偏头痛与CGRP、5-HT、ET-1的研究进展

张雷雷 毛艳 杨琳

偏头痛男女发病比例约为1∶3，给很多家庭和政府带来负面影响[1]。根据2018年全球疾病负担(GBD)研究，<50岁人群致残的最主要原因是偏头痛[2]。国际头痛学会将偏头痛定义为持续4 h～3 d的头痛，同时伴有：单侧局限性、搏动性、中重度疼痛强度和运动性加重[3]。偏头痛患者一个月中遭受着2周以上慢性头痛的折磨，偏头痛几乎总是在头痛开始前几个小时出现先兆期，最常见的症状是疲劳、胃肠道问题和情绪变化，这些症状可以持续整个偏头痛发作[4]。头痛通常伴随着一个恢复期或后遗症期，其特征是疲劳和持续的感觉障碍。总之，偏头痛患者通常在头痛之前、期间和之后的很长一段时间内丧失能力。偏头痛在人群中高发病率是该病的特点之一。据统计，男性和女性在偏头痛中所占百分比分别为18%和43%[5]。让人们出乎意料的是，WHO将严重偏头痛纳入最高残疾人群，另外它也包括四肢瘫痪、痴呆和活动性精神病。可见，偏头痛对我们人类社会发展所产生的影响。本文探讨当前偏头痛与降钙素原基因相关肽(CGRP)关系的证据，以及相关药物的治疗作用。

1 CGRP与偏头痛

CGRP参与调节心血管系统、调节伤害性输入、介导神经源性炎症。人和啮齿动物中有两种形式的CGRP受体，α-CGRP主要存在于心血管系统，β-CGRP受体主要存在于胃肠道。其中α-CGRP受体主要参与伤害性传递和偏头痛的病理生理过程[6]，CGRP与其受体结合参与偏头痛的发生。现有理论认为偏头痛发作主要是与先兆症状和下丘脑激活密不可分，当下丘脑激活后，随之三叉神经尾核(TNC)被激活，这导致三叉神经节(TG)的激活(很可能是单侧的)，以及降钙素基因相关肽(CGRP)的释放。当CGRP与受体结合时，突触后神经元放电增加，导致疼痛加剧并被发送到大脑[7]。在脑膜中，CGRP可能通过触发肥大细胞释放神经元致敏剂而导致神经源性炎症，进而引起硬脑膜血管舒张增加。脑膜神经活动的调节可能触发一个反馈回路，最终使伤害感受器的外周致敏。CGRP激活Aδ纤维上的降钙素受体样受体/受体活性修饰蛋白(CLR/RAMP1，CGRP受体)。CGRP受体激活腺苷酸环化酶(AC)，增加细胞内环磷酸腺苷(cAMP)。cAMP的增加导致超兴奋性和超极化激活的环核苷酸门控(HCN)通道的激活。同时增加了Aδ纤维产生动作电位的开放概率，Aδ纤维返回TNC并被进一步感觉为疼痛。更重要的是，δ-纤维的敏化可能导致正常的刺激，如触摸被感觉为疼痛[7]。即偏头痛的发生和CGRP与α-CGRP受体结合导致硬脑膜血管舒张增加致使疼痛信号加剧有关。

1.1 CGRP与偏头痛的临床关联证据 临床研究对CGRP与偏头痛的关系进行了佐证，一部分患者中CGRP是诱发偏头痛的必要和充分条件。20世纪90年代的一项研究中发现CGRP含量在偏头痛发作期患者血液中明显高于正常人[8]。之后应用一氧化氮诱发的偏头痛发作时，CGRP在血清、唾液含量升高，同时应用三联胺，不仅降低了CGRP水平，还缓解了偏头痛疼痛程度[9,10]。另外慢性偏头痛患者也会出现血液和脑脊液中CGRP水平的升高[11,12]。有关报道显示当CGRP注射到偏头痛患者中时，大多数患者会出现延迟性偏头痛样头痛，没有偏头痛的患者也会出现轻度头痛，应用舒马曲坦治疗偏头痛后CGRP水平正常化[13]。一项对雄性和雌性大鼠中的实验显示CGRP在偏头痛中的作用包括眶周机械性痛觉异常、光敏感和焦虑样行为，同时显示雌性大鼠更容易受到CGRP的影响[14]，这与偏头痛发生率在男女性别差异上相呼应。

