吗啡诱导的HMGB1对Parkin-PINK1-线粒体自噬轴功能抑制在吗啡耐受中的作用及机制

The mechanism of opioid tolerance remain elusive. It is an urgent task that finding a new and unique target and then improving the analgesic effects of opioid drugs. The latest data of the applicant shows that the level of ROS remarkable increased during process of chronic morphine administration. ROS mainly comes from mitochondria. The data implicates that morphine could lead to the accumulation of impaired mitochondria, which were usually cleared by mitophagy. According to the latest study of applicant, morphine inhibited mitophagy, which resulted in the dysfunction of mitochondria. Morphine induced the increasing of ROS and scavenger of ROS, procyanidins, could significantly inhibited morphine tolerance. The inhibition of mitophagy caused by morphine happened in neurons. Morphine decreased the level of PINK1 and inhibited the recruitment of Parkin to the impaired mitochondria. As a result, morphine inhibited the autophagic flux. The 2D data implied that this may be mediated by HMGB1. Our study implicated that the compound which is of regulating mitophagy could be used to improve morphine tolerance. This project aims to clarify the molecular mechanism of the dysfunction of mitophagy in morphine tolerance. The expected findings will not only help reveal the mechanism of morphine tolerance but also provide new targets for clinical drug development.

明确阿片药物的耐受机制，寻找新的靶点和药物改善阿片药物耐受是迫切任务。申请者发现吗啡耐受过程中脊髓中ROS水平升高，而体内ROS主要来自线粒体，提示吗啡会引起损伤线粒体累积，而损伤线粒体主要是通过线粒体自噬清除的。由此，通过进一步研究，申请者发现：吗啡抑制脊髓的线粒体自噬过程，导致线粒体形态和功能发生障碍，产生大量ROS，使用ROS清除剂原花青素能够显著改善吗啡耐受；吗啡对线粒体自噬的抑制发生在神经元，其抑制了损伤诱导的PINK1上升，抑制了Parkin蛋白向损伤线粒体的招募，阻断了自噬体对损伤线粒体的识别，导致自噬底物降解受阻。蛋白二维电泳数据表明这种抑制作用可能是HMGB1介导的。我们的研究提示：改善线粒体自噬的化合物可能具有治疗吗啡耐受的功能。本项目旨在阐明线粒体自噬障碍导致吗啡耐受的分子机制，研究成果为临床药物研发提供新靶标和先导化合物。

目前，阿片类药物在临床上是缓解重度疼痛的最为有效的一类药物。吗啡是阿片类药物的典型代表，因其强大的镇痛效果以及低廉的价格被广泛使用；但是长时间使用吗啡极易产生耐受现象，为了控制疼痛，需要不断加大用药剂量，这会导致依赖和戒断反应，这些不良反应极大地限制了吗啡的临床应用，因而吗啡耐受成为了临床和基础研究的热点。阐明其发生机制并寻找新的分子靶点有效改善耐受，发挥吗啡的镇痛作用，对于缓解病人的痛苦具有重要意义。. 在本项研究中，我们考察了吗啡引起的神经元线粒体自噬功能障碍与耐受发生的相关性；阐明了吗啡抑制线粒体自噬的分子机制；发现了吗啡诱导神经元释放HMGB1的现象，阐明了HMGB1通过激活小胶质细胞触发神经炎症导致耐受的分子机制。我们的研究表明，吗啡引起脊髓中ROS水平升高并引起损伤线粒体累积。其重要原因是吗啡影响了神经元中线粒体自噬，吗啡抑制了损伤诱导的PINK1表达的升高，抑制了Parkin蛋白向损伤线粒体的招募，阻断了自噬体对损伤线粒体的识别，导致自噬底物降解受阻，最终受损线粒体无法降解。在这个过程中，吗啡激动了神经元中的AMPK，导致HO-1表达升高并触发HMGB1向胞外释放，与小胶质细胞上的TLR4结合引起神经炎症，导致中枢敏化的发生最终产生吗啡耐受。. 本项研究的重要意义在于：长期使用吗啡在中枢神经系统内会诱发大量ROS，这种活性氧是触发中枢敏化并导致药物耐受和成瘾的重要原因，长期以来对其形成的分子机制并不清楚。申请人通过为期四年的项目研究，首次发现并证明了吗啡对神经元线粒体自噬功能的抑制作用是导致ROS形成并引起中枢敏化的主要原因；并且发现了神经元线粒体自噬功能受损引发的AMPK激活会导致HMGB1向胞外释放并触发神经炎症，进一步加重了中枢敏化，最终引发吗啡耐受。