王星，楊峻嶺，樊秀娟，郝在軍

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯市中心醫(yī)院 麻醉科，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

疼痛是一種由組織損傷產(chǎn)生的令人不愉快的感覺和情緒體驗[1-2]。藥物治療疼痛，存在長期服藥、療效有限及副作用大等問題[3]。研究表明，疼痛是遺傳和環(huán)境因素相互作用的結(jié)果，疼痛反應(yīng)具有遺傳學(xué)特征和復(fù)雜性[4-5]。疼痛敏感性增加和慢性疼痛患病率下降由部分基因調(diào)控[6-8]。其中，四氫生物蝶呤（tetrahydrobiopterin, BH4）合成中起關(guān)鍵酶作用的GTP環(huán)氫化酶1（GTP Cyclohydrolase 1,GCH1）基因在疼痛進程中發(fā)揮重要作用[9-10]。本文對GCH1基因及BH4與疼痛的關(guān)系進行綜述。

1 疼痛發(fā)病機制

疼痛是由痛覺感受器、神經(jīng)纖維及痛覺中樞共同參與的防御性機制。當(dāng)機體受到疼痛刺激或受到傷害時，局部組織會直接釋放一些物質(zhì)（如組胺、緩激肽及鉀離子等物質(zhì)），使疼痛閾值下降。疼痛進一步經(jīng)分布在皮膚、關(guān)節(jié)、內(nèi)臟、神經(jīng)及肌肉等的感受器通過神經(jīng)纖維傳導(dǎo)（主要是Aδ纖維和C纖維）至疼痛中樞，產(chǎn)生痛覺[11-12]。疼痛感覺敏感區(qū)主要集中在突出后膜、樹突及樹突棘等神經(jīng)元細(xì)胞中，神經(jīng)元細(xì)胞通過離子通道（主要是鈣離子通道）調(diào)節(jié)疼痛和疼痛感知。當(dāng)鈣離子內(nèi)流時，引起一氧化氮合酶（nitric oxide synthase, NOS）數(shù)量增加，從而使一氧化氮NO數(shù)量隨之增加，介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡[13]。炎性疼痛或損傷性疼痛時，疼痛經(jīng)感受器傳入神經(jīng)傳導(dǎo)，使機體神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生谷氨酸。谷氨酸可激活相關(guān)受體，使鈉離子的通透性增加，鈉離子內(nèi)流發(fā)生細(xì)胞的除極化；除極化達到一定水平，又會增加鈣離子的內(nèi)流。當(dāng)機體受到直接損傷時，會直接釋放鈣離子[14-15]。

2 BH4及GCH1基因概述

2.1 BH4

BH4屬于吡啉嘧啶和吡嗪環(huán)組成的一類低分子量（241.25 Da）的非蛋白質(zhì)有機化合物。BH4是芳香氨基酸羥基酶、苯丙氨酸羥化酶、烷基甘油單氧合酶、酪氨酸羥化酶及色氨酸羥化酶的重要輔助因子，還是多種NOS的活性維持劑。因此，苯丙氨酸代謝和5-羥色胺、多巴胺、腎上腺素、去甲腎上腺素及NO的合成都需要BH4[16-17]。此外，BH4的活化或抑制與疼痛、抑郁、焦慮及神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)[18]。相關(guān)研究證實，BH4可通過將血紅素氧中間體耦合到L-精氨酸氧化，從而調(diào)節(jié)NO的生成含量[19]。當(dāng)BH4含量下降時，通過對NOS的解偶聯(lián)作用，調(diào)節(jié)氧化物的生成。人體在發(fā)生血管疾病時，BH4的生物利用度因氧化受損而下降，合成和回收減少[20]。

2.2 GCH1基因

GCH1基因是BH4合成中的關(guān)鍵酶。體內(nèi)BH4含量是動態(tài)平衡的，這主要歸功于合成BH4的3個合成途徑，即從頭合成途徑、循環(huán)途徑及補救途徑。從頭合成途徑即為GCH1將GTP轉(zhuǎn)化為7，8-二氫蝶呤三磷酸，再通過6-丙酮酰四氫生物蝶呤合成酶（6-pyruvyl tetrahydrogenated biopterin synthase, PTS）和Sepiapterin還原酶（sepiapterin reductase, SPR）催化合成BH4。基礎(chǔ)條件情況下，合成路徑的神經(jīng)元活性較低，BH4主要是通過循環(huán)途徑和補救途徑產(chǎn)生[21]。循環(huán)途徑即是當(dāng)機體SPR缺乏時候，GCH1將GTP轉(zhuǎn)化為7，8-二氫蝶呤三磷酸，再通過PTS在醛糖還原酶和羰基還原酶催化反應(yīng)下形成BH2，然后通過二氫葉酸還原酶將其轉(zhuǎn)化為BH4。補救途徑即是指醌類-二氫生物喋呤在醌類-二氫生物蝶呤還原酶的作用下，最終將其轉(zhuǎn)化為BH4。同時，BH4作為羥化酶輔助因子參與氨基酸的羥基化時，BH4主要作為電子供體，產(chǎn)生4α-羥基-四氫生物蝶呤的反應(yīng)。然后通過蝶呤-4α-甲醇胺脫水酶1將該化合物轉(zhuǎn)化為醌類二氫生物蝶呤。此外，BH4作為NOS的輔助因子，其具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和氧化還原功能，即當(dāng)與NOS結(jié)合時，BH4促進NOS二聚化和穩(wěn)定化，并形成一個電子的瞬態(tài)轉(zhuǎn)移質(zhì)子三氫生物蝶呤自由基陽離子。

