基于微透析和代谢组学研究高乌甲素镇痛的神经化学机制

There are many disadvantages in the commonly used opioid analgesics, such as addiction, drug tolerance and so on. As a potent analgesic drug, lappaconitine is extracted from the root of ranunculaceae aconitum sinomontanum. The analgesic mechanism of lappaconitine does not rely on opioid receptors. Previous studies indicated that the lappaconitine element in the analgesic effect of the central nervous system may by P2X receptors in periaqueductal gray. In periaqueductal gray, the P2X receptor can modulate the excitability of glutamatergic neurons which have an important effect on analgesia. Therefore, it is suggested that the ATP-P2X receptor-Glu pathway may play an important role in this process. However, the neurochemical mechanism remains unclear. Whether related neurotransmitters such as ATP, Glu and GABA have changed remains in doubt. This project intends to adopt microdialysis, metabonomics, immunohistochemistry and behavioral technique to explore the neurochemical mechanisms in the midbrain periaqueductal gray in the process of lappaconitine analgesia. It is expected to make progress on the analgesic mechanism of central nervous system, and thus support the scientific drug usage, promotion and new drug development.

临床常用的阿片类镇痛药物存在诸多弊端，例如成瘾性和药物耐受性等。高乌甲素是从毛茛科植物高乌头根中提取的一种强效镇痛药物，其镇痛机制不依赖于阿片受体。申请人所在实验室研究发现，高乌甲素在中枢神经系统的镇痛作用可能是通过中脑导水管周围灰质的P2X受体。在该脑区，P2X受体可以调控谷氨酸能神经元的兴奋性。因此，申请人认为ATP通过P2X受体对Glu的调控可能在高乌甲素镇痛过程中起决定性的作用。然而，其神经化学机制仍不清楚，相关神经递质如ATP、Glu、GABA等在脑组织中的浓度如何改变仍需进一步的研究。本项目拟采用微透析、代谢组学、免疫组化、行为学等技术结合，探讨在中脑导水管周围灰质参与高乌甲素镇痛的神经化学机制，以期在中枢神经系统的镇痛机制上取得新的进展，进而为高乌甲素科学用药、推广以及新的药物开发提供有力的支撑。

传统中药材及其主要化学成分在临床广泛应用，但是机制多不明确。神经化学分析可以从小分子代谢物的角度出发研究药物作用机制，本项目围绕氨基酸、胆碱、核酸代谢物等，探讨典型药用植物化学成分高乌甲素（LA）镇痛的神经化学机制。1.采用LC-MS/MS对神经病理性疼痛模型组、高乌甲素给药组大鼠脑组织样本进行检测，分析两组脑组织中代谢物的差异，进而寻找高乌甲素作用下的潜在生物学改变标志物。代谢组学所测得的代谢物进行PCA主成分分析，进一步通过偏最小二乘法-判别分析法联合VIP得分图对代谢组进行聚类分析，筛选出两组中贡献显著的代谢产物。进一步查找生化代谢通路，发现内源性代谢物参与LA的镇痛过程，其机制可能涉及精氨酸循环、嘌呤代谢以及丝氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸代谢。2.采用LC-MS/MS技术、免疫蛋白印迹、行为学研究γ-氨基丁酸在LA镇痛中的改变。结果表明LA对坐骨神经慢性缩窄性损伤致神经病理性疼痛有镇痛作用，其机制可能与其上调GABA浓度，增加GAD65表达有关。3.建立LC-MS/MS方法，测定模型组和LA给药组大鼠不同脑区中D、L-丝氨酸含量的变化，观察LA的镇痛效应。结果表明，D-丝氨酸在高乌甲素的镇痛过程发生改变，其机制可能涉及椎管上水平NMDA受体的激活。4.建立LC-MS/MS方法，测定大鼠血浆精氨酸、谷氨酸代谢物含量的变化，结果表明，给予LA后血浆中精氨酸、胍基乙酸、高精氨酸、鸟氨酸、谷氨酰胺浓度发生改变，NDMA受体和精氨酸-NO系统可能参与到LA的镇痛过程。