張穎 宋曉文 陳金波 鄭海非

垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽-38(pituitary adenylate cyclase activating polypeptide-38，PACAP-38)是由ADCYAP1基因編碼的38個氨基酸組成的一種神經(jīng)活肽類物質(zhì)，是PACAP經(jīng)過剪切后得到的一種活性蛋白，占哺乳動物大腦組織中PACAP總量的90%，起主導(dǎo)作用；而PACAP另一種活性形式PACAP-27僅占PACAP總含量的10%，兩者均屬于血管活性腸肽(VIP)-胰高血糖素-促胰液素家族[1-2]。PACAP-38與VIP有68%的同源氨基酸殘基序列，二者共享PAC1、VPAC1、VPAC2 3種受體，其中PAC1對PACAP-38具有高親和力，而對VIP親和性極低[3]。PACAP-38以及特異性受體PAC1在人體各個系統(tǒng)中均有分布，神經(jīng)系統(tǒng)分布尤為廣泛。近年來，PACAP-38在偏頭痛中的作用逐漸受到國內(nèi)外的重視，PAC1受體被視為是治療偏頭痛的潛在靶點。偏頭痛是多種因素引起的顱內(nèi)外血管神經(jīng)功能障礙導(dǎo)致的多為單側(cè)的搏動樣原發(fā)性頭痛，而PACAP-38屬于脂溶性差的大分子物質(zhì)，其以主動轉(zhuǎn)運的方式可通過血-腦脊液屏障，但其參與偏頭痛發(fā)作的具體作用位點及相關(guān)機制尚不明確[4]。現(xiàn)就PACAP-38的多種生物學(xué)效應(yīng)以及其在偏頭痛中的病理生理作用研究進行概述。

1 PACAP-38的多重生物學(xué)效應(yīng)

PACAP-38作為具有廣泛生物學(xué)效應(yīng)的多肽，在機體多個系統(tǒng)中均發(fā)揮重要作用[2，4]。PACAP-38不僅具有神經(jīng)保護與營養(yǎng)、神經(jīng)傳遞與調(diào)控、突觸可塑性調(diào)節(jié)等作用，還兼具抗氧化應(yīng)激、抗炎、抗凋亡、調(diào)控基因等多種生物學(xué)效應(yīng)；同時，其在抑制腫瘤以及治療應(yīng)激相關(guān)情感障礙、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、偏頭痛、神經(jīng)退行性變等疾病中也扮演重要角色。

1.1 在神經(jīng)系統(tǒng)中的生物作用PACAP-38是一種強效的具有神經(jīng)營養(yǎng)性和神經(jīng)保護性作用的肽類[2]。其可通過與受體結(jié)合，激活磷酸肌醇和環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)通路，刺激交感神經(jīng)元神經(jīng)肽的釋放，減少或降低對神經(jīng)元的損傷；或調(diào)控細胞凋亡相關(guān)調(diào)控基因發(fā)揮抗凋亡作用。近年來，研究側(cè)重于PACAP-38與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的致病機制，證實其與視網(wǎng)膜病變、腦缺血性腦卒中、神經(jīng)退行性變、記憶認知障礙及情感障礙等有密切關(guān)聯(lián)。近期Denes等[2]研究顯示，新生大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞層、神經(jīng)纖維層以及色素上皮細胞均可表達PAC1受體，給予外源PACAP-38作用于PAC1受體可促進視網(wǎng)膜水平細胞的增殖和分化。Kaneko等[5]通過研究體外缺血/再灌注損傷動物神經(jīng)細胞模型發(fā)現(xiàn)，PACAP-38可提高細胞活性，減輕氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞損害以及細胞色素C誘導(dǎo)的細胞凋亡，維持線粒體活性，增加腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)、B淋巴細胞瘤-2、催產(chǎn)素、前體PACAP蛋白表達水平；還可調(diào)控N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDAR)亞基蛋白表達水平，抑制腦缺血時谷氨酸大量釋放引起的Ca2+過度內(nèi)流導(dǎo)致的神經(jīng)元損，對急性缺血性腦卒中引起的缺血/再灌注損傷有保護作用。在帕金森病(PD)模型研究中，PACAP-38可調(diào)節(jié)皮質(zhì)和海馬神經(jīng)元中BDNF的表達，改善空間學(xué)習(xí)與記憶，可作為治療PD等神經(jīng)變性疾病的新興候選藥物[6]。國外一項研究結(jié)果顯示，PACAP-38可增加亨廷頓病模型小鼠海馬囊泡膜谷氨酸轉(zhuǎn)運體(VGlut-1)和突觸后致密蛋白95(PSD95)免疫標記，增強海馬突觸可塑性及BDNF的表達，減少突變型亨廷頓蛋白聚集物的形成，對記憶與認知缺陷有改善作用[7]。還有研究發(fā)現(xiàn)，PACAP及其同源受體PAC1在痛覺通路中表達，可誘導(dǎo)中央杏仁核(CeA)神經(jīng)元活化和傷害性反應(yīng)，參與創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙[8]。Farajdokht等[9]研究發(fā)現(xiàn)，血PACAP、皮質(zhì)醇水平升高以及三叉神經(jīng)節(jié)(TG)中衛(wèi)星膠質(zhì)細胞增多參與了偏頭痛光過敏及焦慮癥狀。

