逯素芬(综述)，张宗旺(审校)

(1.徐州医学院麻醉学院，江苏徐州221000;2.山东省聊城市人民医院麻醉科，山东聊城252000)

丝裂原活化蛋白激(mitogen-activated protein kinase，MMAPKs)是进化过程中比较保守的细胞内信号分子家族，主要包括细胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)、p38和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)。它们将广泛的细胞外刺激通过转录和非转录方式转变为不同的细胞内反应［1］。所有MAPKs家族由上游不同的MAPKs激酶激活。ERK是第一个确定的MAPKs家庭成员，它参与调节细胞分裂、增殖、分化和发育以及成人神经元可塑性的形成。

早期对MAPKs调节疼痛的研究主要集中在强烈伤害性刺激和炎症的外周神经元机制。初级感觉神经元和脊髓背角(spinal dorsal horn，SDH)神经元的MAPKs激活在诱导和维持神经可塑性方面发挥着重要作用［2］。但是，神经或脊髓损伤也会持续激活脊髓神经胶质细胞MAPKs信号转导通路。神经损伤后数天和数周可以分别激活小胶质细胞和星形胶质细胞的ERK通路。在胶质细胞中，MAPKs的激活对神经病理性疼痛发展和维持都非常重要。MAPKs是胶质细胞中与疼痛介质产生密切相关的重要信号分子。ERK5是MAPK家族的一个新成员，并由MEK5激活，而MEK5由MEKK2/3激活。神经损伤后，脊髓中的ERK5被激活;并且鞘内注射ERK5反义寡核苷酸可以抑制神经病理性疼痛［3］。

1 ERK与疼痛

ERK最初被认为是生长因子受体信号，是涉及Ras、Raf、MEK和ERK顺序激活的级联反应的信号分子。然而，ERK的级联激活反应并不限于生长因子信号。它可以由持续的神经活动和病理刺激激活。研究表明ERK在神经元可塑性，如学习、记忆和疼痛过敏中具有重要作用［6］。

1.1 SCDH神经元中ERK的激活依赖于伤害性刺激 幼小动物非刺激条件下，SCDH中很少发现磷酸化细胞外信号调节激酶(phosphorylaze extracellular signal regulated kinase，pERK)阳性细胞存在。大鼠足底注射辣椒素可以诱发SCDH神经元中明显的ERK磷酸化。C纤维激活后，pERK的诱导是非常迅速的，并且在SCDH中发现了大量的pERK免疫反应神经元。pERK由伤害性刺激诱导，如伤害性热刺激和机械刺激。它的诱导具有强度依赖性，如热刺激温度从45℃升至55℃，pERK标记的神经元数目逐渐增加。刺激的持续时间也很重要，一次短暂刺激(＜10 s)可以引起SCDH神经元中c-Fos的表达，但不足激活ERK信号［4］。SCDH神经元中诱导pERK的刺激还包括足底注射甲醛、完全弗氏佐剂、蝎毒、踝关节炎、股骨骨折和膀胱内脏痛等［5-6］。尽管正常情况下，ERK只被高强度的刺激所激活，但神经损伤后，低强度的电刺激和触觉刺激可导致SCDH神经元中ERK的活化。炎症关节的运动也增加了SCDH神经元中pERK的数量。这些研究表明，在脊髓神经元可塑性的发展过程中，pERK奠定了触诱发痛或运动引起疼痛发生的基础。

1.2 感觉神经纤维传递和激活SCDH神经元中各种突触后受体引起ERK的活化 外周炎症或神经损伤不仅引起外周初级传入敏感化，而且还引起SCDH神经元的中枢敏感化。大多数初级传入在SCDH形成突触联系，伤害性刺激引起谷氨酸释放。谷氨酸通过3种不同的受体引起脊髓神经元的除极。伤害性信息的传递还包括SP和CGRP等肽类递质以及脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)的共同释放。

Karim等［7］首次报道了炎症诱导SCDH神经元中pERK产生需要代谢型谷氨酸受体亚型(mGluR1和mGluR5)的参与。脊髓中mGluR5引起ERK的活化和ERK依赖性的浅层背角神经元兴奋与伤害性信息的传递有关。与BDNF结合的原肌球蛋白受体激酶B(tropomysin receptor kinase B，TrkB)受体，在SCDH神经元广泛表达。外周伤害性刺激或离体脊髓薄片应用辣椒素后，大约40%的TrkB受体参与SCDH中pERK的表达增多。此外，背根神经节(dorsal root ganglion，DRG)伤害性神经元BDNF的缺失可以导致DRG中pERK的明显降低，这与甲醛实验中的第二相行为学痛反应的减弱一致。足底注射辣椒素后STT投射神经元中的pERK染色增加。椎管内微量注射BDNF或内源性BDNF在STT内的TrkB-IR神经元中可激活ERK。

1.3 SCDH神经元中ERK激活整合多种信号通路

一般认为ERK是由生长因子及其受体如TrkB激活。但是，SCDH神经元中蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)对于ERK的活化具有重要的作用。研究显示，ERK和PKA、PKC信号共同调制A型K+通道和神经兴奋性［8］。由福斯高林(Forskolin)激活PKA或对甲氧苯丙胺激活PKC都能引起ERK的激活。同时证实，两种Ca2+依赖性腺苷酸环化酶AC1与AC8，是谷氨酸和辣椒素诱导pERK激活所必需的，从而支持cAMP/PKA信号通路是ERK激活的必由之路。BDNF和Ca2+可激活磷酸肌醇3激酶，也将导致SCDH神经元ERK的活化［9］。不过，Ca2+-钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ对ERK的激活影响不大。总之，多种信号通路对ERK激活的共同作用表明SCDH神经元中ERK在信号转导中的关键作用。

