

偏头痛好发于青春期，但大多数患者发病年龄在35～45岁。发作原因可由某些食物如陈年奶酪、咸味食品和加工食品，食品添加剂，饮料尤其红酒，压力、感觉刺激如亮光或不寻常的气味和药物引起[4]。偏头痛的另一个危险因素是肥胖，特别是青年人和女性。根据人群基础研究，遗传和环境因素在偏头痛的发生中几乎相等，但对双胞胎的研究发现环境不是重要因素[5]。与普通人群相比，MA先证者的一级亲属患病风险增加4倍，而MO一级亲属患病的风险增加约2倍[6]。

2 偏头痛的基因多态性

首次对偏头痛的遗传学研究是关于MA的一种罕见单基因亚型，即家族性偏瘫型偏头痛(familial hemiplegic migraine，FHM)，在FHM1、2、3型的发病机制中证实各自有CACNA1A、ATP1A2和SCN1A基因突变[7]。CACNA1A编码Cav2.1 (P/Q型)电压门控神经钙通道亚单位，已证实这些基因的21个突变影响偏头痛的临床过程[8]。ATP1A2编码钠-钾泵亚基，发现该基因的30个突变，大部分不影响疾病的进程[9]。SCN1A基因编码神经元电压门控钠(Nav1.1)通道的亚基[10]。FHM基因研究表明，离子转运蛋白基因和神经递质通路在偏头痛的发病中起重要作用，认为偏头痛可能是一种多基因/寡基因疾病，具有广泛的遗传异质性[11]。偏头痛的分子遗传学研究已发现许多与MA或MO有关的多态性，常参与调控同型半胱氨酸(Hcy)、5羟色胺(5-HT))、食欲素-1和谷氨酸调节[12]。

亚甲基四氢叶酸还原酶(methylene tetrahydrofolate reductase，MTHFR)是Hcy代谢的关键酶，由MTHFR基因编码，MTHFR是Hcy转化为蛋氨酸的关键物质[13]。Hcy是一种毒性氨基酸，过量导致血管组织的重构。偏头痛的发作和持续可能是由hcy有关的内皮功能障碍引起，使氧进入大脑较少。MTHFR最常见的多态性rs1801133(C677T)不是偏头痛仅有，也参与心脏疾病、神经管缺陷、卒中、高血压、青光眼和其他疾病[14]。这种多态性导致酶催化领域内222位丙氨酸被缬氨酸取代，改变了蛋白质的四元结构和酶的活性降低。携带CT基因型的个体MTHFR的平均活性为65%，与CC基因型相比，TT变异携带者仅为30%。基因改变直接导致血液中Hcy水平升高，是偏头痛和心血管疾病的危险因素[15]。对高加索和蒙古人的研究发现，TT基因型显著增加MA风险，而不影响MO亚型。最近研究证实补充维生素B (B6，B9，B12)能够纠正Hcy增高，在6个月内每天补充维生素B可减轻头痛强度，降低偏头痛患者的Hcy水平[16-17]。

LAFRENIERE等[18]证实KCNK18(钾通道亚家族成员K 18)基因是第1个引起典型偏头痛基因，该基因编码双孔钾(K2P)通道TRESK，是一种移码突变(F139WfsX24)，导致第一个跨膜区的TRESK蛋白过早截断。功能分析表明，对超阈值刺激反应中，表达突变TRESK亚基的神经元具有较低的当前动作电位起始阈值和较高的峰值频率。突变的结果是三叉神经元过度兴奋，引起偏头痛的敏感性增加[19]。提示TRESK可能是开发新镇痛药物的靶点。对KCNK18基因突变的额外筛查发现其他的错义突变，rs772633496(A34V)变体可导致通道活动减少，而rs140325655(C110R)变异则引起TRESK功能完全丧失[20]。对这些变异与偏头痛的关系还不清楚，KCNK18基因3种常见单核苷酸多态性分析(SNPs)-rs1617136，rs363314和rs963975分析表明SNPs与偏头痛无相关性[21]。

研究报道5羟色胺在偏头痛的发病机制中起一定作用，5-HT1B和5-HT1D受体激动剂(曲坦类)治疗偏头痛有效药物，但对5-HT1A、5-HT1B、5-HT2A和5-HT2C多态性对偏头痛的影响仍在研究之中[22]。目前大多数研究都否认5-HT受体序列变化会增加偏头痛风险。同时对5-HT转运体基因SLC6A4基因变异分析发现SLC6A4基因有两个功能多态性。第1个是可变数目串联重复(VNTR)多态性，17bp长，位于第2个内含子内。2.10和2.12变异在偏头痛患者中更为常见，但Meta分析显示偏头痛仅与2.12变异有关。相比之下，位于该基因调控区的插入/缺失多态性5-HTTLPR(5-HT转运-连接多态性区域)发生在两个等位基因型中，长变异(L)和短变异(S)，变异长度为44 bp。研究证实HTTLPR删除(S)变异导致5-HT转运体表达减少，减少5-羟色胺再摄取可引起抑郁[23]。Meta分析显示一般人群5-HTTLPR多态性与偏头痛之间无明显关系，但SCHURKS等[23]证实携带S等位基因的欧洲女性患偏头痛的几率是没有这一等位基因女性的2倍。