1.2 在免疫系統(tǒng)中的作用PACAP-38在免疫系統(tǒng)有多方面的抗炎作用[10]。PACAP-38可調(diào)節(jié)多種炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，抑制中性粒細胞趨化，調(diào)節(jié)巨噬細胞的遷移、黏附、吞噬，對淋巴細胞的存活和分化也有影響。Kasica-Jarosz等[10]發(fā)現(xiàn)在斑馬魚模型中，PACAP-38還可抑制中性粒細胞向炎性壞死的毛細胞遷移，對聽覺系統(tǒng)有抗炎保護作用。Bereswill等[11]通過給予亞急性回腸炎模型小鼠PACAP-38短期治療，結(jié)果顯示PACAP-38可抑制小鼠回腸和結(jié)腸上皮細胞的凋亡，減少腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-6等促炎因子分泌，減輕因T細胞的激活導(dǎo)致的免疫損傷，且PACAP-38抗炎作用并不局限于腸道，因此可作為治療腸道炎癥的一種新的治療方案。此外，PACAP-38對人非小細胞肺癌細胞系H460的增殖有劑量依賴性的影響，提示PACAP-38可能具有抗癌活性[12]。

1.3 在心血管系統(tǒng)中的作用PACAP-38作為一種內(nèi)源性動脈粥樣硬化保護性神經(jīng)肽，具有調(diào)節(jié)血脂、對抗血管內(nèi)皮損傷、改善冠狀動脈血運、抑制心臟形態(tài)重構(gòu)等作用[13]。國內(nèi)一項病例對照研究[14]結(jié)果顯示，冠心病患者行經(jīng)皮冠狀動脈介入(PCI)術(shù)后需再次血運重建組血PACAP-38 mRNA相對表達水平低于不需要再次血運重建組，多因素Logistic 回歸分析顯示血PACAP-38 mRNA表達降低(<443.50時)是需要再次血運重構(gòu)的獨立預(yù)測因素。因此提高冠心病患者PCI術(shù)后PACAP-38 mRNA水平，促進心房鈉尿肽的分泌，降低心臟交感神經(jīng)興奮性，保護心肌細胞，對抗內(nèi)皮細胞損傷，糾正血管畸形和血栓，避免再次血運重建，對冠心病PCI術(shù)后有積極影響。

