硬脑膜淋巴管与肽能神经纤维相互作用参与偏头痛的可能机制

In our previous work, we found that dural lymphatic vessels and calcitonin gene–related peptide (CGRP) expressed together. As the essential neurotransmitter in migraine pathophysiology, the pharmatheutical researches on CGRP have got tremendous achievements, however, how it makes the headache signal arise on the dura is still mysterious. On the other hand, it is well-accepted that CGRP and its receptor monoclonal antibodies can not pass the blood-brain barrier, but they still can be detected in both central nervous system as well as in the peripheral system. This phenomenon cannot explain until now. The co-expression of CGRP positive fibers and meningeal lymphatic vessels inspired us that the latter is the channel where CGRP can transport from both sides of the system. To test the hypothesis, we plan to use immunoflurenscence, flow cytometry, in vivo imaging system and optogenetic techniques to try to uncover the underlying mechanisms.

我们前期工作发现，硬脑膜淋巴管和降钙素基因相关肽（CGRP）阳性纤维伴行，解剖关系密切。作为偏头痛目前发生机制中的核心神经递质，CGRP虽然在临床药物研发方面取得了成功，但是它如何在硬脑膜上发挥作用，使头痛信号形成的机制至今不明确。此外，它和它的单克隆受体不能透过血脑屏障，但又能在血脑屏障完整的情况下，同时在中枢和外周检测到，这个现象一直无法解释。硬脑膜淋巴管和CGRP的关系之密切使我们推测，CGRP或通过硬脑膜淋巴管实现中枢-外周的穿越，二者在偏头痛发生中存在相互作用。为此，我们利用免疫荧光三标技术、流式细胞分选技术、荧光标记小鼠杂交辅以小动物活体成像、光遗传学等技术设计了本项目。希望能够从CGRP能神经系统和硬脑膜淋巴管相互作用的方向，回答偏头痛基础研究领域的难题，为厘清偏头痛发生机制提供新思路。

硬脑膜淋巴管是新发现的、中枢神经系统（CNS）内重要的免疫系统解剖结构，硬脑膜淋巴管如何沟通外周-中枢，在CNS疾病中发挥作用的机制还远未清楚。偏头痛在50岁以下人群中疾病负担排名第一，尽管目前普遍认为其是脑功能紊乱性疾病，但硬脑膜的无菌性炎症也被认为是各种病理机制的最终体现，所释放的致痛炎性因子与痛敏结构上的相关受体结合，是头痛信号最终产生的效应器官。我们前期研究发现偏头痛患者肠道菌群及其代谢物与健康人群有显著差异，而偏头痛相关神经递质亦均可在肠道生成。在肠道内生成的神经递质不能透过血脑屏障，但是它们或能通过硬脑膜淋巴管发挥某些调节作用参与偏头痛脑功能异常的发生。基于此，本项目对硬脑膜淋巴管在偏头痛中的作用机制进行了初步探索。结果发现，对脑功能正常的大鼠反复给予头痛样刺激7天，大鼠的肠道菌群发生初步的、与偏头痛患者类似的肠道菌群功能性改变，这时外周血中神经递质5-HT及其代谢产物没有明显变化，但是粪便中色氨酸明显减少，而脑脊液中色氨酸明显增多。这提示7天时大鼠肠道菌群在应对头痛刺激时出现代偿性改变。此时硬脑膜上CGRP、PACAP等致痛分子水平增高。在偏头痛患者队列硬脑膜淋巴管结构与功能的神经影像学研究中，我们发现，偏头痛患者的硬脑膜淋巴管结构没有明显变化，但是淋巴管通透性明显降低，脑组织内淋巴回流显著受限。为了能够保证在活体观察脑膜淋巴管变化时硬脑膜的完整性，我们改良了光刺激诱发皮层扩布性抑制（CSD）小鼠模型，并利用该小鼠模型意外发现CSD可能直接诱发皮层痛，进而影响脑内类淋巴系统回流的整体情况。此外，我们还发现单纯偏头痛患者和偏头痛合并肠易激综合征的患者肠道菌群构成有明显差异，这提示我们未来在深入研究外周肠道环境如何通过硬脑膜淋巴管参与偏头痛机制时，需要考虑更多混杂因素的存在。