腺苷及其受體參與針刺鎮痛調控機制探討

吳金蓉，張 迪，周萌萌，常洪恩，劉陽陽，房鈺鑫

(天津中醫藥大學，天津 301617)

疼痛是一種臨床上常見的病癥，會對個人和社會帶來嚴重的影響。國際疼痛研究協會(IASP)將疼痛定義為“與實際的或潛在的組織損傷相關或類似的令人不愉快的感覺和情感體驗?！盵1]據統計，每年全球約有20%的成年人患有疼痛，新確診為慢性疼痛的人約為10%[2]，且慢性疼痛是一個常見的持續性問題，發病率相對較高且康復率較低[3]，因此成為了醫學界不容忽視的問題?？诜蜃⑸涓黝愔雇此幬锖褪中g是目前治療疼痛的常見手段，但都存在著不同程度的副作用[4]。針刺作為一種中國古代傳統的特色醫學治療手段，操作簡便、起效迅速和安全有效，其鎮痛的療效早已明確，但作用機制尚不清楚，而針刺鎮痛作用機制的研究一直以來也是該領域的研究熱點，針刺的鎮痛機制十分復雜，涉及多系統的神經遞質、調質、激素和免疫因子等信號分子和MAPK、NF-KB等信號通路。自從2010年美國Goldman課題組發表了腺苷參與針刺鎮痛起效過程的相關研究[5]，科學家們逐漸認識到腺苷信號及其通路介導針刺鎮痛的重要作用。本研究將重點闡述腺苷及其受體參與疼痛和針刺鎮痛調控機制的研究進展，以期為進一步闡明針刺鎮痛的調控機制提供一定的理論依據。

1 腺苷及腺苷受體的介紹

腺苷(Adenosine，ADO)是一種內源性嘌呤核苷，是中樞神經系統重要的神經調質，且作為一種神經遞質，參與外周和中樞系統的疼痛信號傳導和調節。腺苷受體(Adenosine receptor，AR)是位于細胞膜上的G蛋白偶聯受體，可分為4個亞型：A1、A2a、A2b和A3，廣泛分布在全身各個器官和組織中。雖然腺苷各亞型受體有著相似的分子結構，但它們對腺苷的親和力卻是有差異的，其中腺苷A1受體的親和力最高，腺苷A2B受體的親和力最低(ADORA1>ADORA2a>ADORA3>AODRA2b)[6]。腺苷及其受體的相互作用是啟動腺苷信號及其通路的重要環節，且腺苷信號及其通路作為中樞神經系統(CNS)和周圍神經系統(PNS)中重要的信號通路之一[7]，不但參與了睡眠、焦慮、運動、覺醒、認知和記憶等生理功能的調節，在癲癇、疼痛、局部缺血或缺血性器官損傷、炎癥、癌癥和缺氧等各種疾病狀態下亦發揮了重要的作用[8]。

