蛋白激酶A與疼痛調(diào)控

朱紅妮，趙小霞，孫志宏，白占濤

(延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/多肽資源藥物研究中心；陜西省區(qū)域生物資源保育利用工程技術(shù)研究中心/陜西省紅棗重點實驗室，陜西延安716000)

蛋白激酶A與疼痛調(diào)控

朱紅妮，趙小霞，孫志宏，白占濤*

(延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/多肽資源藥物研究中心；陜西省區(qū)域生物資源保育利用工程技術(shù)研究中心/陜西省紅棗重點實驗室，陜西延安716000)

蛋白激酶A(PKA)是G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)細(xì)胞信號通路中重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，廣泛參與了傷害性信息的調(diào)控和痛覺過敏的形成。本文聚焦PKA的結(jié)構(gòu)特點、分布、功能及其對疼痛的調(diào)控機(jī)制，以充實基于PKA信號通路的疼痛機(jī)制。

蛋白激酶A；疼痛；調(diào)控機(jī)制

疼痛(Pain)是一種復(fù)雜的生理心理活動，是臨床上最常見的病癥之一。痛覺在給人們的健康生活帶來痛苦的同時，又可以作為機(jī)體受到傷害的一種防御性保護(hù)反應(yīng)。在疼痛的產(chǎn)生和發(fā)展中，PKA信號通路有著重要的作用，環(huán)磷酸腺苷(cAMP)-蛋白激酶A(Protein Kinase A,PKA)信號通路廣泛參與了傷害性信息的調(diào)控和痛覺過敏的形成。PKA是G蛋白偶聯(lián)受體所介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路中重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，參與多種細(xì)胞功能活動的調(diào)節(jié)，在細(xì)胞通訊中發(fā)揮著不可替代的作用。它不僅介導(dǎo)了炎癥介質(zhì)引起的外周痛覺敏化，還參與了神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)節(jié)[1]。本文就PKA的結(jié)構(gòu)、分布、功能及其對疼痛的調(diào)控加以闡述，為進(jìn)一步探明PKA和疼痛相關(guān)性做一鋪墊。

1 PKA

1.1 PKA結(jié)構(gòu)

PKA，也被稱為依賴于cAMP的蛋白激酶A(cyclic-AMP dependent protein kinase A)，是在研究糖原的代謝過程中發(fā)現(xiàn)的。PKA全酶是由兩個調(diào)節(jié)亞基R和兩個催化亞基單體C組成的異四聚體[2]。根據(jù)R亞基的不同，PKA可分為I型和Ⅱ型。Ⅰ型和Ⅱ型蛋白激酶的調(diào)節(jié)亞基RⅠ、RⅡ具有相同的結(jié)構(gòu)區(qū)域，每個R亞基有兩個cAMP結(jié)合位點(A位點和B位點)[3]。PKA-R亞家族被分為四個亞族(Ⅰ-Ⅳ類型)，即RⅠα、RⅠβ、RⅡα、RⅡβ[4-6]。C亞基亦可分為Cα、Cβ、Cγ和PrKX四種不同亞型[7-9]。Cα和Cβ亞單位存在93%的同源性，具有廣泛的組織特異性。R亞基含有二聚體結(jié)合域、假底物功能域和cAMP的結(jié)合位點；C亞基具有ATP結(jié)合位點、催化位點、底物結(jié)合部位及自主磷酸化位點[2]。

1.2 PKA的分布與功能

PKA普遍存在于哺乳類動物細(xì)胞。在大多數(shù)哺乳類細(xì)胞中，至少有兩類PKA，一類存在于胞質(zhì)溶膠，另一類結(jié)合在質(zhì)膜、核膜和微管上。RⅠα和RⅡα的表達(dá)分布廣泛，RⅠβ主要在大腦中表達(dá)，RⅡβ主要在腦、腎上腺和脂肪組織中表達(dá)[10]。PKA的每個亞基在神經(jīng)元內(nèi)均有表達(dá)，且Cβ亞基表達(dá)豐富，為突觸可塑性所必需[11]。

PKA在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中介導(dǎo)許多生理效應(yīng)。RI可促進(jìn)細(xì)胞活躍生長、增殖，而RII則與抑制細(xì)胞生長、促進(jìn)細(xì)胞分化成熟有關(guān)，通過兩者的正負(fù)調(diào)節(jié)以平衡細(xì)胞的生理功能[12]。PKA調(diào)節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，包括基因轉(zhuǎn)錄、增殖、分化、遷移和生存。當(dāng)cAMP結(jié)合到R亞基上，誘導(dǎo)其構(gòu)象改變，使全酶R2C2解離為R2(cAMP)4和2個游離的具催化活性的C亞基，PKA的激活過程亦需要Mg2+，當(dāng)PKA被cAMP激活后，且在ATP存在的情況下會磷酸化許多蛋白質(zhì)特定的絲氨酸/蘇氨酸殘基，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的物質(zhì)代謝和基因表達(dá)[13]。