1.4 在內(nèi)分泌系統(tǒng)中的作用PACAP-38由下丘腦合成，通過垂體門脈系統(tǒng)到達垂體，參與體內(nèi)各種激素釋放調(diào)節(jié)，對人體內(nèi)分泌至關(guān)重要。PACAP-38可通過增加人類編碼信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子3(STAT3)磷酸化和細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子(SOCS3)mRNA的表達來調(diào)控瘦素對機體新陳代謝及能量平衡的調(diào)節(jié)作用，參與病態(tài)肥胖、糖尿病等內(nèi)分泌疾病發(fā)病機制[15]。Liu等[16]研究顯示PACAP-38主要通過作用于β細胞的PAC1受體激活A(yù)C/PKA信號通路，抑制電壓依賴性鉀通道，激活鈣離子通道及增加細胞內(nèi)鈣離子濃度發(fā)揮刺激葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌。可見，PACAP-38是治療肥胖和糖尿病的潛在靶點。另外，PACAP-38還可下調(diào)血管內(nèi)皮生長因子等表達水平，減輕氧化應(yīng)激和內(nèi)皮功能障礙，對高血糖/缺氧微環(huán)境異常引起的微血管病變有保護作用[17]。Zhang等[3]一項前瞻性研究顯示，垂體腺瘤伴頭痛(HaPA)患者術(shù)前及術(shù)后PACAP-38濃度均高于非HaPA患者，且HaPA患者頭痛嚴重程度與術(shù)后72 h血漿PACAP-38濃度呈正相關(guān)，提示術(shù)后降低血漿PACAP-38水平對HaPA頭痛的改善有積極作用。

1.5 PACAP-38與其他系統(tǒng)PACAP-38通過舒張氣道平滑肌、調(diào)節(jié)免疫和炎性反應(yīng)對支氣管哮喘發(fā)揮保護作用；PACAP-38與創(chuàng)傷后膝關(guān)節(jié)炎的半月板損傷程度有關(guān)；此外，PACAP-38對糖尿病腎病、骨髓瘤腎損傷、藥物性腎損傷、腎缺血/再灌注具有保護作用[18]。

總之，PACAP-38在機體各大系統(tǒng)的生理調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用。

2 PACAP-38與偏頭痛

偏頭痛是一種反復(fù)發(fā)作、致殘率高且發(fā)病率高的神經(jīng)血管紊亂性疾患，按發(fā)作頻率被分為發(fā)作性偏頭痛(episodic migraine，EM)和慢性偏頭痛(chronic migraine，CM)，每年大約2.5%的EM轉(zhuǎn)為CM。偏頭痛病理生理涉及三叉神經(jīng)血管系統(tǒng)(trigeminal vascular system，TVS)的激活[1，19-21]、神經(jīng)源性炎性反應(yīng)[22-23]、顱內(nèi)血管擴張[1，20]以及中樞痛覺傳導(dǎo)整合功能障礙。近年來，研究顯示PACAP-38與偏頭痛的急性發(fā)作和慢性遷延有關(guān)聯(lián)，但具體的作用機制以及其在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化規(guī)律尚不清楚。

2.1 PACAP-38的表達及受體分布PACAP-38由腦膜血管上受TG支配的傷害性神經(jīng)纖維末梢釋放，與PAC1受體均存在于與痛覺和/或偏頭痛病理生理學(xué)有關(guān)的結(jié)構(gòu)：下丘腦室旁核、腹外側(cè)中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)、藍斑、孤核、TG、三叉神經(jīng)脊束尾核(TNC)、耳神經(jīng)節(jié)、蝶腭神經(jīng)節(jié)[24-25]。在TG和TNC中，存在VPAC1、VPAC2、PAC1 3種受體，且PACAP-38與CGRP共表達[26]。

