激活蛋白‑1在疼痛机制中的研究进展

【综述】

疼痛被称为人体的第五大生命体征，是人体对组织损伤或潜在组织损伤的不愉快的主观感觉和情感体验，多由疾病因素导致，以神经病理性疼痛多见，此外还包括炎性疼痛、癌痛以及精神和心理性疼痛等，长期反复的疼痛不仅影响生理功能，而且会损害心理健康，影响患者的生活质量，导致严重的社会问题。疼痛的产生和传导是一个复杂的过程，不同类型疼痛的产生其传导机制有所不同，目前主要通过一些传统药物进行缓解。临床上常用的药物有非甾体抗炎药、阿片类药物、非阿片类中枢性镇痛药等，但这些药物易产生不同程度的副作用，安全和疗效方面的不足常致疼痛无法有效控制。因此，开展疼痛病因学的研究，明确其发病机制，寻找潜在的新型药物靶点，将对疼痛患者的干预和诊治产生重要的临床意义。

研究发现，激活蛋白‑1（activator protein‑1, AP‑1）可通过许多路径参与炎症、神经损伤等的致痛及增敏作用。AP‑1是由Jun、Fos、激活转录因子（activating transc[x]ription factor, ATF）和肌肉腱膜纤维肉瘤（musculoaponeurotic fibrosarcoma, MAF）蛋白家族组成的同源或异源二聚体，通过碱性亮氨酸拉链结构（basic leucine zipper，bZIP）与DNA结合，参与多种生长因子和细胞因子的基因转录，从而调控细胞增殖、分化、转化及凋亡等过程。多种细胞外物质可激活AP‑1，活化的AP‑1可参与炎症、肿瘤、免疫、疼痛等多器官、多系统疾病的发生发展。本文从AP‑1的组成和结构、功能、在不同类型疼痛调节中的机制、相关药物开发等方面出发，对AP‑1在疼痛机制中的研究现状和发展趋势进行综述，并为相关研究提供参考依据。

1 AP‑1的组成结构

AP‑1转录因子家族是一类序列特异性DNA结合蛋白，是由Jun（v‑Jun、c‑Jun、JunB和JunD）、Fos（v‑Fos、c‑Fos、FosB、FRA1、FRA2）、MAF（c‑MAF、MAFB、MAFA、MAFG/F/K）和ATF（ATF 2~7、ATF3/LRF1、B‑ATF、JDP1、JDP2）等bZIP结构蛋白组成的异源或同源二聚体。其中研究多的是Jun和Fos家族，Jun家族可与Fos和ATF亚家族同源或异源二聚化，而Fos家族只能与Jun家族异源二聚化。Jun‑Jun和Jun‑Fos二聚体与启动子区域TPA反应元件［TPA response element, TRE，5'‑TGA（C/G）TCA‑3'］的七聚体共有序列优先结合，而Jun‑ATF二聚体或ATF同型二聚体优先结合到环磷酸腺苷反应原件（cAMP response element‑binding protein, CRE）的不同共有序列。Jun‑Fos异二聚体与DNA结合的亲和力更高，c‑Jun以DNA结合基序作为锚点，可以调节c‑fos基因表达。

2 AP‑1的功能

AP‑1在转录过程中充当了控制器的角色，在感染、氧化应激等因素的作用下，可以活化并激活目标基因以调节多种细胞信号通路，调控转录以控制诸如细胞的分化、迁移、增殖和凋亡等，从而参与炎症、肿瘤、疼痛一系列病理过程。研究发现，促炎因子激活AP‑1、NF‑κB和活化T细胞核因子（nuclear factor of activated T cells, NFAT），形成三元复合物调节IL‑2、IL‑4等炎症因子表达参与炎症过程。活化的AP‑1可调节基质金属蛋白酶（matrix me[x]talloprotein, MMP）‑9转录，在肿瘤定向转移中发挥重要作用。AP‑1家族中c‑Jun、JunB和Fra‑1则能促进胚胎发育。同时，AP‑1在各种因素导致的疼痛（如神经病理性疼痛及炎性疼痛）过程中均表达升高，说明AP‑1参与了疼痛的调控。但是AP‑1具有细胞特异性，作用机制复杂，不同家族成员之间存在交叉或者拮抗作用，导致了其存在致病和抑病双重作用。