1.2 偏头痛与CGRP相关药物的研究

1.2.1 CGRP受体拮抗剂:明确偏头痛与CGRP的关系后，一些生物制药公司着手于治疗性CGRP受体拮抗剂的研发。关于CGRP对偏头痛的治疗主要是间接的抑制或减少CGRP在神经元中的释放以缓解疼痛。一项关于鼻内西维酰胺治疗急性偏头痛的双盲研究，予以20 μg或者150 μg，4 h后两种剂量治疗的患者，72.7%的疼痛严重程度减轻，33.0%的患者无疼痛，但是该药物有着严重的不良反应，如流泪和鼻黏膜的灼伤，未能广泛应用于临床[15]。2004年，在一项国际性、多中心、随机、双盲分配的关于BIBN4096BS临床试验中，在剂量为2.5 mg，缓解率为66%，显著高于对照组，同时2 h无疼痛发生，缓解头痛复发，改善自主神经症状，其常见不良反应是感觉异常，比起其治疗作用，能为患者所接受[16]。当我们面对偏头痛患者急性发作时，CGRP拮抗剂是一种有效治疗手段，该受体拮抗剂开辟了偏头痛治疗的新道路。

另一项研究新的CGRP受体拮抗剂MK-0974的出现，予以不同剂量口服治疗偏头痛，其2 h后疼痛缓解率为300 mg 68.1%，而安慰剂为46.3%，其中600 mg 也显示出明显的治疗作用，并且有着口服的明显优势，且随着剂量增加，其不良反应并未随着提升，对偏头痛治疗有效且普遍耐受[17]。随后对MK-0974(telcagepant)的耐受性与佐米曲坦相比较，结果显示：MK-0974 300 mg在缓解头痛方面优于安慰剂，MK-0974 300 mg和5 mg佐米曲普坦疗效等同，同时其还能降低恐惧感、畏光、恶心，不良反应与安慰剂类似[18]。随后在该药物的Ⅲ期临床研究中显示：telcagepant 300 mg可有效缓解2 h疼痛和其他偏头痛症状，并提供长达24 h的持续疼痛自由度[19]。于2014年后期对telcagepant对偏头痛预防是否有效的一项试验，其中多名患者丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶升高≥3倍正常上限，由于肝毒性该试验被终止[20]。

因此更加安全的药物亟待出现，另一种CGRP受体拮抗剂BI 44 370 TA的Ⅱ期研究结果显示(400 mg 口服)和依曲普坦40 mg疗效相近，且二者的不良事件发生率均较低，而且BI 44370 TA在治疗急性偏头痛时具有剂量依赖性[21]。接着CGRP受体拮抗剂MK-3207也被应用临床试验，剂量为200 mg时2 h疼痛自由度显然优于安慰剂，也具备着CGRP类药物普遍的临床耐受性[22]。层出不穷的CGRP受体拮抗剂的出现，以及二期试验的成功，证实CGRP与偏头痛的发生存在明确的相关性。一种有效的、选择性的、竞争性的CGRP受体拮抗剂BMS-927711问世，它有着明显的疗效，并且没有血管收缩作用，3个组别试验剂量在统计学上明显优于安慰剂，无与治疗相关的不良事件，无死亡，无与AE相关的停药，它的安全性无可置疑[23]。偏头痛治疗应用CGRP受体拮抗剂的过程中，已经明确证明其是偏头痛的有效治疗靶点，其疗效、安全性在其他药物面前有着明显的优势，并对单克隆抗体的开发提供依据。