2.2 PACAP-38在偏頭痛中的作用機制

2.2.1PACAP-38激活TVS：PACAP-38在TVS中表達。當受到刺激后，受TG支配的傷害性神經(jīng)纖維末梢釋放PACAP-38，與腦膜血管上PAC1、VPAC1和VPAC2受體結(jié)合，引起腦膜血管舒張、無菌性炎性反應(yīng)，腦膜傷害性感受器的重復(fù)激活導(dǎo)致TG(一級神經(jīng)元)的外周敏化，此傷害信號由經(jīng)三叉神經(jīng)復(fù)合體(TCC)上傳至丘腦及皮質(zhì)產(chǎn)生頭痛[20]。臨床對照研究中，輸注外源性PACAP-38，可升高外周血PACAP-38水平，致TVS激活，誘發(fā)偏頭痛患者的偏頭痛發(fā)作[1]。若反復(fù)的慢性刺激，PACAP-38長期激活TVS，可致TNC(二級神經(jīng)元)和丘腦(三級神經(jīng)元)發(fā)生中樞敏化(出現(xiàn)皮膚異常性疼痛)，導(dǎo)致偏頭痛癥狀加劇和延長。動物研究表明[19]，在完全福氏佐劑誘導(dǎo)的持續(xù)性炎性疼痛模型中，TNC內(nèi)PACAP-38大量釋放，從而促進CGRP釋放增加，且72 h釋放量達峰值，并與痛覺峰值相對應(yīng)，二者共同參與偏頭痛慢性化和痛覺敏化過程。反復(fù)化學(xué)刺激CM模型硬腦膜，可導(dǎo)致中樞敏化、痛覺閾值降低，外周血PACAP-38水平下降及TG中PACAP-38表達降低[21]。Cernuda-Morollón等[27]研究亦發(fā)現(xiàn)，慢性偏頭痛患者發(fā)作間期外周血PACAP-38水平并未升高，甚至低于健康人群。其機制可能為：PACAP-38在偏頭痛慢性化過程中存在先釋放增多后逐漸耗竭的現(xiàn)象，即慢性病程越長，血PACAP-38水平越低。綜上，PACAP-38誘導(dǎo)的外周及中樞敏化不僅在偏頭痛的單次發(fā)作中發(fā)揮重要作用，而且還可能在偏頭痛從發(fā)作性到慢性的轉(zhuǎn)化過程以及痛覺敏化中發(fā)揮作用[19-20]。

2.2.2PACAP-38參與偏頭痛神經(jīng)源性炎癥反應(yīng)：肥大細胞(mast cells，MCs)包繞硬腦膜血管，其脫顆粒可促進硬腦膜中細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)(與痛覺敏化有關(guān))磷酸化的表達，進而激活三叉神經(jīng)硬腦膜傷害感受器，參與偏頭痛痛覺信號的傳導(dǎo)。PACAP-38可通過經(jīng)典磷脂酶C途徑引起MCs脫顆粒，釋放組胺、類胰蛋白酶等過敏介質(zhì)及促炎因子/趨化因子，引起硬腦膜無菌性炎癥反應(yīng)，可導(dǎo)致偏頭痛慢性化和痛覺敏化。Pedersen等[22]研究發(fā)現(xiàn)，PACAP-38也可通過作用于MrgB3受體(而非PAC1受體)介導(dǎo)MCs脫顆粒作用。Okragl等[23]體外培養(yǎng)的人MCs脫顆?？舍尫臥ACAP，該PACAP與其受體結(jié)合可激活A(yù)C，進而提高靶細胞的cAMP水平，可能具有誘導(dǎo)偏頭痛發(fā)作的生物學(xué)活性。

2.2.3PACAP-38通過擴張顱外血管引發(fā)偏頭痛發(fā)作：PACAP-38具有高效擴張血管、舒張平滑肌的作用。Amin等[1]研究發(fā)現(xiàn)，外源性PACAP-38可引起外周血PACAP-38升高以及顱外血管持續(xù)擴張，誘導(dǎo)偏頭痛樣發(fā)作的能力較VIP更強，外周血PACAP-38的升高早于偏頭痛樣發(fā)作和顱外動脈擴張，應(yīng)用舒馬曲坦緩解頭痛癥狀后外周血PACAP-38水平隨之回落，提示通過臨床監(jiān)測偏頭痛患者血漿PACAP-38水平對預(yù)防偏頭痛發(fā)作有積極意義。而Akerman等[20]通過不同途徑輸注PAC1受體拮抗劑發(fā)現(xiàn)，靜脈途徑僅抑制腦膜血管擴張效應(yīng)，而腦室注射PAC1拮抗劑可抑制TCC內(nèi)傷害感受器刺激誘發(fā)的動作電位，認為PACAP-38介導(dǎo)偏頭痛發(fā)病的內(nèi)源性機制是通過PAC1受體作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)引起，而硬腦膜的初級傳入神經(jīng)的外周效應(yīng)可能作用較弱。