3 AP‑1在不同类型疼痛机制中的研究

3.1 AP‑1与炎性疼痛

椎间盘疾病引起的腰背痛和坐骨神经痛与炎症反应有关，细胞因子作为椎间盘炎症的调节因子，在突出和退变的腰椎间盘（intervertebral disc, IVD）组织中表达升高。转录因子c‑Fos/AP‑1可通过丝裂原活化蛋白激酶（mitogen‑activated protein kinase, MAPK）通路调控炎症细胞因子（如IL‑1β、MMP3、MMP13）的表达，参与IVD的退变，进而引起椎间盘退变相关疼痛。AP‑1还可间接上调血小板反应蛋白解整合素金属肽酶5（ADAMTS‑5），c‑Fos下调Ⅱ型胶原表达，促进分解代谢因子合成诱导IVD退变，引起疼痛。此外，IL‑17通过p38/c‑Fos和c‑Jun氨基末端激酶（c‑Jun N‑terminal kinases, JNK）/c‑Jun信号通路促进髓核细胞中环氧合酶2（cyclooxygenase2, COX2）的表达，上调前列腺素E2（prostaglandin, PGE2），从而介导IVD炎症，导致腰痛或坐骨神经痛。

在动物弗氏完全佐剂（complete Freund's adjuvant, CFA）炎性疼痛模型中，脊髓中磷酸化c‑Jun氨基末端激酶（phosphorylate JNK, p‑JNK）上调诱导AP‑1激活，p‑c‑Jun增加及AP‑1‑DNA结合活性增加，诱发炎性疼痛，而电针疗法可一定程度下调p‑JNK、p‑c‑Jun及AP‑1‑DNA结合水平，缓解周围炎症相关的机械性和热性痛觉过敏。此外，CFA导致的急慢性炎性疼痛中NF‑κB信号通路也可促进AP‑1的活化，上调AP‑1与DNA的结合活性，促进炎症因子的表达，导致痛觉过敏。进一步研究发现在大鼠炎性疼痛模型中，提取大鼠背根神经节组织，在表观遗传、转录和转录后调控水平上发现AP‑1通过甲基化‑转录‑转录后调节轴在炎性疼痛的调节中发挥核心作用。

辣椒素受体（transient receptor potential vanilloid 1, TRPV1），是一种非选择性阳离子通道，位于细胞膜和许多细胞器膜上，对Ca2+ 有高度选择性。基因靶向研究表明，TRPV1通道是痛觉和组织损伤引起的炎性热痛所必需的，在慢性疼痛中起着至关重要的作用。TRPV1配体辣椒素或树脂毒素以剂量依赖的方式强烈激活AP‑1。TRPV1通道介导Ca2+向细胞内流，将TRPV1激活产生的信号转导到细胞质，使细胞外信号调节激酶（extracellular regulated protein kinase, ERK）1/2快速磷酸化，通过激活ERK信号通路促进c‑Fos和c‑Jun的合成，激活AP‑1转录因子，产生炎性痛。AP‑1是炎性疼痛中一个重要环节，主要通过MAPK信号通路活化表达上调，活化的AP‑1促进炎症因子释放，介导炎性疼痛的发生、发展。

3.2 AP‑1与神经病理性疼痛

Liu等通过微阵列分析，筛选差异表达基因（differentially expressed genes, Degs），然后进行富集分析，发现神经病理性疼痛模型中AP‑1（c‑Jun）mRNA增加，推测AP‑1可能与神经病理性疼痛的发生有关，是神经病理性疼痛的中枢蛋白和关键基因。慢性压迫背根神经节（chronic compression of the dorsal root ganglion, CCD）大鼠模型中，通过微阵列分析确定Degs，对Degs进行基因本体富集分析、京都基因和基因组百科全书通路分析、全局信号转导网络分析，筛选出在神经疼痛发生发展过程中可能起关键作用的候选基因，并通过q‑PCR和Western blot实验再次验证了CCD大鼠模型中Jun蛋白水平明显升高。

在选择性神经损伤（spared nerve injury, SNI）模型中，星形胶质细胞中肿瘤坏死因子受体相关因子6（TNF receptor‑associated factor 6, TRAF6）/JNK通路的激活能促进c‑Jun与其启动子的结合，增加趋化因子（C‑C基序）配体2和微RNA（miR‑146a‑5p）的表达。增加的趋化因子（C‑C基序）配体2从星形胶质细胞中释放出来，作用于神经元上的趋化因子（C‑C基序）受体，以增加突触传递，增强神经性疼痛；增加的miR‑146a‑5p作为一个负反馈调节物，使TRAF6/JNK通路不会被过度激活，调节神经病理性疼痛。输入蛋白（Importin）是核质转运的关键调节因子，在SNI模型中Importin a3基因敲除小鼠表现出对机械痛敏感性的减弱，说明Importin a3可以控制小鼠外周感觉神经元的疼痛反应。在神经损伤小鼠的背根神经节（dorsal root ganglion, DRG）中发现AP‑1异常表达，且DRG中c‑Fos主要集中在细胞核，而敲除Importin a3基因的小鼠神经元中很少甚至没有c‑Fos核积聚，说明在感觉神经元中，Importin a3可促进c‑Fos的核聚集。c‑Fos和c‑Jun基因敲除和AP‑1抑制剂T‑5224均使小鼠对疼痛敏感性降低，说明AP‑1在神经损伤性疼痛中有重要作用。在SNI模型中，Importin a3基因表达促进c‑Fos的核聚集，c‑Fos或c‑Jun基因表达可对神经病理性疼痛产生影响，抑制AP‑1通路减轻SNI模型中的神经病理性疼痛，提示Importin a3、AP‑1具有作为止痛药物靶点的潜力。