1.4 SCDH神经元中ERK活化参与中枢敏感化和炎症疼痛 SCDH神经元中ERK的活化与伤害性感受纤维激活以及细胞内变化有关，从而表现为行为学和细胞水平的中枢敏感化。ERK蛋白的功能研究主要基于两个特异性的MEK抑制剂PD98059和U0126。一般认为，大鼠足底注射甲醛引起的第二相痛反应是中枢敏感化的结果。鞘内注射PD98059可以阻断该反应。足底注射辣椒素可以引起初级和次级痛觉过敏，而次级痛觉过敏也可导致中枢敏感化，U0126可以阻滞辣椒素引起的次级触诱发痛。

NMDA受体在中枢敏感化的诱导方面发挥着重要的作用，伤害性刺激引起的NR1亚基的磷酸化需要ERK。在Ⅱ层脊髓神经元中，ERK对于缓激肽引起的NMDA受体电流的增强有至关重要的作用［10］。

1.5 ERK对脊髓中Kv4.2K+通道的调控 ERK激活可以导致SCDH浅层神经元兴奋性增加。兴奋性的增加是由神经元中K+电流外流减少介导的，这些电流的变化主要是由Kv4.2K+通道完成的。因此，Kv4.2基因剔除的小鼠脊髓中，不会出现ERK依赖性K+电流的抑制和SCDH神经元的兴奋性的增加［11］。所以ERK活化和下游Kv4.2K+通道的磷酸化参与了中枢敏感化的调制。

1.6 脊髓神经胶质细胞中ERK的激活和神经病理性疼痛 研究表明，pERK在伤害性刺激和组织炎症后主要在SCDH神经元中表达，并对炎性痛觉过敏的诱导和维持有重要作用。神经胶质细胞可能在疼痛调制中发挥重要作用。部分坐骨神经结扎后3周可以在脊髓星形胶质细胞中诱导ERK的激活。Zhao等［12］研究脊神经结扎(spinal nerve ligation，SNL)后在不同时间点脊髓ERK的激活，并在这些时间点上研究鞘内注射MEK的抑制剂PD98059后的神经病理性疼痛行为。得出的结果提示，小胶质细胞和星形胶质细胞中ERK的顺序激活分别对于神经性疼痛的诱导和维持是很重要的。

2 p38和疼痛

p38有4种异构体:p38α、p38β、p38γ和p38δ。其中p38α和p38β是成熟神经系统的两种主要异构体。p38α主要分布在DRG和脊髓中。p38由细胞应激和炎性因子激活，在炎性反应中起关键作用。全身或鞘内注射p38抑制剂能够有效减轻炎症和关节炎。p38的上游激酶是促分裂原活化蛋白激酶-激酶3/6(MKK3/6)，活化的p38移位到细胞核并在核内使转录因子磷酸化。肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β以及其他许多炎性介质合成都是p38上调的。

脊髓中 pERK免疫反应的基础水平非常低，p-p38免疫反应为中等水平。然而SNL能在脊髓中诱导p-p38于12 h开始增加，3 d达高峰，3周内维持在较高水平［13］。另外，SNL、桡神经损伤、部分坐骨神经结扎等能引起脊髓小胶质细胞内p-p38增加。神经损伤后脊髓小胶质细胞中多种疼痛介质与其受体结合后激活p38。进而通过转录调控增加环氧合酶2、白细胞介素1β和诱导型一氧化氮合酶等的合成。p38的活化也可通过翻译后调控引起脊髓小胶质细胞中白细胞介素1β迅速释放［14］。白细胞介素1β通过增强兴奋性突触传递、抑制抑制性突触传递和诱导SCDH神经元中环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB)磷酸化对中枢敏感性发挥重要作用。

3 JNK和疼痛

JNK有3种异构体:JNK1、JNK2和JNK3。JNK3主要存在于大脑中，对缺血性细胞凋亡具有重要作用。脊髓中表达JNK1和JNK2。pJNK1是脊髓中的主要活化形式，神经损伤后，脊髓pJNK1水平增加。

pJNK-IR的增加主要在脊髓星形胶质细胞中观察到:①SNL后，脊髓星形胶质细胞的pJNK表达持续增加;②JNK1主要在脊髓星形胶质细胞表达;③c-Jun、JNK下游的主要转录因子也在脊髓星形胶质细胞激活;④转化生长因子激活激酶1由脊髓星形胶质细胞诱导，而且需要SNL后JNK1的激活［15］。因此，脊髓星形胶质细胞中，JNK途径被优先激活。

成纤维细胞生长因子2能够在DRG神经元和星形胶质细胞中上调，它可以引起脊髓星形胶质细胞中JNK的持续活化。相反，肿瘤坏死因子α只在星形胶质细胞中诱导JNK短暂的活化。星形胶质细胞中由肿瘤坏死因子α引起的JNK激活导致几个单核细胞趋化因子的上调，如细胞趋化蛋白1。越来越多的证据表明，细胞趋化蛋白1可能通过趋化因子受体2受体在疼痛敏感化方面发挥重要的作用［16］。因此，JNK通过细胞趋化蛋白1的上调可能促进神经病理性疼痛。

慢性疼痛已成为影响人们健康的主要问题。慢性疼痛由神经可塑性引起，表现为外周和中枢敏感化。神经胶质细胞的活化将增强神经可塑性。在神经病理性疼痛和炎性疼痛条件下，神经元和神经胶质细胞中MAPK通路的激活是不同的，MAPK抑制剂是否有益于不同疼痛患者的治疗还有待于证实。

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