2.2.4PACAP-38影響大腦功能網(wǎng)絡(luò)的連接性：Amin 等[1]一項隨機雙盲試驗探究了外源性PACAP-38誘發(fā)偏頭痛發(fā)作時大腦皮層活動，給予24例無先兆偏頭痛女性患者PACAP-38，其中16例靜息態(tài)功能磁共振成像(rs-fMRI)檢查顯示凸顯網(wǎng)絡(luò)(SN)、感覺運動網(wǎng)絡(luò)(SMN)和默認網(wǎng)絡(luò)(DMN)內(nèi)部功能連接強度出現(xiàn)異常。無先兆偏頭痛患者出現(xiàn)上述與疼痛主要相關(guān)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存在多個特定腦區(qū)功能連接度的特征性變化，可能為今后診治無先兆偏頭痛提供新的影像學(xué)靶標，也為更好理解PACAP-38介導(dǎo)偏頭痛發(fā)作的生物學(xué)機制提供影像學(xué)依據(jù)。

2.3 PACAP-38介導(dǎo)頭痛發(fā)作的監(jiān)測PACAP-38作為頭痛重要的信號分子，不同的頭痛類型以及同一頭痛類型的不同發(fā)作時間，其表達水平不同。偏頭痛患者和叢集性頭痛患者發(fā)作期外周血PACAP-38水平升高，而發(fā)作間期外周血PACAP-38水平則降低，低于緊張性頭痛和健康人群，并與頭痛總病程呈負相關(guān)[25，27]。這對臨床上兩大類原發(fā)性頭痛(緊張性頭痛和偏頭痛)的鑒別診斷提供理論依據(jù)。目前，通常取偏頭痛患者發(fā)作期或發(fā)作間期晨起空腹肘靜脈血，利用人PACAP-38 ELISA試劑盒檢測外周血PACAP-38水平。動物實驗研究可采用免疫印跡、免疫組化染色檢測、定量PCR等技術(shù)檢測TG 、TNC、腦干等偏頭痛痛覺相關(guān)區(qū)域的PACAP-38蛋白及mRNA表達情況[4，19，26，28]。此外，在影像學(xué)方面，高分辨率磁共振血管成像可觀察到外源輸注PACAP-38誘發(fā)偏頭痛可引起顱外動脈明顯擴張，靜息態(tài)功能磁共振可顯示大腦功能連接異常[1，20]。

2.4 PACAP-38在偏頭痛發(fā)作防治中前景內(nèi)源性PACAP-38具有多種生物學(xué)效應(yīng)，然而其半衰期短、性質(zhì)不穩(wěn)定，限制了其作為促神經(jīng)損傷恢復(fù)藥物的進一步發(fā)展。因此創(chuàng)造代謝更穩(wěn)定的PACAP-38類似物，選擇性地激活PAC1、VPAC1和VPAC2是目前藥物研究的主要任務(wù)。在偏頭痛“抗體”治療時代，抗CGRP單抗對慢性偏頭痛有預(yù)防作用，并已通過臨床試驗。Moldovan等[29]研究發(fā)現(xiàn)了一種特異性強、親和力高的單克隆抗體(ALD1910)，該抗體通過PACI、VPAC1、VPAC2拮抗PACAP-38的信號傳導(dǎo)，拮抗活性呈現(xiàn)劑量依賴性，劑量低至0.3 mg/kg時保持有效。ALD1910代表了一種潛在的治療性抗體，為偏頭痛新型治療藥物研究提供了方向。

綜上所述，PACAP-38具有廣泛的生物學(xué)功能，與偏頭痛疾病的病理生理密切相關(guān)。PACAP-38及其受體PAC1可作為新型藥物作用靶點，對于偏頭痛反復(fù)發(fā)作或急性發(fā)作期的頭痛癥狀、情緒認知等方面的治療起積極作用。由于多種信號傳導(dǎo)通路參與PACAP-38的生物學(xué)效應(yīng)，對于內(nèi)源性PACAP-38介導(dǎo)偏頭痛發(fā)病過程的具體機制尚不明確，需要進一步研究。