脊髓内质网应激-自噬轴调节突触可塑性参与吗啡耐受形成的机制研究

Repeatedly treatment with morphine in patients suffering from chronic cancer pain may result in analgesic tolerance. Recent studies showed that administration of morphine could induce cellular autophagy in the inhibitory GABAergic neurons and changes of plasticity in GABAergic synapse in spinal dorsal horn. However, the molecular mechanisms of activation of autophagy and its relationship with synaptic alterations remain uncertain. Our previous studies have detected the activation of signaling pathways of endoplasmic reticulum stress in spinal dorsal horn during the development of morphine tolerance. Since autophagy is the necessary outcome of excessive endoplasmic reticulum stress, we speculate that repeated administration of morphine could consistently activate μ opioid receptor and induce oxidative stress reaction in spinal GABAergic neurons, which could initiate endoplasmic reticulum stress and contribute to the excessive autophagy. The autophagy may induce the synaptic alterations and result in the development of morphine tolerance. In this project, we will synthetically use proteomics, bioinformatics and molecular biology methods to verify the roles of endoplasmic reticulum stress and autophagy and further establish the molecular roadmap of adaptive changes of spinal GABAergic synapse related to autophagy by exploring synaptic protein profile changes during the development of morphine tolerance. This project will be helpful for the exploration of critical mechanism of morphine tolerance and the development of prophylactic and therapeutic drugs in the future.

癌痛患者长期应用吗啡极易产生药物耐受。吗啡反复给药可诱导脊髓背角GABA能神经元发生自噬，以及GABA能神经元突触的可塑性变化，但目前对于自噬的发生机制及其与突触可塑性变化的关系尚不清楚。我们的前期研究表明吗啡耐受形成中脊髓背角存在内质网应激ATF6、IRE1和PERK信号通路的激活，由于自噬是过度内质网应激的必然结果，因此我们推测：长期应用吗啡可持续激活脊髓GABA能神经元μ阿片受体，通过细胞氧化应激反应启动内质网应激，诱发自噬活性增强，从而引起突触可塑性变化，最终导致吗啡耐受状态的形成。本课题拟综合运用蛋白组学、生物信息学、分子生物学等方法证实内质网应激-自噬轴在吗啡耐受形成机制中的关键作用，通过对自噬相关突触亚结构差异蛋白表达谱的解析，建立脊髓GABA能神经元内质网应激-自噬-突触可塑性变化网络机制的分子路线图并加以证实，为探索吗啡耐受关键性机制及研发靶向性防治药物提供新的思路。

吗啡是急慢性疼痛治疗的重要药物，长期反复应用极易产生药物耐受等副作用限制了其在临床上的广泛应用。自噬是细胞利用溶酶体降解自身受损的细胞器和大分子物质，以维持细胞稳态的一种保护性机制，参与多种病理生理过程，研究表明长期应用吗啡可持续激活μ 阿片受体，诱导神经细胞自噬活性增强，提示细胞自噬可能是吗啡耐受形成的重要机制。而脊髓GABA 能神经元可表达μ阿片受体在内的各种阿片受体，已有研究表明吗啡诱导的自噬主要出现在脊髓背角浅层的抑制性GABA 能神经元，证实自噬参与吗啡耐受形成的细胞学基础。 但目前对于自噬的发生机制及其与突触可塑性变化的关系尚不清楚。本课题综合运用蛋白组学、生物信息学、分子生物学等方法证实了内质网应激-自噬轴在吗啡耐受形成机制中的关键作用。.本课题研究表明，长期应用吗啡诱导细胞内以NOX2/NADPH通路为主的氧化应激反应的发生；分子伴侣BiP表达上调，启动了内质网应激IRE1-XBP1; PERK-eIF2α; ATF6三条信号通路的激活；小胶质细胞中激活的PDGFRβ通过p38 MAPK通路介导了神经元中自噬的发生，引起GABA能神经元内自噬活性的增强，最终导致吗啡耐受状态的形成。同时磷酸化蛋白组学结果显示：吗啡耐受大鼠脊髓中检测到36个磷酸化蛋白出现差异表达。其中Synaptojanin-1（突触素-1）与突触囊泡的再循环有关；Myristoylated alanine-rich C-kinase substrate （MARCKS）和Sorting nexin 27（SNX27）参与了突触可塑性；Cytochrome c oxidase subunit 4 isoform 1（细胞色素C氧化酶）对于线粒体产生氧化应激反应非常重要；由于吗啡可诱导突触可塑性变化，上述蛋白质的磷酸化形式可能参与其中。.综上所述，这些研究为进一步探索吗啡耐受关键性分子靶点及研发有针对性的防治药物提供了有力的理论支持。