三叉神经节尾加压素II受体在偏头痛中的作用及机制研究

Migraine is one of the most common periodically neurological disorders. However to date, the underlying mechanisms remain largely unclear. Our previous studies showed that Urotensin II receptor (UTS2R) were highly expressed in small- and medium- diameter trigeminal ganglion (TG) neurons. Activation of UTS2R in TG robustly attenuated the elevated expression of calcitonin gene related peptide (CGRP) induced by cortical spreading depression (CSD) treatment, which strongly suggested that UTS2R might be 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 UTS2R on photophobia and CSD parameters of migraine. Secondly, we will investigate the endogenous expression of UTS2R in TG and the co-localization of UTS2R with nociceptors such as substance P (SP) and CGRP. Finally, we will further examine the effects of UTS2R on synaptic transmission, neuronal excitability, and 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：尾加压素II受体（Urotensin II receptor, UTS2R）在小鼠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UTS2R蛋白表达显著增高，提示UTS2R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、组织化学、分子生物学及电生理记录等实验方法，首先研究UTS2R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UTS2R的表达/共定位及UTS2R对TG神经元功能活动及相关蛋白表达/磷酸化的影响；最后揭示UTS2R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分子机制。研究结果不仅将揭示UTS2R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。

在本研究中，我们探讨了尾加压素2型受体（UTS2R）参与了偏头痛的发生及其分子机制。从整体动物行为学、组织学、分子水平三个不同层面，阐明了UTS2R参与外周三叉神经节（TG）神经元的功能调节及其与偏头痛的相关性，研究了UTS2R在偏头痛调节过程中的作用及机制，进而为开发防治偏头痛药物提供了一定的实验依据。研究结果显示：1）应用电刺激上矢状窦硬脑膜成功建立偏头痛模型，小鼠表现为面部机械痛阈值降低，TG及血清中CGRP表达明显增高。应用皮层KCl法建立偏头痛先兆模型，小鼠表现为明显的畏光现象。2）应用胆固醇及聚乙二醇修饰UTS2R siRNA干扰序列，TG内立体定位注射，UTS2R siRNA干扰基因能有效转染并抑制TG中UTS2R蛋白表达。UTS2R siRNA并不改变小鼠自主运动能力，但能明显翻转电刺激上矢状窦硬脑膜诱导的面部机械痛敏，且对CSD诱导的畏光现象也具有显著抑制。3）在小鼠TG中，免疫荧光化学染色结果显示UTS2R与CGPR、IB4及Kv4.3等共定位，但与大直径神经元标记物NF200无共标。4）小鼠须垫部注射CFA诱导外周炎症可诱导TG内UTS2R蛋白表达显著升高；TG内注射胆固醇及聚乙二醇修饰的siRNA干扰UTS2R或Cav3.2通道均可显著降低CFA模型诱导的小鼠机械性痛敏。5）急性分离小鼠TG神经元，细胞外孵育UTS2R激动剂U-II，结果显示U-II可显著降低小直径TG神经元A-型钾通道电流，该作用是通过PKC alpha激酶途径而发挥作用。进一步应用遗传学手段研究证实，Kv4.3亚型可能是UTS2R降低A-型钾通道电流变化的主要部分。6）此外，UTS2R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。7）应用全细胞电流钳手段，我们发现激活UTS2R可增强TG神经元兴奋性，该作用可被UTS2R拮抗剂所阻断。8）进一步的表观遗传学机制研究显示，电刺激上矢状窦硬脑膜诱导的UTS2R表达增高与其启动子区去甲基化密切相关。去甲基化诱导启动子区与转录因子紧密结合增强转录水平，进而增加UTS2R表达水平。本研究阐明了激活外周感觉神经元UTS2R调节偏头痛的发生，研究结果可为临床预防和开发治疗偏头痛提供新的思路。