2 PKA與疼痛

在疼痛的產(chǎn)生和發(fā)展中，PKA信號通路有著重要的作用[14]。cAMP-PKA信號通路廣泛參與了痛覺過敏形成和傷害性信息調(diào)控。它是細(xì)胞信號通路中重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，不僅介導(dǎo)炎癥介質(zhì)引起的外周痛覺敏化，還參與神經(jīng)病理性疼痛的調(diào)節(jié)[1]。

2.1 PKA與外周痛覺敏化

鞘內(nèi)注射EphrinB2-Fc(EphB受體激動劑)可引起熱痛覺過敏和機(jī)械痛，并伴隨著脊髓PKA催化亞單位(PKAcα)和磷酸化的環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(PCREB)表達(dá)增加。此外，鞘內(nèi)注射EphrinB2-Fc阻滯EphB受體可減輕福爾馬林誘發(fā)的炎性，慢性壓縮性損傷(CCI)引起的神經(jīng)性炎和脛骨骨腔腫瘤細(xì)胞植入(TCI)引起的骨癌疼痛行為，并且脊髓PKAcα和PCREB表達(dá)下降。這些結(jié)果證實了PKA通過EphrinBs-EphBs信號通路參與了脊髓痛覺信息的調(diào)制[15]。另有研究表明，脊髓PKA/CREB信號通路也可能參與骨癌痛的發(fā)生與維持[16]，抑制cAMP-PKA信號通路可能會減輕骨癌痛[17]。

有證據(jù)表明[18]，大鼠皮下注射PKA抑制劑H-89能夠明顯降低由蜂毒誘致的機(jī)械刺激反應(yīng)閾值，但對自發(fā)痛反應(yīng)及炎癥反應(yīng)無明顯影響；然而同樣給予蛋白激酶C(PKC)抑制劑CH，則能夠明顯抑制由蜂毒誘致引起的自發(fā)痛和炎癥反應(yīng)，而對機(jī)械刺激反應(yīng)閾值沒有影響。提示外周PKA依賴的信號通路可能參與了蜂毒誘致引起的機(jī)械痛敏，而PKC依賴的信號通路則可能參與了蜂毒誘致的自發(fā)痛覺反應(yīng)和炎癥反應(yīng)的發(fā)生。

上述證據(jù)表明，PKA在外周痛覺傳入過程中扮演重要角色，抑制PKA通路能夠有效緩解痛行為，進(jìn)一步闡明PKA參與疼痛調(diào)控機(jī)制尤為重要。

2.2 PKA與神經(jīng)痛

神經(jīng)源性痛的產(chǎn)生主要是由于外周異位沖動長期持續(xù)地興奮脊髓及其上位中樞，使大腦中神經(jīng)突觸的構(gòu)造改變，即所謂的可塑性，引起中樞敏化[19]。

神經(jīng)病理性痛大鼠腹腔注射右美托咪啶，其機(jī)械痛閾和熱痛閾明顯提高，pCREB、c-Fos蛋白的活化表達(dá)下調(diào)，神經(jīng)病理性痛減輕。右美托咪啶能夠抑制腺苷酸環(huán)化酶，減少PKA蛋白和PKA磷酸化蛋白的表達(dá)，降低細(xì)胞內(nèi)cAMP水平；抑制脊髓背角CREB的磷酸化激活，減少即刻早期基因(如c-fos)在脊髓背角的表達(dá)，減少炎性因子的釋放，從而抑制中樞痛覺敏感的形成[20]。

2.3 PKA與炎癥痛

在前列腺素誘致的大鼠炎癥模型中，PKA參與初級傳入神經(jīng)元的敏化[21]。PKA能夠特異性激活脊髓背角Src家族酪氨酸激酶成員Fyn，參與脊髓背角痛覺信息的整合與調(diào)制[22]。外周組織損傷也能通過PKA激活脊髓背角Fyn激酶，PKA能夠明顯促進(jìn)NMDA受體NR2B亞基底1472位酪氨酸的磷酸化[23]，通過增加突觸部位N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體表達(dá)，增強(qiáng)NMDA受體功能[24]，誘發(fā)和維持慢性炎性疼痛癥狀，參與炎性刺激引起的中樞敏化。

