好文推荐 | 偏头痛发病机制及生物标志物研究进展

摘要

偏头痛是一种具有多种亚表型的异质性疾病，其诊断主要基于临床标准，缺乏特异性的生物标志物进行客观评估，影响了偏头痛的精确诊断、治疗选择以及预后评估。近年来偏头痛在遗传、生化、影像等方面研究取得重大进展，为临床诊断及治疗偏头痛提供了客观的检测指标。如能在临床工作中选择特异性、敏感性、易检测、可行性高的标志物将推动偏头痛早期诊断、精准化治疗的步伐。

偏头痛的发病机制尚不完全明确，越来越多的研究发现神经元-神经胶质细胞-血管交互作用的炎性病理生理过程参与其中，并且从血液、脑脊液、唾液、影像检查中均发现了有意义的标志物，这些标志物成为偏头痛诊疗的潜在靶点。本文从神经元、神经胶质细胞、血管、炎症方面对偏头痛生物标志物的研究进展及其在临床检测的研究现状进行汇总。

1 偏头痛神经元相关标志物

多种神经肽类物质，如降钙素基因相关肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）、垂体腺苷酸环化酶激活肽（pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide，PACAP）、神经激肽A、神经生长因子、β-内啡肽、P物质、神经元特异性烯醇化酶等与神经元参与三叉神经血管系统激活有关。其中，CGRP和PACAP是目前关注度较高的指标，有望在临床中推行，下面主要就CGRP和PACAP的研究进行汇总。

1.1  CGRP与偏头痛

CGRP分布于中枢神经系统（CNS）和周围神经系统（PNS）。在大脑皮质、海马、小脑、丘脑、下丘脑、脑干等部位的神经元中均有表达；在PNS中，CGRP由三叉神经节和三叉神经的C型感觉纤维产生和释放。CGRP通过其受体（CGRPR）发挥生物学效应，受体主要成分是跨膜Gαs偶联降钙素受体样受体（CRLR）和受体活性修饰蛋白1（RAMP1）。在偏头痛发作时，三叉神经节中激活的初级感觉神经元会从位于脑膜内的外周突触神经末梢释放CGRP，被释放的CGRP与位于脑膜血管周围CGRP受体结合并激活这些受体，引起血管舒张、肥大细胞脱颗粒和血浆外渗，导致偏头痛发作。目前众多研究靶向阻断CGRP及其受体预防偏头痛发作及缓解发作时症状，已开发了多种药物，其中小分子CGRP受体拮抗剂主要用于治疗急性偏头痛，而CGRP/CGRPR单克隆抗体主要用于预防偏头痛发作。充足的研究证据表明，靶向CGRP/CGRPR的偏头痛预防疗法（包括单克隆抗体和小分子CGRP受体拮抗剂）的有效性、耐受性和安全性优于其他一线预防性疗法，且有广泛“真实世界”临床经验作证实。基于此，美国头痛协会对偏头痛预防治疗建议进行了迭代更新，并于2024年4月在HEADACHE杂志上发表了最新共识声明：CGRP靶向疗法应作为预防偏头痛的一线疗法，且无需等待其他一线疗法失败后才开始启动。目前，全球已批准8种针对CGRP/CGRPR的偏头痛药物上市，包括4种CGRP/CGRPR单抗以及4种小分子CGRP受体拮抗剂。小分子CGRP受体拮抗剂对CGRP受体表现出极高的亲和力，可阻止CGRP与其受体结合，并对抗CGRP的神经血管效应，从而终止偏头痛发作。小分子相比于单克隆抗体起效更快，可用于偏头痛的急性治疗。在8种药物中，瑞美吉泮是全球首个且唯一一个在欧洲和美国获批偏头痛急性期治疗和预防性治疗双重适应证的药物，也是首个在亚洲人群中观察小分子CGRP受体拮抗剂对偏头痛急性期治疗的临床研究，目前我国已经获批上市。

