缺镁在化疗药物引起的神经病理性疼痛和认知功能障碍中的作用及其机制

Many first line anti-cancer agents (such as taxol, oxaliplatin and vincristine), which are different in chemical structure and anti-cancer mechanism, often induce the same side effects: neuropathic pain and memory deficits. At present, no drug is available to prevent and treat them. Clinical studies show that many chemotherapeutic drugs induce hypomagnesaemia, while the causal link between magnesium deficiency and the side effects has not been determined. Recently, we show that intraperitoneal injection of vincristine reduced the free magnesium in serum, cerebrospinal fluid and within dorsal root ganglion neurons, and neuropathic pain; The magnesium deficiency enhanced nociceptive synaptic transmission and the number of peptidergic C-fiber terminals by activation of TNF-α/NF-κB pathway in spinal dorsal horn; Injection of vincristine and TNF-α upregulated NR2B subunit of NMDA in spinal dorsal horn but downregulated NR2B in hippocampus; Oral administration of magnesium L-threonate prevents vincristine-induced extra- and intracellular magnesium deficiency and molecular, cellular and behavioral alterations. It is well established that over-activation of TNF-α/NF-κB pathway and the downregulation of NR2B result in cognitive deficits. Accordingly, we proposed that activation of TNF-α/NF-κB resulting from magnesium deficiency might be a common mechanism for neuropathic pain and memory deficits induced by chemotherapeutic drugs. The goal of this project is to verify this hypothesis. The results of this project may provide new theory and drug for prevention of side effects induced by chemotherapeutic drugs.

多种化学结构和抗癌机制各不相同的一线抗肿瘤药物（如紫杉醇、奥沙利铂和长春新碱）常常引起同样的副作用：神经病理性疼痛和认知障碍，目前尚无有效的防治手段。临床研究表明这些药物引起低血镁，但缺镁与副作用之间的关系尚不明确。我们发现，腹腔注射长春新碱可同时引起大鼠脑脊液和背根神经节神经元胞内缺镁和神经病理性疼痛；缺镁激活TNF-α/NF-κB通路，引起脊髓背角痛觉传递持续增强和肽能C纤维末梢增多；注射长春新碱或TNF-α引起NMDA受体NR2B亚单位在脊髓背角上调，但在海马下调；口服L-苏糖酸镁可防止细胞内外缺镁和上述分子、细胞和行为学异常。大量研究表明，海马TNF-α/NF-κB通路过度激活和NR2B下调导致认知功能障碍。因此我们提出，缺镁引起的TNF-α/NF-κB通路过度激活可能是化疗药物引起神经病理性疼痛和认知障碍的共同机制。我们将验证这一设想，为预防化疗药物的副作用提供新的理论和方法。

在本项目的支持下，我们得到了如下成果。 .1. 发现口服L-苏糖酸镁（L-TAMS，604mg/kg/day) 可防止奥沙利铂（OXA)、泰素（PTX）和长春新碱（VCR)引起的短期记忆障碍、焦虑和抑郁行为。腹腔注射OXA引起的记忆情感障碍伴有海马突触传递下降，NR2B（NMDA的亚单位）下调和血清和脑脊液中镁离子浓度下降（由0.8 mM下降至约0.6 mM）。低镁（0.6 mM）培养海马脑片导致NR2B下调，同时激活TNF-α/NF-κB信号通路。口服L-TAMS可防止海马和前额叶神经元TNF-α/NF-κB激活和小胶质细胞活化。这些发现支持我们的假说：化疗药物引起细胞内缺镁，继而激活TNF-α/NF-κB信号通路。口服L-TAMS可能是防止化疗副作用的新方法。2. NF-κB是重要的核转录因子，通过启动细胞核内的基因转录调控多种生理功能，参与多种炎症相关疾病。我们发现在长春新碱处理或神经损伤大鼠的背根神经节（DRG）神经元，NF-κB的活性成分p-p65被转运到细胞膜，与钠通道Nav1.7可逆性结合，增强Nav1.7电流。在培养的DRG神经元，TNF-α 刺激后p-p65在5分钟上膜， 40分钟后入核。该研究首次揭示NF-κB在哺乳类具有非转录功能。NF-κB可快速调控躯体感觉尤其是痛觉的敏感性。3. 绝经后女性常常患有慢性疼痛、记忆减退和抑郁等病症，目前机制不清，也缺乏有效的治疗方法。我们发现，在去卵巢小鼠和老年雌性小鼠，p-p65, TNF-α 和IL-1β在DRG、脊髓背角和海马神经元过表达，同时激活小胶质细胞。口服L-苏糖酸镁通过抑制神经炎症，防止小鼠的痛阈下降和记忆减退和抑郁，但不影响雌激素水平。4. 草乌甲素（BLA）是一种生物碱单体，在我国用于治疗慢性疼痛近40年。我们发现BLA通过抑制脊髓背角PKCγ、小胶质细胞和星形胶质细胞，抑制大鼠吗啡耐受。5. 口服BLA可剂量依赖性抑制组胺和氯喹引起的瘙痒和瘙痒敏化。6. 我们发现神经损伤后，N-型钙通道在损伤的DRG神经元下调，而在未损伤的神经元上调。其机制是在未损伤的DRG神经元IL-β上调使N-型钙通道上调，而损伤的DRG神经元IL-10使N-型钙通道下调。N-型钙通道上调导致DRG神经元兴奋性升高， 引起神经病理性疼痛。 本项目发表了7篇标注论文，培养了1名博士后、4名博士生和1名硕士生。