2.4 PKA與其他模型痛

手術(shù)前給大鼠鞘內(nèi)注射α2腎上腺素能受體的激動劑可樂定，手術(shù)后早期可以產(chǎn)生抗傷害的作用，而且存在可樂定的劑量與抗傷害的程度呈正相關(guān)的關(guān)系，可能與其抑制脊髓背角PKA催化亞單位的表達(dá)量有關(guān)系。提示在大鼠切口疼痛的形成中，PKA催化亞單位的活化可能起著重要的作用，α2腎上腺素能受體的激動劑可以緩解切口痛的發(fā)生和發(fā)展，延緩神經(jīng)可塑性和中樞敏感化的形成[25]。亦有動物實驗已經(jīng)證實，給大鼠鞘內(nèi)注射可樂定明顯地減輕了切口痛模型中大鼠的術(shù)后痛覺過敏[26]。

紫杉醇可以通過改變細(xì)胞微管的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響機(jī)體的一些蛋白激酶如PKA，而PKA是疼痛信號傳遞中的重要鈣依賴性第二信使。紫杉醇化療痛模型中，大鼠脊髓背角PKA在mRNA和蛋白質(zhì)水平的表達(dá)均明顯增加，提示PKA的激活在紫杉醇化療痛的信號傳遞中起著非常重要的作用[27]。

3 小結(jié)

背跟神經(jīng)節(jié)(DRG)損傷或炎癥可導(dǎo)致DRG神經(jīng)元的過度興奮，進(jìn)而導(dǎo)致脊髓中樞敏化和神經(jīng)性疼痛[28]。背根神經(jīng)節(jié)和脊髓神經(jīng)元的電生理研究也已經(jīng)證實，PKA在由急性或者慢性傷害性刺激導(dǎo)致的神經(jīng)元興奮性的改變中有著重要的調(diào)節(jié)作用[29]，使用PKA的拮抗劑H-89能不同程度地緩解大鼠的神經(jīng)病理性疼痛和炎性疼痛[16]。鞘內(nèi)注射cAMP類似物、cAMP或PKA催化亞單位能增強(qiáng)興奮性氨基酸對背角神經(jīng)元的興奮作用，逆轉(zhuǎn)μ和δ阿片受體激動劑的抗傷害性作用；而選擇性的抑制PKA能有效的減輕注射辣椒素所導(dǎo)致的異常疼痛[30]。鞘內(nèi)注射γ-氨基丁酸A型(GABAA)受體阻斷劑荷包牡丹堿(bicuculine)誘發(fā)的痛覺超敏也能夠被PKA抑制劑H-89劑量依賴性地阻斷[31]。炎癥、神經(jīng)損傷、癌癥或骨頭疼痛增強(qiáng)PKA的激活，而鞘內(nèi)注射PKA的抑制劑H89顯著抑制疼痛行為的變化[17]。

研究PKA信號通路在疼痛信號調(diào)制中的作用不僅有助于人們更好地理解疼痛，特別是病理性疼痛的產(chǎn)生與維持機(jī)制，也為臨床治療疼痛提供了新的思路。但在整個信號通路中還需要深入探究上下游之間的相互聯(lián)系，進(jìn)一步為臨床治療疼痛提供理論依據(jù)。

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[責(zé)任編輯 李曉霞]

PKA and Pain Regulation

ZHU Hong-ni,ZHAO Xiao-xia,SUN Zhi-hong,BAI Zhan-tao*

(College of Life Sciences & Research Center for Peptide Drugs,Yan′an University;Engineering & Technological Research Center for Conversation & Utilization of Regional Biological Resources/Shaanxi Provincial Key Lab of Red Dates,Yan′an 716000,China)

Protein kinase A was an important signal transduction factor participating in cell signaling pathways which was mediated by G protein coupled receptor,and involvement in the regulation of nociceptive information and the formation of hyperalgesia widely.In this paper,the structure characteristics,distribution, functions of PKA and its pain regulation were reviewed so as to enrich pain mechanism based on PKA signaling pathway.

PKA; pain; regulation mechanism

2015-10-25

國家自然科學(xué)基金面上項目(81171038、81470051)；陜西省科技廳項目(2010JM4041、2012K01-12)；陜西省教育廳項目(12JS121、15JF034)；延安大學(xué)陜西省高水平大學(xué)建設(shè)項目(2012SXTS06)；延安市科技創(chuàng)新團(tuán)隊和榆林市科技計劃項目(2015CXY-21)；延安大學(xué)2015年研究生教育創(chuàng)新項目(21)

朱紅妮(1989—)，女，陜西榆林人，延安大學(xué)碩士研究生。 *為通訊作者

R741.02

A

1004-602X(2015)04-0078-04