HCRTR1是另一个与偏头痛相关的候选基因，下丘脑泌素系统涉及神经肽递质食欲素1和食欲素2(欧立新A和B)以及它们的G蛋白偶联受体(HCRTR1和HCRTR2)。HCRTR1基因的遗传变异，非同义多态性rs2271933 (G1222A)导致408位的异亮氨酸被缬氨酸取代是MO的危险因素之一[25]。与GG基因型携带者相比，AA基因型个体偏头痛风险增加2倍[26]。研究发现不同人群的rs2271933 A等位基因不同，欧洲人等位基因A占37%，而亚洲和非洲人则达70%以上。研究发现rs10914456和rs4949449多态性与偏头痛无关，而食欲素系统控制某些功能，如疼痛调节，自主神经调节和压力反应。某些研究证实食欲素-1与原发性头痛疾病的痛觉现象和自主变化之间有关，大鼠神经病理疼痛模型的研究表明，下丘脑后部微量注射食欲素-1通过减少A和C纤维硬膜和电刺激的反应而引起镇痛效应[27]。食欲素-1 对TGVS影响是突触前作用，减少降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)释放，诱导谷氨酸合成并在一定程度上引起GABA(γ氨基丁酸)释放。HCRTR1活化能抑制神经源性血管扩张，与舒马曲坦作用相媲美，在偏头痛患者也发现CSD被双重的食欲素受体拮抗剂DORA-12所抑制[28]。因此认为针对食欲素系统的研究可用于偏头痛治疗的新方法。

谷氨酸是CNS的一种兴奋性神经递质，增加对CSD的易感性并激活TGVS。GRIA1-GRIA4基因编码AMPA受体的四种亚基(GluR1-GluR4)，GRIA1和GRIA3(亚单位GluR1和GluR3)基因多态性被认为是诱发偏头痛因素[29]。FORMICOLA等[27]证实GRIA1 rs548294和rs2195450多态性与MA的关系，指出rs548294变异与MO有关[30]。有人认为某些SNPs可能与MA和MO有关，其他研究中也提出GRIA1多态性与MO单倍体或与曲坦类反应之间缺乏相关性，但两项研究发现，MA亚组GRIA3多态性rs3761555发现有相关性，调节区域的多态性(rs2195450 GRIA1和rs3761555GRIA3)将启动子的结合位点修饰为转录因子能减少这些基因的表达[31]。

另一种与偏头痛发病有关的机制是突出融合蛋白，它是神经系统的特定蛋白[32]。STX1A基因编码的突出融合蛋白1A参与神经递质的调控，如GABA通过与GABA转运蛋白结合，通过降低5-HT转运体的表达和改变亚细胞定位而抑制GABA和5-HT的再摄取[33]。研究证实多种SNPs的STX1A基因参与偏头痛的易感性，rs941298 TT基因型显示与MO有显著的等位基因关联，单倍型分析证实rs6951030 G等位基因参与偏头痛的易感性[34]。一般情况下，T等位基因对MA和偏头痛有保护作用。SNP rs2293489也与偏头痛有关，但rs4363087和rs3793243变异与偏头痛无关。这些研究支持STX1A基因作为偏头痛的潜在危险因素[35]。

3 偏头痛有关的生物标志物

生物标志物可分为诊断、治疗、风险、进展和(或)预后指标。“理想”生物标志物的特征：高度敏感性和特异性；高度预测价值；分析稳定；相对简单、便宜、侵入性低；可重复性。由于偏头痛缺乏的特定生物标志物或对生物标志物的研究不够，目前还无针对偏头痛的生物标志。

3．1与炎症和氧化应激有关的标志物某些研究报道，促炎细胞因子如IL-1(白介素-1)和IL-6与偏头痛有关，MA儿童血液中IL-1α升高[36]。与MO相比，成人MA早期IL-1的血浆水平增高，偏头痛发作2 h内IL-6浓度增加。此外，发作期间ILl-10和肿瘤坏死因子α(TNF-α)升高[37]。与血管功能障碍有关的其他炎症标志物，如Hcy和基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)在偏头痛患者的血液中升高。 有研究[38]提示，Hcy浓度升高与MA相关，其水平升高与偏头痛频率增加和严重程度相关，可能由于Hcy增高改变疼痛的阈值引起MA发作。