2 腺苷及腺苷受體在疼痛中的作用

2.1 腺苷A1受體在疼痛中的作用

腺苷可通過激活腺苷A1受體在多種疼痛模型中誘導抗傷害感受來發揮鎮痛的作用，尤其對慢性疼痛的鎮痛作用更為顯著。以往的研究發現腺苷A1受體主要是通過對神經元傳遞的抑制作用或與神經元鉀通道發生耦合作用來發揮鎮痛作用[9]。在樹脂毒素(RTX)神經病模型中，Kan等發現背根神經節(DRG)處腺苷及A1受體的減少是由前列腺磷酸酸酶(PAP)的減少導致的，而腺苷及其A1受體的減少可能是引起疼痛超敏反應的主要原因[10]。Lima等發現外周腺苷A1受體的激活可以減少炎癥性高傷害感受，當在大鼠足底注射A1R拮抗劑時可增強由角叉菜膠誘導的痛覺過敏，而在注射A1R激動劑后則可逆轉角叉菜膠誘導的高傷害感受。該團隊進一步研究發現A1受體的鎮痛機制還涉及一氧化氮(NO)、ATP敏感性鉀通道(KATP)、環磷鳥嘌呤核苷(cGMP)和蛋白激酶(PKG)等信號傳導途徑[11]。隨著對腺苷信號及其通路的深入研究，Okumura等在結腸擴張模型大鼠皮下注射腺苷A1受體拮抗劑預處理，發現有效阻斷了注射的CPA(A1受體激動劑)或Orexin-A(食欲素)誘導的抗結腸擴張的鎮痛作用，可見腺苷信號及其通路可能還參與了內臟的抗傷害感受作用[12]。該團隊在進一步的研究中還發現在給小鼠皮下注射CPA，同時在腦池內注射5-HT1A受體或5-HT1B受體拮抗劑、CB1受體或CB2受體拮抗劑、多巴胺D1受體或D2受體拮抗劑和阿片受體拮抗劑，結果顯示腺苷A1受體激動劑可能通過中樞神經系統的5-HT1A、5-HT2A、多巴胺D1或大麻素CB1受體以及阿片受體來誘導內臟抗傷害感受[13]。另外一些學者還發現基因敲除腺苷A1受體會導致小鼠痛覺過敏和對慢性疼痛的敏感性增加，增強了傷害性刺激的反應，機體的抗傷害能力明顯減弱[14-15]。

2.2 腺苷A2受體在疼痛中的作用

腺苷也可通過調節腺苷A2受體(包括A2a、A2b受體)在多種疼痛模型中發揮鎮痛的作用。其中對A2a受體的作用爭議性很大，腺苷A2a受體激動劑既可表現為抗傷害感受作用也可表現為傷害感受作用，而其拮抗劑則僅表現為抗傷害感受作用[16]。Doak等發現腺苷A2a受體激動劑可以使疼痛模型大鼠的相關疼痛的行為增加，說明腺苷可能通過其A2a受體介導增強福爾馬林測試中的傷害感受作用[17]。但Loram等發現在鞘內單次劑量注射腺苷A2a激動劑可持久減輕多種神經病理性疼痛模型中的機械性異常性疼痛，A2a受體可能通過脊髓背角的神經膠質細胞中的蛋白激酶(PKA和PKC)持久抑制促炎性細胞因子來發揮鎮痛作用，由此可見脊髓中腺苷A2a受體的激活可以持久地抑制神經病理性疼痛癥狀[18]。在腺苷A2a受體拮抗劑的研究中，Bastia等發現對急性疼痛模型小鼠注射腺苷A2a受體拮抗劑后會產生明顯的抗傷害感受作用[19]。另有學者觀察到敲除小鼠腺苷A2a受體后會出現明顯的痛覺過敏現象[20]。Bailey等通過進一步研究發現腺苷A2a受體拮抗劑還可以改變阿片受體介導的鎮痛作用[21]。

有關腺苷A2b受體的研究相比A2a受體較少，且在目前的研究中只發現了A2b受體具有傷害感受作用。在腸道中腺苷A2b受體呈高表達狀態，參與了腸道功能的正常運行。Teita等研究表明A2b受體參與了腸易激綜合癥(IBS)的發病過程，并可以通過抑制腺苷A2b受體的活性來調節腸易激綜合征的腹痛癥狀[22]。另有研究認為，腺苷及其A2b受體是通過促進免疫-神經元相互作用在慢性疼痛的發生中起主要作用的，實驗發現在慢性疼痛模型中，腺苷的升高導致腺苷A2b受體的表達量增加，進一步激活感覺神經元的傷害感受器及背根神經節上的白介素-6(IL-6)、瞬時受體電位類香草酸受體1(TRPV1)基因的表達也有增加，從而促進超敏反應，最終產生慢性疼痛[23]。