如何检测患者CGRP水平是临床医生更加关注的问题。Raffaelli等在性激素对CGRP释放的影响研究中发现，偏头痛女性在月经期，血浆和泪液中的CGRP浓度均显著升高，而使用复方口服避孕药或绝经后，血浆和泪液中的CGRP浓度与无偏头痛的女性相似，表明不同的性激素状态可能影响偏头痛患者CGRP释放。该研究首次证实泪液中的CGRP浓度与偏头痛发作有关，且与血浆中的CGRP浓度一致，为偏头痛的诊断和治疗提供了一种新的、无创的生物标志物依据。目前CGRP被认为是偏头痛可靠的生物学标志物，但其降解较快，检测CGRP常用的酶联免疫吸附法虽然具有较好的灵敏度和重复性，但存在操作复杂、需要专业人员检测、耗时长等瓶颈，无法满足CGRP超低浓度、迅速降解的小分子多肽的临床检测需求，故导致其在临床应用受限。近日，解放军总医院神经内科于生元等在国际著名期刊SMARTMAT杂志发表论文，使用结合“荧光标记法”“竞争免疫吸附法”以及“光子晶体纳米材料”，研发了光子晶体纳米生物芯片。该芯片能够实现在室温条件下使用微量唾液（<30 μl）在10 min内快速检测CGRP，灵敏度高，可达0.05 pg/ml，且操作简便，非专业人员即可进行。该芯片提供了一种快速、灵敏、无创、精准检测CGRP的新方法，有望尽快在临床普及。

1.2  PACAP与偏头痛

应用抗CGRP/CGRPR抗体是几十年来偏头痛治疗中最重要的进展，然而约40%的偏头痛患者对这些新药没有反应，有研究认为可能与PACAP有关。PACAP是被确定的第2种与偏头痛有关的内源性神经肽，以两种生物活性形式存在：38个氨基酸形式（PACAP38）和截短的27个氨基酸形式（PACAP27）。在哺乳动物中，最普遍的形式是PACAP38，且已被确定为偏头痛发病的关键介质。PACAP具有血管舒张、神经保护、伤害感受等作用，在三叉神经血管系统和处理疼痛的脑区域中高表达。PACAP信号通路独立于CGRP通路，其生理作用是通过与不同的G蛋白偶联受体结合介导，包括PACP1型受体（PACAP1R）、血管活性肠肽受体1（PACAP1）、血管活性肠肽受体2（VIPR2）受体，其中PACAP1R的作用最为关键。靶向PACAP-38和PACAP1R被认为是CGRP阻断药物无反应患者预防偏头痛的新兴治疗策略，已开始的临床前研究发现，针对PACAP38的人源单克隆抗体Lu AG09222，对于偏头痛患者每月偏头痛天数有效。

越来越多证据表明PACAP在偏头痛病理生理学及治疗中的重要性，因此寻找检测PACAP的合适方法迫在眉睫。研究者用夹心ELISA测定法，能够检测和准确定量组织提取物和人血浆中的 PACAP，且与其他肽类不发生任何交叉反应，有望在临床上应用。

2 偏头痛神经胶质细胞相关标志物

近几年研究发现神经胶质细胞在偏头痛发作不同阶段都发挥了不同作用。星形胶质细胞和小胶质细胞参与皮质扩散性抑制（cortical spreading depression，CSD）的启动和传播，而CSD与偏头痛先兆相关。多次CSD可引起小胶质细胞被激活，刺激强度也可能是导致小胶质细胞活化的一个因素。这与临床观察一致，即严重头痛和发作频率高的患者更容易发展为慢性偏头痛。影像学检查结果也进一步证实了CSD偏头痛动物模型和先兆偏头痛患者中存在小胶质细胞活化。神经胶质细胞已成为偏头痛发病机制和偏头痛慢性化的关键参与者，未来的治疗策略可能以此为靶点进行研究，下面列举几种胶质细胞方面的标志物研究情况。

