基于恒河猴微栓塞模型研究偏头痛皮层扩散抑制与脑缺血性疾病相关性的机制

Migraine has a high prevalence and causes significant social and individual burden. Recent evidences suggested that there is a higher risk of cerebral infarction or other structural changes in patients with migraine, comparing to the general population. However, mechanism of this correlation remains unclear. Cortical spreading depression is a possible hypothesis, which can explain the correlation. CSD has been considered the physiological basis of migraine (especially migraine aura), and ischemia hypoxia seemed can evoke CSD in vivo and in vitro. Thus we can speculate that migraine and above mentioned cerebral ischemic changes may be different manifestations of a same pathophysiologic process. Previous studies had limitations, like that they often used rodents to establish animal models, the central nervous systems of which were obviously different from human beings. Further, they did not simulate the whole pathophysiologic process, but only evoke CSD. The present study is designed to establish an animal model with posterior circulation ischemia using microembolization, based on our established rhesus monkey model of cerebral artery ischemia and reperfusion, in order to observe that whether CSD can be evoked and the conditions. And then we will give interventions to inhibit CSD, and record the cerebral structural, metabolic and functional changes in rhesus model, using multimodal magnetic resonance and pathologic histological analysis. Results of the study may further reveal the mechanism of the risk of cerebral ischemia from migraine.

偏头痛发病率高，除了其本身的影响外，大量的流行病学和影像学证据证实偏头痛患者发生脑梗死或其它脑结构改变的风险显著增高，加重了疾病负担。但是偏头痛增加脑缺血性改变的原因并不清楚，皮层扩散抑制（CSD）是能够联系两者的一种可能机制。CSD被认为是偏头痛（尤其是先兆）的生理学基础，而缺血缺氧刺激能够诱发CSD。由此可以提出，偏头痛和不同程度的脑缺血可能为同一病理生理过程的不同表现形式。现有的研究存在模型动物种族差异大，仅单纯诱发CSD、没有模拟导致脑缺血病灶的连续性过程等缺陷。本项目拟在前期已经建立的恒河猴脑缺血再灌注模型基础上进行改良，采用不同程度空气微栓塞方法致后循环缺血，观察是否能在灵长类动物中诱发CSD及其诱发条件，并对部分模型干预抑制CSD发生，同时采用多模态磁共振和病理组织学分析各状态下动物模型脑结构、代谢和功能的改变，研究结果将对揭示偏头痛增加脑缺血风险的机制具有重要的科学意义。

项目背景：偏头痛发病率高，除了其本身的影响外，大量的流行病学和影像学证据证实偏头痛患者发生脑梗死或其它脑结构改变的风险显著增高，加重了疾病负担。但是偏头痛增加脑缺血性改变的原因并不清楚，皮层扩散抑制（CSD）是能够联系两者的一种可能机制。.研究内容：本项目首先采用硬脑膜炎症刺激的形式在恒河猴中建立大动物偏头痛模型，进行相应的行为学评估，并分析了疼痛网络各脑区中伤害性刺激标志物c-fos, nNOS和CGRP等表达情况。在前期已建立动物模型基础上构建大鼠微栓塞模型，给予不同程度的空气栓塞，采用皮层脑电图动态观察CSD产生及特征，以及同步血流动力学改变，在多个时间点评估动物模型行为学表现及皮肤痛觉敏感度，通过MRI观察脑部结构改变，通过免疫荧光技术及蛋白质印迹法明确疼痛相关脑区c-fos，nNOS、CGRP、SP分布及表达情况，分出干预组给予CGRP受体拮抗剂，观察其对CSD、同步血流动力学、行为学及病理的影响。.重要结果：硬脑膜炎症刺激的形式在恒河猴中建立大动物偏头痛模型，受试组动物模型出现类偏头痛样行为学改变，且在多个三叉神经血管反射系统的相关脑区发现伤害刺激性标志物c-fos, nNOS, CGRP等表达显著高于对照。通过反复优化实验模型，建立了前循环微栓塞模型，明确了诱发CSD的空气栓塞剂量及不同空气栓塞量下CSD的特征，以及同步脑血流动力学的改变情况，观察到了相应的行为学表现、脑部结构改变、脑梗死病灶分布，炎性相关物质表达情况。通过给予CGRP受体拮抗剂Rimegepant，明确了其对CSD及血流动力学无明显作用，但可改善动物行为学表现，影响炎性相关物质的表达。.关键数据：轻度栓塞组脑血流及血流动力学无明显改变；中度栓塞组观察到血流动力学数值显著下降，经过数十分钟后逐渐恢复正常值且稳定，造模侧两点脑电图数据多于血流下降后4-5分钟出现脑电抑制，波幅明显下降，脑电频率仍以4Hz以下的δ波为主，重度栓塞组推入栓塞后，脑血流出现明显下降，脑电图出现持续抑制，波幅显著下降。WB结果显示，重度栓塞3d组在三叉神经尾状核及额叶皮层c-fos、CGRP、SP、nNOS呈现高量表达，干预3d组物质表达减少。.科学意义：建立偏头痛动物模型，并为偏头痛和脑缺血性关联性机制提供了一些证据。