1.2.2 单克隆抗体:单克隆抗体是G.J.F克勒和C.米尔斯坦发明的。而LBR-101是首个与降钙素原相关肽相结合的完全人源化单克隆抗体，其第一阶段试验试观察受试者对其安全性和耐受性，两次给药(第1天，第14天)，LBR-101单次静脉注射剂量从0.2～2 000 mg，多次注射剂量300 mg，其安全性和耐受性良好，同时未能测试出其最大耐受剂量，虽有报道的严重不良反应“胸主动脉瘤”，似乎与该受试者隐瞒患有Ehlers-Danlos综合征有关[24]。在对TEV-48125预防性治疗慢性偏头痛的2b期试验，表明每28天皮下注射一次225 mg TEV-48125是安全的和有效的，其明确了注射周期，应当对TEV-48125进一步开发[25]。AMG 334预防发作期偏头痛2期试验中，主要终点是每月偏头痛的变化从基线到12周双盲治疗阶段的最后4周的天数，使用AMG 334 70 mg时，临床治疗效果显著优于安慰剂，70 mg时最常见的不良反应是鼻咽炎，疲劳和头痛，首次明确了AMG 334可能是预防偏头痛的潜在疗法[26]。但需要进一步的研究来了解AMG 334的长期疗效和安全性，以及该研究在现实环境中的适用性。预防发作性偏头痛的潜在疗法应用70 mg AMG 334可能是一种选择。

随着研究推进，一项关于单克隆抗体Fremanezumab (即 TEV-48125)对慢性偏头痛预防性治疗为期12周试验中，其头痛发生率低于安慰剂，与其他预防性治疗不同，包括半衰期支持较长的作用时间和较长的剂量间隔，其每月或者每季度皮下注射一次对预防慢性偏头痛有效，Fremanezumab不在肝脏中代谢，通过分解成较小的肽或氨基酸而消除，不良反应见于注射部位[27]。当面对那些对于未满足需求且治疗选择很少的难治性偏头痛患者，皮下注射140 mg Erenumab可能是一种选择[28]。随着对Fremanezumab的继续开发，遇到以前对多达四类偏头痛预防药物没有反应的难治性偏头痛患者中有效且耐受良好，又多了一种选择[29]。应用单克隆抗体治疗偏头痛，从确定的周期内注射，到是潜在的预防治疗手段，再到对慢性难治性偏头痛的治疗，其对偏头痛的治疗作用毋庸置疑，也验证了CGRP在偏头痛病理生理的重要作用。并且其安全性普遍与安慰剂相似，不良反应多位于注射部位，多是轻症，很少有严重不良反应，有着充分应用于偏头痛患者的临床价值。

2 五羟色胺(5-HT)与偏头痛

5-HT最初参与偏头痛是源于20世纪70年代的一个假设，其与偏头痛发作相关的5-羟基吲哚乙酸(5-HT的代谢物)增加有开创性的观察。5-HT强大的血管收缩作用，对由于血管舒张引起的偏头痛，这无疑是矛与盾的较量。在对偏头痛与5-HT4受体关系的研究中，比较15例偏头痛患者和16例对照组，结果显示偏头痛患者的皮质5-HT4受体结合率显著低于对照组，由于5-HT4受体结合的药理学研究表明与大脑5-HT水平呈负相关，偏头痛患者5-HT4受体结合降低提示大脑5-HT水平升高，并且该项研究支持5-HT能系统参与偏头痛的病理生理过程，但与目前认为偏头痛是大脑5-HT水平低的综合征的假设相反。高脑5-HT水平可能代表偏头痛大脑的特征，也可能是偏头痛发作的结果[30]。

也有学者通过微生物群-脑肠轴的关系解释5-HT与偏头痛的关系，共生微生物可能通过其代谢物肠道大分子作用于偏头痛疾病靶点。在对饮食中色氨酸摄入量与偏头痛的关系研究表明，每天摄入0.84～1.06 g色氨酸的受试者患偏头痛的几率比每天摄入0.56 g色氨酸的受试者降低了约54%～60%[31]，这可能与色氨酸作为5-HT前体有关。因为5-HT的产生离不开色氨酸在肠道中的代谢，所以大脑中的5-HT的含量取决于体内色氨酸的多少。肠道微生物群对体内5-HT的影响可能通过细菌对相关酶和色氨酸的合成有关[32]。在一项长达8～10周对慢性偏头痛和发作性偏头痛的患者每天服用14种益生菌混合物的随机双盲对照试验中，尽管选定的炎症生物标记物的血清水平没有显著变化，但补充益生菌显著改善了偏头痛患者头痛的频率和严重程度[33]。也有相关研究显示补充含有7种细菌的益生菌混合物可以减少大约1/4的偏头痛发作频率，还可以降低偏头痛相关的残疾[34]。研究者通过微生物对色氨酸的代谢在脑肠轴-偏头痛的变化中解释5-HT对偏头痛的影响，虽然有文献报道支持，但是缺乏直间证据，需要加大对其研究。5-HT与偏头痛的关系可能和垂体性腺轴的调节有关[35]。无先兆月经相关性偏头痛，与激素变化密切相关，尤其是月经周期中雌激素的停用激素预防在这些实体中的有效性得到确认。