當(dāng)機體受到損傷或炎癥侵害時，受GCH1基因編碼的GCH1數(shù)量在神經(jīng)元中上調(diào)，隨后GCH1蛋白和BH4的合成也上調(diào)[22]。體外細(xì)胞實驗顯示，不同細(xì)胞培養(yǎng)條件下，使用促炎癥因子，脂多糖等因子作用于細(xì)胞可使GCH1基因上調(diào)；實驗中發(fā)現(xiàn)一種GCH1單倍體，這種單倍體可有效降低人對疼痛的敏感性，使痛覺下降[23]。這可能是因為GCH1單倍體使GCH1轉(zhuǎn)錄減少，從而使GCH1數(shù)量降低BH4合成減少[24]。雖然該實驗證實GCH1與疼痛呈正相關(guān)，但其他研究者卻未能復(fù)制此實驗[23]。這樣的結(jié)果可能是由多種因素導(dǎo)致，因為疼痛的多因素性，也可能是由于實驗所研究的疼痛類型不同所導(dǎo)致。GCH1對疼痛的保護作用：神經(jīng)痛＞炎性疼痛＞急性損傷性疼痛[25]。GCH1基因不僅可影響疼痛，而且與帕金森綜合征的發(fā)病率相關(guān)[26]。GCH1還可通過GTP環(huán)水解酶I（GTP cyclolytic enzyme I,GTPCH1）基因過表達或藥物補充增加內(nèi)皮細(xì)胞BH4水平，恢復(fù)動脈粥樣硬化等血管疾病狀態(tài)下，內(nèi)皮NOS功能，降低動脈粥樣硬化斑塊進展[27]。

3 GCH1基因及BH4在疼痛中的作用

研究BH4相關(guān)作用發(fā)現(xiàn)，阻斷各種合成BH4所必須的酶可起到一定的鎮(zhèn)痛作用[28]。KIM等[29]在前瞻性研究中證明，GCH1基因單倍體具有降低疼痛的作用。其可能的機制為GCH1單倍體的非編碼多態(tài)性與GTPCH1編碼的非編碼多態(tài)性之間有相關(guān)性，這導(dǎo)致細(xì)胞系統(tǒng)中BH4的合成減少，并使實驗對象對實驗性和臨床性疼痛的感知以及對熱和缺血性疼痛敏感性降低[29-30]。GCH1單倍體與腰痛患者術(shù)后疼痛減輕存在相關(guān)性。同樣在動物身上進行的實驗也證實，GCH1與神經(jīng)性疼痛的密切聯(lián)系[31]。感覺神經(jīng)特異性敲除GCH1的小鼠與野生型小鼠相比，熱痛閾或辣椒素疼痛反應(yīng)無差異，但周圍神經(jīng)損傷后機械敏感性降低[15]。此外還觀察到，反義敲除GCH1對大鼠坐骨神經(jīng)的影響，可有效緩解大鼠神經(jīng)痛[32]。NASSER等[10]研究結(jié)果顯示，降低BH4濃度不足以改變持續(xù)的疼痛敏感性或引起的疼痛反應(yīng)。此外研究還發(fā)現(xiàn)，疼痛與13項生化指標(biāo)的高低變化無相關(guān)性，與左旋多巴增多也無相關(guān)性[10]。疼痛可受年齡和性別影響。女性對辣椒素和寒冷疼痛的敏感性比男性更為強烈，且敏感性隨著年齡的增加而降低[33]。在傷口愈合過程中，GCH1的表達增加，可能是由于傷口部位的炎癥細(xì)胞因子增加導(dǎo)致[34]。

對于BH4的合成抑制治療疼痛癥臨床前實驗過程中，目前還沒有應(yīng)用于臨床實驗。一些基因?qū)е绿弁锤兄?，GCH1對疼痛調(diào)節(jié)的影響仍未完全了解。通過阻斷GCH1基因，降低GCH1酶可以減輕疼痛，但應(yīng)該注意GCH1對血管性疾病的不良作用。因此在今后用于臨床時要求制劑發(fā)揮局部作用，防治對其他器官的損傷[35]。

4 總結(jié)與展望

疼痛是一種多因素導(dǎo)致的疾病，現(xiàn)在公認(rèn)的疼痛基因主要有GCH1、SCN10A、IL6及COMT等[36]。這些因素通過相關(guān)機制對疼痛起正性或負(fù)性的調(diào)節(jié)作用，但是其產(chǎn)生疼痛的相關(guān)機制還不完全明確。研究和了解慢性疼痛和疼痛敏感的相關(guān)調(diào)節(jié)基因及其基因變異，不僅可解慢性疼痛發(fā)展的危險因素，而且有助于提出更為個性化的疼痛治療方案和為新的鎮(zhèn)痛藥研發(fā)提供新靶點。通過以上論述筆者認(rèn)為，研究GCH1基因以及其相應(yīng)機制很有潛力，進一步研究是有根據(jù)的闡明這種遺傳變異的確切作用及其臨床意義。通過一些臨床前的研究及動物實驗證實，BH4抑制GCH1基因表達對大鼠有鎮(zhèn)痛作用。下一步研究可能要以GCH1基因及其所介導(dǎo)的酶抑制作為方向，開發(fā)新的更有靶向性的鎮(zhèn)痛藥物，這對慢性疼痛及神經(jīng)性疼痛未來的治療非常有意義。同時了解BH4通路在病理性疼痛中的機制也有重要意義。未來的研究應(yīng)該以探索BH4及GCH1基因在周圍神經(jīng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的確切作用為目標(biāo)。