2.1  小胶质细胞偏头痛标志物

小胶质细胞通过表面Toll样受体（TLR）参与偏头痛发病机制中。TLR是一种跨膜单体蛋白，通常在CNS的免疫细胞和神经胶质细胞中表达，其中TLR2、TLR3和TLR4与偏头痛有关。慢性偏头痛模型发现小胶质细胞对细胞外刺激的反应导致表面嘌呤受体P2X4、P2X7、P2Y12的激活，这些受体通过BDNF/TrkB、NLRP3/IL-1β和RhoA/ROCK信号通路等细胞内级联介导转导并通过增加附近神经元的兴奋性释放炎症介质和细胞因子，诱导疼痛。研究发现P2X7R介导的自噬反应缺陷促进了小胶质细胞活化和炎症反应，从而促进了粒细胞的中枢敏化，导致偏头痛的慢性进展；BDNF可能是慢性偏头痛神经元与小胶质细胞之间信息交换的重要介质；RhoA/ROCK信号通路参与调节慢性偏头痛的中枢敏化。小胶质细胞源性的细胞因子，如IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α，参与偏头痛的启动和维持。目前，人们认为中枢敏化是慢性偏头痛的主要原因之一，在慢性偏头痛中，三叉神经脊束核尾侧小胶质细胞的激活是中枢敏化的重要原因，并且在偏头痛慢性进展、反复发作中起着至关重要的作用，因此，小胶质细胞可能是治疗慢性头痛的潜在靶点。抑制小胶质细胞受体和通路的表达或功能可抑制三叉神经尾侧核神经元的异常兴奋性和颅内外痛觉过敏，从而有效抑制慢性偏头痛的中枢致敏性。慢性偏头痛期间小胶质细胞的相互作用以及小胶质细胞对特殊类型偏头痛发病机制的作用仍然未知，目前小胶质细胞激活以及中枢敏化的发生机制是研究的重点和热点，临床医生更加关注如何在偏头痛患者中检测激活的小胶质细胞相关受体及标志物。目前MRI和正电子发射计算机断层扫描等通过扫描脑部的变化来评估胶质细胞的活化程度已在研究中，如何精准判读结果，需要影像科医生与神经科医生共同协作来完成。

2.2  星形胶质细胞及少突胶质细胞偏头痛标志物

中枢神经系统中星形胶质细胞及少突胶质细胞含有S100β蛋白。较多研究发现其与偏头痛发作相关，该蛋白在生理浓度范围内有神经营养，促进神经细胞增殖及分化等作用。胶质细胞受损或激活时浓度突然升高，高浓度的S100β蛋白可刺激致炎细胞因子表达，导致三叉神经初级感觉神经元外周致敏，炎症性疼痛的产生和维持。Yilmaz等发现偏头痛患者发作期与发作间期血清S100β水平均有明显升高，说明其参与偏头痛发病机制，也从侧面提示偏头痛患者可能存在血脑屏障的破坏。目前临床上通过检测S100β对脑损伤早期病情、治疗及预后进行评估，其水平与疾病的严重程度呈正相关，含量越高，往往提示疾病严重程度越重、预后不良。S100β虽检测容易，但对于偏头痛不具有特异性，需参考其他指标进行综合评定。

3 血管偏头痛标志物

众多血管标志物中内皮素（endothelin，ET）最受关注。ET是迄今所知作用最强且最持久的缩血管物质，ET有3种不同的异构体ET-1、ET-2及ET-3，其中ET-1是内皮素家族中的主要成员，比其他内皮素更具有活性，主要通过与内皮素A受体（ET-A）和B受体（ET-B）相结合发挥作用。动物实验发现选择性阻断三叉神经节中的内皮素受体能完全阻止CGRP诱导的眶周机械性异常性疼痛和光敏感性的发生。尽管有大量研究表明内皮激活物在偏头痛患者中存在量的异常，但其对于偏头痛诊断的特异性及敏感性均不高，且ET-1在血浆中的半衰期很短（<5 min），将其作为偏头痛生物标志物的潜能较低。

4 炎性因子相关偏头痛标志物

一些研究发现，多种炎症因子如高敏C反应蛋白、TNF-α、IL-1β、IL-6、脂联素、瘦素等参与偏头痛的病理生理过程。其中，大部分炎性因子为多种疾病共有，不具有特异性。近期有学者认为脂联素似乎是其中比较有前途的偏头痛标志物。脂联素是一种由脂肪细胞分泌的激素，可调节人体能量代谢、炎症反应和血管生成等。脂联素水平与肥胖、糖尿病、心血管疾病等代谢性疾病密切相关。一项纳米姜黄素治疗偏头痛的临床观察发现，纳米姜黄素可上调脂联素mRNA并升高其血清水平，显著降低头痛频率、严重程度和持续时间，被视为治疗偏头痛和改善临床症状的一种有希望的方法。脂联素检测方法简单，直接检测静脉血或者测量尿液中的脂联素水平间接推算全身脂联素水平。但如何在偏头痛与众多疾病共病时，鉴别出脂联素与偏头痛的关系是需要思考的问题。

5 小  结

生物标志物研究的飞速进展为临床医生理解偏头痛病理生理学奠定了基础，同时促进了偏头痛的诊断、药物的研发、靶向药物的精准应用及治疗效果的评价。尽管标志物的研究已经取得重大突破，但也只是处于初始阶段，从实验室到临床应用仍然有一段距离，探索特异性好、敏感性高、操作简单、价格低廉的临床标志物，将对患者的精准治疗和评估提供重要帮助。

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