3．2与疼痛传递和情绪有关的标志生物化学研究显示，在MO中神经调节和神经递质合成、代谢异常，如酪氨酸代谢途径的改变导致去甲肾上腺素(norepinephrine，NE)和多巴胺(dopamine，DA)异常，酪胺、章鱼胺和脱氧肾上腺素等微量胺的水平升高，结果导致CNS线粒体功能受损，谷氨酸浓度升高[39]。痛觉通路突触多巴胺和去甲肾上腺素能神经递质和神经调制物(微量胺)浓度失衡激活TGVS导致CGRP释放，从而引起偏头痛发作[40]。CGRP与疼痛传播和炎症加重有关，在MA患者CGRP触发偏头痛样发作，偏头痛患者唾液和血液中CGRP水平增高，三叉神经细胞培养发现偏头痛药物可抑制CGRP转录并减少CGRP释放，而TNF-α可促进转录[41]。另一研究表明，唾液中CGRP水平升高与药物反应改善有关，提示CGRP可能作为治疗靶点[42]。

谷氨酸可激活TGVS和CSD通路，研究发现偏头痛患者血浆、血小板和脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)谷氨酸的浓度增加[43]。研究[44]发现，MA谷氨酸摄取增加，MO摄取减少，降低谷氨酸浓度可作为预防MO的措施。血小板释放5-HT可能参与偏头痛先兆的病理机制，IZZATI-ZADE[40]发现，偏头痛发作期间血小板5-HT储存受损，发作间期5-HT血浆水平下降，而相应代谢物羟吲哚乙酸(5-HIAA)浓度增加，提示低浓度的5-HT有助于激活CSD诱导的三叉神经血管内的痛觉通路，证实偏头痛是一种低5-HT综合征的假说[45]。

在慢性偏头痛患者发现CSF食欲素-1浓度显著升高，可能与偏头痛发作的早期阶段有关。对丛集性头痛患者的研究发现CSF食欲素-1水平降低，表明食欲素-1浓度降低可能反映下丘脑抗镇痛活性不足[46]。其他治疗偏头痛的新靶点，如CGRP受体拮抗剂或抗CGRP抗体，5-HT1F激动剂，谷氨酸拮抗剂和双食欲素-1受体拮抗剂正在进行二期临床试验[47-48]。

4 偏头痛的基因型-表型

对偏头痛的基因型-表型的相关研究较少，JUHASZ等[49]证实5-HTTLPR基因型与5-HT增高有关。另外，在生理条件下，高浓度的5-HT可降低疼痛阈值，增加疼痛强度[50]。迄今为止，还没有研究证实血液食欲素-1水平与偏头痛患者5-HT的相关性。波兰的一项研究对偏头痛与5-HT、食欲素-1、5-HTTLPR和rs2271933多态性之间的相关性分析发现，多聚酶链反应(PCR)证实5-HTTLPR多态性，偏头痛患者包括MA和MO的L等位基因的频率，高于对照组，MO组中SS基因型比较常见[51]。研究发现，5-HTTLPR的L等位基因有增加5-HT水平的趋势。在L型变异体中，5-HT转运体表达增加2倍。此外，发现5-HTTLPR SL基因型偏头痛患者食欲素-1水平明显低于对照组，HCRTR1基因rs2271933多态性在偏头痛患者更为常见，提示情绪可能参与5-HT和食欲素水平的调节[52-53]。ARTERO等研究结果表明，5-HT和NE通过α2肾上腺素和5-HT1A受体NE抑制食欲素神经元的活动；另一方面，食欲素-1通过控制去甲肾上腺素传输，间接改变5-HT的水平[54]。5-HT1A受体也引起钾离子通道的开启，导致细胞内钾离子流出和细胞膜的超极化。此外，5-HT和NE可以通过阻断K+离子流动来TRESK活动和增加神经元兴奋性，突出融合蛋白1A也通过减少5-HT转运体的表达和改变定位来调节5羟色胺能传递。

5 总结

目前，偏头痛的研究主要基于问卷调查、访谈和神经成像，偏头痛是多种基因与环境因素和诱因相互作用的结果。基因研究发现可能对偏头痛发病机制有新的认识，基因多态性可能影响偏头痛的表型和蛋白质功能。分子标志物主要与免疫和氧化应激反应相关：如MTHFR、GRIA1、GRIA3、细胞因子和酪氨酸代谢；与疼痛传递和情感状态基因包括KCNK18、HCRTR1、SLC6A4、STX1A、CGRP、谷氨酸，5-HT和食欲素-1。生物化学和分子方法在血液或唾液样本中检测生物标志物有助于偏头痛的诊断、药物反应监测、疾病的预后或进展。目前正在研究某些分子作为偏头痛的药物治疗新的目标。此外，神经肽和受体可用于未来偏头痛的预防和治疗。