2.1 偏头痛与5-HT相关药物研究 在对偏头痛与舒马曲坦疾病与药物作用靶点的数据挖掘中发现，舒马曲坦主要通过HTR1B、HTR1D、HTR1A、HTR1F等受体参与偏头痛急性期的治疗作用，其中最显著的为HTR1B/HTR1D。众所周知，舒马曲坦(5-HT1B/1D受体激动剂)直到现在，一直是治疗偏头痛的唯一“偏头痛特异性”药物。舒马曲坦也是第一个被批准用于偏头痛急性发作治疗的药物[36]。接下来对舒马曲坦与5-HT1B受体的研究中，Deen等[37]发现偏头痛发作期间服用临床相关剂量的舒马曲坦与5-HT1B受体结合的统计学显著减少相关，对应于中心5-HT1B受体的占用率为16.0%。这些数据表明，舒马曲坦穿过血脑屏障，与中枢5-HT1B受体结合，但不能排除大脑5-HT持续释放对低结合的贡献，偏头痛发作相关的结合减少可能表明偏头痛发作与内源性5-HT的增加相关。此外，研究证明偏头痛发作时大脑5-HT水平升高，这也提示偏头痛发作可能部分是由内源性脑5-HT升高引起的[37]。不同浓度的5-HT 1B/1D受体可能对血管的调节作用截然相反。过去的一项研究表明，5-HT 1B/1D受体的激活可扩张小动脉(<200 μm)并收缩大动脉(>200 μm)。舒马曲普坦在低浓度下显著和系统地扩张牛的小动脉，而在高浓度下，促进血管收缩。有趣的是，低浓度舒马曲坦通过激活5-HT 1B/1D受体提高皮瓣成活率,这种作用是通过一氧化氮合酶途径介导的，这可能是舒马曲坦低浓度对小动脉调节作用产生的[38]。

对一种缺乏血管收缩作用的新药的研究导致了利米地坦的发展，这是一种高选择性的5-HT1F受体激动剂，与其他5-HT受体亚型的相互作用最小。利米地坦被认为是第一个新药物类别，神经作用抗偏头痛剂(NAAMA)的成员。与安慰剂相比，Ⅱ期和Ⅲ期试验显示出优越性，并且没有典型的曲普坦相关不良事件(AEs)。大多数AEs与中枢神经系统有关，这取决于血脑屏障的高渗透性和轻到中度的严重程度[39]。与血管收缩剂5-HT1B受体相比，利米地坦对5-HT1F受体有更高的亲和力。这一点在迄今为止进行的临床前研究中得到了证实，在临床试验中，健康个体和患者没有报告由于使用血浆抑制素(利米地坦)治疗而引起的心脏事件，尽管需要在更大的队列中得到证实。血浆抑制素穿过血脑屏障，可能在三叉神经细胞表达的5-HT1受体上起中枢和外周作用。它是一种耐受性良好的化合物，不会引起重大不良反应[40]。这对兼有心血管疾病的偏头痛患者是一个有利的选择。

