三叉神经节神经元1型胰岛素样生长因子受体参与偏头痛发生及机制研究

Migraine is one of the most common periodically neurological disorders. However to date, the underlying mechanisms remain largely unclear. Our previous studies showed that insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) were highly expressed in small- and medium- diameter trigeminal ganglion (TG) neurons. The protein expression of IGF-1R was robustly increased by cortical spreading depression (CSD) treatment, which strongly suggested that IGF-1R was involved in the pathophysiological process of migraine. In this study, by using multiple animal behaviour tests, molecular biological approaches, immunohistochemistry and electrophysiological recording, we firstly determine the effects of IGF-1R stimulation on photophobia and CSD parameters of migraine. Secondly, we will investigate the endogenous expression of IGF-1R in TG and the co-localization of IGF-1R with nociceptors such as substance P (SP) and CGRP. Finally, we will further examine the effects of IGF-1R activation on synaptic transmission, neuronal excitability, and voltage-gated/ligand-gated ion channel currents as well as relevant mechanisms in small-diamether TG neurons. Our studies will help to clarify the cellular and molecular mechanisms of the trigger of migraine. Moreover, we hope to translate our studies to the development of novel therapeutic targets and new regimens for the clinical treatment of migraine.

偏头痛是一类周期性发作的神经系统疾病，其发病机制迄今仍未明确。我们的前期研究结果显示：1型胰岛素样生长因子受体（IGF-1R）在中小直径三叉神经节（TG）神经元中大量表达。诱导偏头痛先兆发作后TG神经元IGF-1R蛋白表达显著增高，提示IGF-1R可能参与偏头痛的病理生理。本项目在前期研究的基础上，应用行为学、分子生物学、组织化学及电生理记录等实验方法，首先研究IGF-1R对小鼠偏头痛行为学及皮层扩散性抑制的影响；其次阐明TG内IGF-1R的表达/定位及IGF-1R对TG神经元功能活动及信号转导蛋白磷酸化的影响；最后揭示IGF-1R对TG神经元突触递质释放、神经元兴奋性改变及离子通道电流变化及机制。研究结果不仅将揭示IGF-1R参与偏头痛发生的细胞及分子机制，有助于发展和完善偏头痛的病因学说，而且也将为偏头痛的临床治疗和研发理想的药物提供新的分子靶标。

在本项目中，基于1型胰岛素样生长因子（IGF-1）对偏头痛行为学改变，我们探讨了其受体IGF-1R参与偏头痛发生的分子机制。通过从行为学、蛋白表达、分子机制等三个不同层面，阐明了IGF-1R参与调节小鼠三叉神经节（TG）神经元功能调节及与偏头痛的相关性，深化了对IGF-1R在偏头痛外周调节过程中的作用，为开发防治偏头痛防治药物提供了依据。我们的研究结果显示：1）应用电刺激上矢状窦硬脑膜可成功建立偏头痛模型，表现为面部机械痛阈值降低，TG及血清中CGRP表达增高（~3倍升高）。在外部光刺激下，抑制TG内IGF-1R表达对硬脑膜模型诱发的偏头痛畏光现象具有明显的抑制作用。2）应用胆固醇修饰及聚乙二醇修饰的siRNA，立体定位注射TG，带有eGFP序列的IGF-1R干扰基因能有效转染并抑制TG神经元IGF-1R的蛋白表达。TG内定位给药IGF-1R干扰质粒IGF-1R-siRNA并不改变小鼠自主运动能力，但显著升高面部机械性痛阈值。3）三叉神经节（TG）神经元中，IGF-1R与降钙素基因相关肽、植物凝结素、Cav3.2及Kv4.3共定位。4）外周炎症作用下，激活三叉神经节神经元后，可使TG内IGF-1R表达显著升高；干扰IGF-1R或Cav3.2的表达，均可显著降低CFA模型小鼠机械性痛觉阈值。5）激活IGF-1R可显著降低小鼠小直径TG神经元A-型钾通道电流，该作用是通过c-Raf依赖的ERK途径而发挥作用。进一步研究表明，Kv4.3及Kv3.4在三叉神经元（TG）中高表达，进而可能编码了IGF-1R对A-型钾通道电流变化的主要部分。6）应用电流钳记录，发现激活IGF-1R可增加小鼠小直径TG 神经元兴奋性，且该兴奋性增加在超级化电位时更为明显，提示IGF-1R通过不同离子通道参与TG神经元放电的调节。7）应用电压钳记录表明，IGF-1R激活可增加小直径TG神经元T-型钙通道电流，而对电压门控型钠通道电流并无影响。进一步的机制研究表明，该作用并不依赖酪氨酸激酶，而是通过G-蛋白偶联受体及下游PKC-alpha而发挥作用。本研究阐明了激活外周感觉神经元IGF-1R可调节偏头痛的发生，并对其进一步的分子机制进行了深入探讨，阐明了IGF-1R受体参与偏头痛的病理生理及机制，并可为临床预防和开发治疗偏头痛提供新的思路。