三叉神经节神经元水通道蛋白1参与偏头痛发生及其机制研究

偏头痛是一类常见的神经系统疾病，其发病机制至今仍不明确。我们的前期研究结果显示，水通道蛋白1(AQP1)在小鼠小直径三叉神经节(TG)神经元中大量表达，诱导偏头痛先兆发作后TG内AQP1表达显著增高，提示AQP1可能参与偏头痛病理生理。本项目在前期研究的基础上，应用行为学、组织化学、分子生物学、及电生理等实验方法，首先，从整体水平研究AQP1对小鼠偏头痛行为学及皮层扩散性抑制的影响；其次，从组织学水平阐明TG内AQP1的表达、与痛相关介质共定位，以及AQP1对TG神经元功能活动及相关信号转导蛋白表达/磷酸化的影响；最后，从细胞水平揭示AQP1对TG神经元突触递质释放、神经兴奋性改变，及离子通道的调节和信号转导机制。研究结果不仅将揭示AQP1参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，我们基于水通道蛋白1（AQP1）探讨AQP1-Cav3.2系统参与偏头痛发生的分子机制，并在功能学水平进行了验证。通过从整体、组织、细胞及分子水平研究AQP1参与TG神经元功能调节及其与偏头痛的相关性，并阐明其作用机制，深化了对AQP1在偏头痛中枢调节功能中的认识。我们的研究结果显示：1）腹腔注射硝酸甘油建立小鼠偏头痛模型。在500 Lux光强度刺激下，AQP1基因缺失对硝酸甘油诱发的偏头痛畏光现象具有明显的抑制作用。2）带有eGFP序列的AQP1干扰基因shRNA能有效感染并抑制TG神经元AQP1蛋白的表达。在畏光反应中，AQP1干扰质粒shRNA不改变小鼠自主运动能力，但在1000 Lux光强度刺激下对硝酸甘油诱发的偏头痛畏光现象具有明显的抑制作用。3）建立偏头痛CSD模型，可导致TG内AQP1蛋白表达显著升高。4）小鼠三叉神经血管系统激活后，TG及TNC组织中p-ERK表达显著升高；干扰AQP1表达，可显著加强p-ERK表达的升高。5）三叉神经节（TG）神经元中，AQP1与Cav3.2 亚型均有表达，并与降钙素基因相关肽及植物凝结素IB4共定位，且在TG神经末梢TNC背角中，AQP1与CGRP也共表达。免疫共沉淀实验表明AQP1与Cav3.2在三叉神经元（TG）中物理性蛋白结合（protein-protein interaction），进而调控了Cav3.2电流。6）应用全细胞电流钳方法，揭示了AQP1 基因缺失可导致Cav3.2 亚型蛋白表达显著减少，并降低小直径TG 神经元兴奋性，提示AQP1 通过调节Cav3.2 参与小直径TG 神经元功能调控。7）全细胞电压钳结果表明，AQP1不引起TG神经元总钙电流变化，但各通道亚型间电流存在补偿。AQP1可降低TTX-敏感的钠通道电流，但对电压门控性钾通道没有明显的影响。本项目阐明了AQP1参与偏头痛发生，并对其发生的的分子机制进行了深入探讨，阐明了AQP1-Cav3.2蛋白复合体参与偏头痛的病理生理及机制，从而为临床预防和开发治疗偏头痛提供新的思路。