2.3 腺苷A3受體在疼痛中的作用

隨著對腺苷A1、A2受體的研究不斷深入，對腺苷A3受體的研究也在不斷增加，人們發現腺苷也可通過激活腺苷A3受體誘導抗傷害感受來發揮鎮痛的作用。Chen等在神經性疼痛模型小鼠和大鼠腹膜內注射腺苷A3受體激動劑，發現疼痛明顯減輕，但其中的原理、機制并不清楚[24]。隨后Ford等也發現神經性疼痛大鼠及小鼠在注射腺苷A3受體激動劑后疼痛明顯減輕，腺苷可通過激活A3受體來增強GABA能神經元的抑制作用從而介導抗傷害感受，同時還可以增強鉀氯共轉運體2(KCC2)活性來增強抗傷害感受作用[25]。亦有學者提出腺苷A3受體激動劑減輕神經性疼痛的機制可能由脊髓背角抑制小膠質細胞的激活和脊髓傳入的傷害性感受的輸入介導[26]。另有研究表明腺苷A3受體的鎮痛作用可能與蛋白激酶(MAPK/ERK)和促炎性細胞因子以及cAMP反應元件結合蛋白(CREB)信號蛋白的抑制有關[27]。阿片受體介導鎮痛作用，腺苷及受體與內源性的阿片受體有著密切的聯系，阿片類藥物引起的痛覺過敏和抗傷害感受耐受性的不良反應，主要是由于腦內腺苷A1受體轉導通路的減弱所致[28]，近期研究發現慢性嗎啡用藥會增加腺苷激酶(ADK)活性并降低脊髓處內源性腺苷A3受體，并且使脊髓中NLRP3炎癥小體活性失調，導致嗎啡誘導的不良反應，且鞘內注射腺苷A3受體激動劑通過下調脊髓中NLRP3的激活能減輕嗎啡誘導的不良反應[29]。

3 腺苷及腺苷受體在針刺鎮痛中的作用

3.1 腺苷及腺苷A1受體參與針刺鎮痛

自2009年在《Medical Hypothesis》Geoffrey Burnstock教授提出嘌呤信號可能揭示針灸的作用原理的假說后，對于嘌呤能信號傳導是否能揭示針灸的作用機制便引起了學術界的高度關注[5]。早在20世紀90年代，劉長寧等的研究就表明腹腔注射腺苷受體阻斷劑——茶堿和咖啡因阻斷了電針的效應，腹腔注射潘生丁(腺苷釋放抑制劑)縮短了電針的后效應、減弱了電針的效應[30]。腺苷及腺苷A1受體與針刺鎮痛的外周機制有關。2010年，Goldman及其團隊發現手針針刺小鼠足三里穴，穴位局部的腺苷濃度增加了約24倍，隨后為了進一步證明腺苷及其受體在針刺鎮痛中的作用，研究者在炎性痛和神經病理性痛模型小鼠穴位局部注射腺苷A1受體激動劑，發現小鼠的熱痛和機械觸痛反應明顯減輕，而針刺穴位局部也具同樣的效應，但針刺腺苷A1受體敲除小鼠時其鎮痛作用將明顯降低或消失，這一系列的研究首次揭示了針刺的鎮痛作用是由穴位局部腺苷的釋放和腺苷A1受體的激活介導的[31]。為了進一步證明腺苷及其A1受體是否在人身上也發揮相同作用，Takano等對健康人的足三里穴進行針刺，同樣也發現針刺可以觸發腺苷的釋放，且腺苷含量在取針后30 min內仍然維持在較高水平，該現象與前面的動物實驗一致[32]，更表明了腺苷信號及其通路在針刺介導的傷害感受中的重要性。Huang等從肥大細胞的角度進一步解釋了針刺刺激腺苷濃度在穴位增加的具體途徑[33]，研究發現針刺鎮痛過程中穴位局部腺苷濃度的增加受肥大細胞活化的調節，當肥大細胞的激活被抑制時，針刺則不再引起穴位局部腺苷濃度的增加。