对利米地坦的临床研究报道具体如下：Ferrari等[41]在对利米地坦治疗偏头痛临床队列研究中，发现静脉注射20 mg或更高剂量的利米地坦对偏头痛的急性治疗有效，该疗效是通过非血管，主要是神经机制介导的。利米地坦是一种新型、高选择性、强的5-HT1F受体激动剂，缺乏血管收缩活性的药物。并且利米地坦通常耐受性良好，不良反应报告一般都很轻微。仅有头晕、感觉异常和沉重的感觉(通常是四肢)是更常见的。随后在一项对利米地坦有效性和安全性的2期临床试验中，主要终点是2 h头痛缓解的剂量反应，305名患者接受利米地坦治疗(50 mg,n=79，100 mgn=81，200 mgn=69，400 mgn=68纳入初步分析)。2 h头痛反应率与血浆抑制素剂量呈线性关系(P<0.0001)。与安慰剂组相比，每种利米地坦治疗剂量均可显著改善2 h的头痛反应(P<0.05)。最常见的不良反应与中枢神经系统有关，包括头晕、疲劳、眩晕、感觉异常和嗜睡。表明口服利米地坦治疗偏头痛安全有效[42]。紧接着在3期临床试验中，主要目的是评估利米地坦与安慰剂相比，每一剂量的利米地坦在给药后2 h内患者头痛无疼痛和最烦人症状无的比例，结果显示，2 h时，利米地坦与疼痛缓解显著相关(P<0.05)。大多数不良反应还是与中枢神经系统有关，和2期研究类似。在给药后2 h，在所有受试的口服剂量下，利米地坦对偏头痛的急性治疗有效。疗效和安全性与前3期研究[43]一致。在对利米地坦与其他预防偏头痛共同使用时，观察其疗效和安全性，结果显示：在使用预防药物的患者中，与安慰剂组相比，所有的利米地坦剂量在2 h内使更多的患者无痛(P<0.05)。使用或不使用偏头痛预防药的患者的主要疗效结果(2 h无疼痛)、主要次要疗效(2 h无最烦人症状)和所有其他疗效结果没有显著差异(所有相互作用P≥0.1)。使用和不使用预防性药物的患者的不良事件发生率相似。意味着在同时使用偏头痛预防药物的患者中，利米地坦比安慰剂更有效地治疗偏头痛。对于使用和不使用预防性药物的患者，利米地坦的疗效和安全措施相似[44]，进一步验证了利米地坦的安全性。Loo等[45]用第二剂量评估利米地坦治疗偏头痛的疗效和安全性，发现第二次服用利米地坦对头痛复发有一定疗效。第二剂量的利米地坦对抢救治疗没有明显的益处。无论第二次给药是利米地坦还是安慰剂，不良事件的发生率是相似的[45]。为了评估利米地坦对偏头痛治疗1年的安全性和有效性，这项长期研究的中期结果显示，间歇性血浆抑制素(100 mg和200 mg)对偏头痛的急性治疗在1年内具有良好的耐受性和有效性，EAEs的发生率随头痛次数的增加而降低。未观察到与治疗相关的严重不良事件，也未观察到可能由血管收缩引起的心血管TEAEs。对于两种利米地坦剂量，在研究期间和治疗后的发作期间，疗效测量通常是一致的[46]。Ashina等[47]对利米地坦2项3期试验的综合结果显示，与安慰剂组相比，用利米地坦治疗偏头痛发作的患者的疗效更早。一些有效的措施，如疼痛缓解，在100或200 mg利米地坦治疗后30 min的第一次评估中就显示出了改善[47]。上述试验为利米地坦临床应用提供了证据。利米地坦是一种5-HT1F受体激动剂，2019年10月，美国FDA批准了50 mg和100 mg的利米地坦片，用于成人偏头痛伴或不伴先兆的急性治疗[48]。

