基于血脑屏障多药耐药相关蛋白2(MRP2)的海洛因代谢组学研究

Heroin is most indiscriminately used and addictive morphine derivatives. It has a series of metabolites including 6-monoacetyl morphine, morphine, morphine-6-glucuronide and morphine-6-glucuronide. The transport process of heroin and its metabolites through blood brain-barrier(BBB) to central nervous system(CNS) has a close correlations with efflux proteins. Multidrug resistance-associated protein 2(MRP2) which located on brain capillary endothelial cell membrane could identify specific compounds and transport them through BBB. This effect could preserve a relative stable environment within CNS. As there is no systematic study upon the interactions between heroin metabolites and transporters on BBB, we intended to focus on this core issue of heroin metabolomics. Started with concentration-dependent effect of efflux proteins to heroin, we investigated the chemico-biological of heroin in CNS. Through systematic interpretation of heroin metabolomics in CNS, the definite evidence of correlations between heroin and its metabolites and MRP2 in BBB could be obtained. This project illustrated the molecular mechanism of heroin metabolomics in CNS, and it could provide reliable scientific evidence for heroin addiction and toxicity in forensic toxicological investigations.

海洛因(Heroin)是迄今为止滥用最多、依赖潜力最强的吗啡衍生物。海洛因及代谢产物O6-单乙酰吗啡、吗啡、吗啡-3-葡萄糖苷酸和吗啡-6-葡萄糖苷酸在中枢神经系统(CNS)的作用浓度与其毒性和成瘾性密切相关，而血脑屏障中多药耐药相关蛋白2(MRP2)可以识别海洛因代谢产物并调控其在CNS的浓度。因为海洛因及代谢产物与血脑屏障上MRP2的相关性目前还没有研究进行系统阐述，所以本项目紧紧围绕血脑屏障MRP2与海洛因代谢组学相关性这一核心问题，从“体外-体内”、从“外排现象-转运机制”和从“单个样本-代谢组学”三个方面进行代谢组学研究。希望获得MRP2影响下海洛因及代谢物在血脑屏障中主动转运的明确证据，阐明在中枢神经系统中海洛因代谢组学的化学生物学机制，为法医毒物分析研究中海洛因的毒性和成瘾作用机制提供科学依据。

项目的背景：血脑屏障转运蛋白一直是精神类药物进入中枢神经系统的关键因素，特别是多药耐药相关蛋白2(MRP2)是现在转运蛋白的研究热点。虽然关于海洛因代谢过程及产物的研究很多，但是其活性代谢产物是否与MRP2的转运相关进入血脑屏障，以此是否可以通过调节MRP2的活性来降低对海洛因在中枢系统的转运和降低其成瘾性是本项目关注的科学问题。..主要研究内容：主要分三方面进行研究，按照项目之前设定的技术路线图.(1) 首先建立MDCK-MRP2细胞转运模型和过表达膜囊转运模型，然后在单层细胞模型中分别加入已知MRP2的抑制剂和转运底物计算表观渗透系数和外排率研究海洛因的四种代谢产物的转运是否与MRP2相关，在膜囊转运模型中进行结果确证实验。.(2) 首先按照浓度梯度通过腹腔注射建立海洛因成瘾性大鼠和小鼠动物模型并进行旷场模型的成瘾性确证：①对动物各器官的海洛因代谢产物进行定量分析，并对动物每个器官的损伤进行分析；②在成瘾性动物模型中通过鞘内给予MRP2抑制剂和空白对照，研究脑脊液中海洛因代谢产物的含量变化，从而阐明在血脑屏障中海洛因代谢物与MRP2的相互作用；.(3) 分三个方面进行实验：①在降低海洛因毒性方面进行药物晶体研究，②进行成瘾性动物的肠道菌群研究，③进行成瘾性动物各器官的必需微量和大量元素分析。..重要结果：研究发现(1)海洛因主要活性代谢物吗啡和吗啡-6-单葡萄糖醛酸苷在体内模型和体外实验中可能是MRP2的底物，加入MRP2抑制剂后，两种代谢物的浓度的外排率明显降低，说明MRP2有可能外排吗啡和吗啡-6-单葡萄糖醛酸苷出血脑屏障，从而可能降低海洛因在中枢神经系统的代谢。(2)特定药物晶体特别是黄酮类成分在减低海洛因毒性方面有比较好的药理作用，肠道菌群在不同浓度的成瘾性模型中有特定的作用，几种特定的必需元素在成瘾性动物中也有含量的明显变化。..关键数据及其科学意义：血脑屏障中多药耐药相关蛋白对成瘾性药物的转运一直很少报道，本项目在体外和体内模型实验中证明转运蛋白可能可以外排成瘾性药物的代谢产物，从而降低特定精神类药物在中枢神经系统的成瘾性。其科学意义在于在成瘾性药物中，血脑屏障中转运蛋白可能对于降低成瘾性药物具有显著作用可以在一定程度作为控制滥用药物的依据。