針刺鎮痛的中樞機制也與腺苷及腺苷A1受體有關。韓晶等發現佐劑性關節炎模型大鼠中腺苷A1受體在下丘腦和脊髓表達量減少，電針刺激可以促使A1受體的表達增多從而達到鎮痛的作用[34]。Liao等發現在炎性疼痛模型小鼠中，電針可以促使背根神經節(DAR)和脊髓背角(SCDH)處腺苷和腺苷A1受體的釋放，通過瞬時受體電位香草樣1型(TRPV1)途徑來減輕小鼠的炎性疼痛，這也說明了在中樞神經系統中腺苷和腺苷A1受體介導了針刺鎮痛的作用[35]。張明曉等發現在神經性疼痛模型大鼠鞘內注射A1受體拮抗劑可逆轉電針的抗傷害感受作用，且電針抑制了脊髓背角中星形膠質細胞的激活，說明了大鼠脊髓中的腺苷A1受體有助于電針抑制脊髓背角中星形膠質細胞的激活以及促炎性細胞因子(TNF-α)的上調來發揮鎮痛作用[36]。趙亭等在腺苷A1受體敲除的基因小鼠的急性疼痛模型中，證明了腺苷A1受體參與針刺鎮痛，且在其中發揮重要作用，并且咖啡因可以拮抗腺苷及腺苷A1受體的作用,從而減弱了針刺鎮痛[37]。Ren等在神經病理性疼痛模型中，發現電針信號降低了P2X3受體的表達，并激活了腺苷A1受體，其鎮痛作用有可能是通過同時調節腺苷A1受體和P2X3受體的表達誘導的，說明了針刺的鎮痛作用可能涉及腺苷信號通路和其他的嘌呤信號通路[38]。

3.2 腺苷及腺苷A2、A3受體參與針刺鎮痛

在針刺鎮痛中隨著對腺苷A1受體的深入研究，腺苷A2、A3受體的研究也逐漸引起關注，且人們發現了腺苷A2、A3受體也介導了針刺的鎮痛作用。Li等發現電針足三里和三陰交穴明顯降低了膠原誘導性關節炎大鼠的關節損傷和痛覺過敏,其主要機制是電針可升高腺苷水平,并伴隨腺苷A2a受體增加,抑制促炎性細胞因子TNF-α的釋放來發揮鎮痛作用，且電針的鎮痛作用能被腺苷A2a受體拮抗劑所阻斷，說明腺苷A2a受體介導了電針的鎮痛作用[39]。在炎癥性腸病(IBD)內臟疼痛模型小鼠中，侯騰飛等發現電針增加了結腸組織中的腺苷A1受體、腺苷A2a受體和腺苷A3受體的表達，同時減少了腺苷A2b受體的表達。使用腺苷A1、A2a或A3受體拮抗劑后，明顯抑制了電針的鎮痛作用，并抑制了結腸組織中的P物質(SP)和白介素1β(IL-1β)的表達，而使用腺苷A2b受體拮抗劑后，并沒有抑制電針的鎮痛作用，說明電針可以通過調節周圍腺苷A1、A2或A3受體來抑制炎癥因子SP和IL-1β的表達，從而抑制炎癥性腸病小鼠的內臟疼痛[40]。有研究發現針刺正常大鼠足三里穴可明顯延長甩尾潛伏期，增加大鼠對熱刺激的耐受性，而當在大鼠針刺前腹腔內注射腺苷A3受體激動劑或拮抗劑時，A3受體激動劑和拮抗劑則分別表現出增強和減弱該針刺效應的作用[41]。

以上研究說明了腺苷及其受體參與了手針和電針治療過程中的抗傷害作用。有研究表明在術后疼痛小鼠模型中，預先急性或慢性給與咖啡因(腺苷受體的拮抗劑)明顯抑制了電針和手針誘導的抗傷害感受作用和抗痛覺過敏作用。這也說明了不管是電針還是手針，腺苷及其受體都介導了其鎮痛的作用[42]。見表1。

表1 腺苷及其受體參與疼痛、針刺鎮痛的調控機制

4 結論

綜上所述，大量研究已經證實了腺苷及其受體在介導疼痛和針刺鎮痛方面均發揮了重要作用。但目前有關腺苷及其受體參與針刺鎮痛的研究多集中于外周通路機制方面，對于其如何介導中樞通路而發揮鎮痛效應的機制研究尚不明確；并且由于腺苷受體存在4個亞型且與腺苷親和力不同，腺苷在介導疼痛作用時是否先后與多個亞型受體結合從而發生級聯效應仍有待進一步深入探討。