3 ET-1与偏头痛

ET-1是一种21-氨基酸肽，由血管内皮细胞和身体许多其他细胞产生[49]。它以旁分泌的方式作用于血管平滑肌细胞(VSMC)，通过VSMC-ET亚型a受体(ETAR)和ET亚型B受体(ETBR)介导产生强大的血管收缩作用。另有研究证实ETR-A 在平滑肌细胞中表达，ETR-B在内皮细胞中表达,此外，表明血管CNP/GC-B的存在人血管壁中，与ET-1/ETR-A和ETR-B系统以及局部肾素-血管紧张素系统在人血管中的协同作用[50]。它还通过ETBR在内皮细胞上以自分泌方式作用，诱导一氧化氮(NO)和前列环素的释放，进而导致血管舒张。有学者认为偏头痛先兆是由ET-1触发的。这一假设是基于偏头痛发作早期血浆ET-1水平升高的报告，以及ET-1作用于皮质表面可能导致皮质扩散去极化，这是偏头痛先兆的潜在电生理现象[51]。有趣的是，在关于ET-1诱导偏头痛先兆的大鼠模型中发现，在10 nm～1 mm浓度范围内，内皮素-1调节CSD的增殖速率、稳态(直流)电位和细胞外K+浓度的变化，同时显示ET-1通过血管扩张剂(NO-供体)诱导CSD的发生，研究认为ET-1可能是内皮刺激和偏头痛先兆之间神秘联系的候选者[52]。在对传统中药川芎香附(CRCR)在偏头痛作用机制的研究中发现，CRCR对偏头痛有显著的治疗作用，其机制是可能增脑血量，调节体内ET-1、5-HT等的释放所产生的[53]。也侧面证实ET-1可能参与了偏头痛的发生。ET-1在偏头痛发作诱导中起主要作用，偏头痛患者无论有无先兆，血浆ET-1水平均升高，以发作期急性期升高最为显著。ET-1与偏头痛的遗传关系已有报道，尤其是EDNRA基因。动物实验表明，ET-1可能通过ETA受体介导的机制诱导CSD，可能是血管收缩性缺血。理论上，ET-1可能触发CSD易感患者的先兆期。此外，ET-1可能上调已知的偏头痛诱导内源性物质的水平，因此可能参与偏头痛的头痛阶段[54]。与之相反的是，Hougaard等[55]通过静脉注射ET-1研究，14名患者接受了静脉注射ET-1，结果显示在输注后24 h内，没有患者出现偏头痛先兆症状或偏头痛。表明ET-1不太可能通过血管刺激引起偏头痛先兆或者通过颈动脉穿刺等血管刺激和血管病理条件诱发偏头痛先兆不太可能由ET-1介导[55]。这或许也可能和注射部位远离中枢系统和血脑屏障有关对偏头痛基因靶点研究中，也应证了ET-1与偏头痛关系。在对法国老年偏头痛人群中对ETA型受体基因多态性和偏头痛关系的调查中，在超过90%的样本中检测到了ET-1、ETA型(ETA)和B型受体基因的5个多态性，但ETA(2231a/G)多态性是唯一与偏头痛显著相关，其中G等位基因拷贝数的增加，偏头痛患病率呈下降趋势，在有严重头痛家族史的受试者比没有严重头痛家族史的受试者中更明显[56]。同样的是，在一项针对ETA型受体等位基因(EDNRA-231A)与偏头痛meta分析研究中，用95%置信区间(CIs)的相对危险度(RR)评估关联性，用固定或随机效应模型确定遗传关联的强度，结果显示偏头痛患者与AA基因型对照组与AG+GG基因型对照组相比有显著性差异，表明EDNRA-231G>a多态性与偏头痛呈正相关，ETA型受体可能是偏头痛神经血管扩张剂的调节因子[57]。有文献发现偏头痛、颈动脉剥离、纤维肌发育不良和高血压、冠状动脉疾病与ET-1基因(EDN1)表达的远端调节因子有关，在适当的血管床上选择性调节ET-1的功能可能被证明在治疗疾病中是有用的，如冠心病、偏头痛、颈动脉夹层、纤维肌发育不良和高血压[58]。ET-1在偏头痛病理生理的作用是明确的，需进一步研究它在偏头痛中的作用机制，开发出相关抗偏头痛药物，解决临床问题。

CGRP在将来有可能首先成为对偏头痛诊断的重要生物标志物。CGRP拮抗剂对偏头痛患者就是一种新的选择，特别是在临床有效性、长效性、安全性、耐受性已经得到证实，临床不良反应多与安慰剂相似，且在国外已被应用于临床。CGRP单克隆抗体对慢性、难治性偏头痛治疗作用也得到临床证实。对5-HT1B/1D受体的开发，使得第一种特异性治疗急性偏头痛曲普坦类药物的诞生。由于曲普坦类药物强烈的缩血管机制，导致其不能被应用于心血管疾病兼偏头痛的患者中。但从对HTR1F的开发，到50/100 mg规格的利米地坦通过FDA批准应用于临床，为偏头痛患者又提供了选择。最后通过病理生理和基因两方面对ET-1在偏头痛的作用进行了总结。然而CGRP、5-HT、ET-1只与一部分的偏头痛有关。同时三者对本病具体作用机制尚未完全清楚。此外偏头痛通常与精神类疾病共同发生，也应值得关注。