3.3 AP‑1与子宫内膜异位症疼痛

体外实验发现在子宫内膜异位症基质细胞中，p‑JNK、c‑Jun、c‑Fos表达水平增高并促使促炎细胞因子产生，一种胆汁酸受体（takeda G‑protein‑coupled receptor 5, TGR5）能够抑制p‑JNK和AP‑1的活化，减少炎症和氧化应激。研究发现，子宫内膜异位症大鼠模型内异位病灶和DRG组织中内源性ATP浓度和P2X配体门控离子通道3（purinergic receptor, P2X3）表达水平均升高，且与痛觉过敏程度呈正相关。激活ATF3/AP‑1途径上调DRG组织中P2X3的表达，可以导致子宫内膜异位症相关的痛觉过敏。在DRG组织中，ATP和ADP以剂量或时间依赖的方式诱导ATF3、Fos、Jun和P2X3的表达，ADP可以上调在细胞核表达的ATF3和AP⁃1。沉默ATF3基因或使用c‑Jun氨基末端激酶抑制剂（SP600125）可抑制ADP诱导的P2X3表达上调。AP‑1在ADP诱导P2X3表达上调产生疼痛的过程中起着重要作用。

4 AP‑1在疼痛治疗中的研究

随着AP‑1在疼痛机制研究中的深入，AP‑1作为靶点的相关药物研究也越来越多，AP‑1高选择性阻滞剂或许是未来治疗疼痛的新方向。

4.1 SP600125

SP600125是JNK抑制剂，可特异性阻断JNK细胞转导通路,抑制AP‑1的表达及AP‑1与DNA的结合活性，从而抑制ADP诱导的P2X3表达上调。在体内外实验中，壳寡糖硬脂酸/脂质体/SP600125递送系统较单独的SP600125有更好的水溶性，能有效地富集于病变组织，减轻经ATF3/AP‑1通路促使的P2X3上调导致的痛觉过敏。

4.2 T‑5224

T‑5224是基于AP‑1/DNA复合物的晶体结构使用3D药效团建模设计的一种药物，能抑制c‑Fos/c‑Jun异二聚体活性，抑制AP‑1调控转录的功能。T‑5224治疗可抑制椎间盘退变模型大鼠DRG中强啡肽原（prodynorphin, Pdyn）的表达，减轻椎间盘退变模型大鼠尾部热刺激引起的痛敏反应。而Pdyn与超敏反应的发展和维持以及MAPK/c‑Fos通路有关，提示T‑5224可能通过MAPK/c‑Fos信号降低Pdyn表达发挥抗痛敏作用。

4.3 血清人神经肽（Spexin）

Spexin是一种新型生物活性肽类激素，是甘丙素受体（galanin receptor, Galr）2型（Galr2）和3型（Galr3）的天然配体，可以激活Galr2/3。Spexin mRNA和蛋白在人类中枢神经系统和外周广泛分布，在啮齿动物的脑干、三叉神经节和大脑皮质中也可检测到Spexin样免疫反应，在调节伤害性行为中起重要作用。小鼠福尔马林扭体实验和醋酸扭体实验中，Spexin具有抗伤害作用。在福尔马林实验中，静脉注射Spexin刺激Galr3和腺苷酸环化酶4（Adcy4）基因表达，然后通过Fos激活内源性强啡肽/κ‑阿片受体系统，诱导内源性阿片肽、强啡肽释放，从而产生抗炎性疼痛的抗伤害性效应。醋酸扭体实验中，中枢Spexin上调Galr2和腺苷酸环化酶1（Adcy1） mRNA，然后通过Fos激活阿片黑皮质素原/μ‑阿片受体，产生对内脏痛的抗伤害效应。Spexin通过Fos激活减轻疼痛，与其他研究中Fos促进疼痛发展相矛盾，其具体减轻疼痛的机制有待进一步研究。

4.4 其他相关药物

SNI模型中，强心剂舒马唑和抗生素磺胺咪唑可产生与Importin a3基因缺失相似的效应，减少SNI模型神经元中c‑Fos的核积聚，在SNI的早期和晚期呈时间和剂量依赖性地缓解疼痛，有效地改善SNI动物对伤害性机械刺激的反应，减轻SNI模型中的神经病理性疼痛。左旋延胡索碱通过抑制巨噬细胞和施万细胞中AP‑1表达，降低慢性挤压神经损伤大鼠