螺环哌嗪季铵盐化合物LXM-15抗神经病理性疼痛作用及机制研究

Neuropathic pain is one of the most challenging diseases in pain treatment. Existing analgesic drugs are limited because of the serious side effects. Therefore, to develop new powerful drugs that have no substantial side effects, addiction and tolerance is a priority. Compound LXM-15 (8-(m-nitrophenyl)-5,8-diazaspiro[4.5]decane bromide), is a mono spirocyclopiperaziniumsalt compound which is difficult to cross the blood-brain barrier and therefore it should be devoid of central effects. Previous studies have shown that LXM-15 produced anti-nociceptive effects without obvious side effects and addiction. The underlying mechanism is related to activation of alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor (alpha 7 nAChR) and M4 muscarinic acetylcholine receptor (M4 mAChR). This study will focus on: 1) Take LXM-15 as the probe, to study the effect of LXM-15 against neuropathic pain and underlying mechanisms from molecular, cellular and animal levels. To confirm the potential targets may be involved in alpha 7 nAChR and M4 mAChR, and to explore the signalling pathway may be related to inhabiting CaKII alpha/CREB/ CGRP pathways. Therefore, these should provide an experimental basis for the research and development of novel analgesics in neuropathic pain. 2) Take LXM-15 as a lead compound, to synthesize novel compounds through full structure optimization, and to evaluate the antinociception activity, and then to study the relationship of structure-activity. This study may pave the way toward the development of novel drugs against chronic neuropathic pain with reduced side effects.

神经病理性疼痛是痛觉治疗中最具挑战性的疾病之一，现有的镇痛药物对神经病理性疼痛疗效不显，且不良反应多，限制其临床的广泛应用。我们的研究发现螺环哌嗪季胺盐类化合物LXM-15镇痛作用显著，毒副作用低，非成瘾性, 其结构新颖，不易通过血脑屏障。初步机制研究表明: LXM-15可能通过激活外周alpha7烟碱受体和M4毒蕈碱受体产生镇痛作用。本项目将深入研究：1）以LXM-15为探针，从分子、细胞和动物实验深入研究化合物LXM-15抗神经病理性疼痛的作用及机制, 确定其分子靶点及相应信号通路，为研发高效低毒非成瘾性的新型抗神经病理性疼痛药物奠定实验基础。2）以LXM-15为先导化合物，进行结构优化，评价新合成化合物镇痛活性，研究其构效关系，发现更好的抗神经病理性疼痛化合物。通过本项目的研究，有望发现一类新结构类型、新作用机制和低毒副作用的抗神经病理性疼痛化合物，探究抗慢性神经疼痛药物的新途径。

目前抗神经病理性疼痛药物因其严重的不良反应而临床应用受限。螺环哌嗪季铵盐类化合物因其独特作用机制而具有显效低毒的镇痛特性。在新型螺环哌嗪季铵盐化合物LXM-15镇痛作用研究中，我们采用大鼠坐骨神经慢性缩窄损伤(Chronic constriction injury, CCI)模型；大鼠脊神经损伤 (Spinal nerve injury, SNL) 等神经病理性疼痛模型；和大鼠完全弗氏佐剂(Complete Freund's adjuvant, CFA) 慢性关节炎痛模型评价化合物LXM-15的抗慢性神经痛和炎性痛的作用。结果显示化合物LXM-15有明显的抗慢性神经病理疼性痛及慢性炎性痛作用，能提高机械痛敏和热痛敏，呈量效和时效关系。成瘾性及不良反应试验显示：化合物LXM-15在治疗量的1000倍以上未出现死亡；无成瘾性反应出现；对经典的胆碱样效应如运动协调功能、自主活动、体温、心率无明显影响；治疗量及大剂量对大鼠血清GPT, GOT, CRE和BUN等水平无明显影响。显示化合物LXM-15的安全性。在化合物LXM-15镇痛作用机制研究中，1）镇痛分子靶点研究显示：LXM-15主要作用于外周α7烟碱受体和M4毒蕈碱受体亚型 2）镇痛信号通路研究显示：在慢性神经痛和炎性痛动物模型中，化合物LXM-15在DRG和脊髓水平抑制 α7受体下游CaMKIIα/CREB，JAK2/STAT3，IκBα/NF-κBp65等信号通路，抑制相关致痛致炎因子TNF-α、c-fos、CGRP、BKNF等蛋白表达。其作用与激动外周α7和M4受体亚型相关。. 本项目完成了预定的研究计划，达到了预期的研究目标；研究结果为LXM-15非成瘾性镇痛新药的研究提供临床前药理实验基础；并通过优化结构，合成更多结构类型的螺环哌嗪季胺盐类化合物，发现结构全新，机制新颖，更优于LXM-15的非成瘾性镇痛化合物DXL-A-24，对慢性神经病理性疼痛有显效。为研发高效低毒的镇痛药物开辟一条新途径。. 在此期间，我们培养了研究生4名。发表3篇较高水平的SCI研究论文和3篇核心杂志论文。申请了美国发明专利。进行了技术成果（专利）转让“抗神经病理性疼痛化合物及其制备方法和抗疼痛化合物及其制备方法的技术转让”。