P/Q型钙通道CACNA1A基因失功能型突变参与偏头痛及其机制的研究

偏头痛是一类常见的神经系统疾病，其发病机理尚不明确，目前并无有效的治疗措施。大部分偏头痛患者具有明显的家族遗传倾向，遗传分析表明P/Q型钙通道CACNA1A基因突变是家族性偏头痛的主要原因之一，然而该基因突变引起偏头痛的机制尚不清楚。本项目拟采用行为学、组织化学、以及电生理学等实验方法，以遗传性P/Q型钙通道突变小鼠(tottering, tg/tg)为模型，从细胞水平揭示CACNA1A突变对偏头痛传导通路各级神经元（大脑皮层，脊髓背角，以及三叉神经元）钙通道电生理特性、神经元兴奋性、以及突触传递的影响。本项目还将从组织学和整体水平，进一步阐明CACNA1A突变对偏头痛皮层触发机制，痛觉传导通路相关神经元兴奋性活动，以及偏头痛相关行为学的改变。本项研究将明确CACNA1A基因突变在偏头痛，包括家族性偏头痛中的作用及潜在的发病机制，从而为开发防治偏头痛药物提供新的思路。

在本项目中，我们采用携带1型人类家族遗传性偏头痛（FHM-1）P/Q-型高电压型钙通道突变的小鼠（tg小鼠）为模型，首先，研究了三叉神经血管系统内偏头痛中枢脊髓背角及外周三叉神经元钙通道电流及电生理特性变化，阐明了P/Q型钙通道CACNA1A基因突变对偏头痛通路相关神经元兴奋性及突触递质释放的影响。我们的研究结果显示： 1）体外HEK293细胞转染小鼠突变基因，其具有与人P/Q-型钙通道CACNA1A突变基因类似的失功能特性，且两者之间具有相同的电流密度和相似的激活，失活等特性，表明在通道电生理水平，人类P/Q-型钙通道FHM-1失功能型突变在tg模式小鼠的可复制性。在原代培养的神经元，我们的研究结果显示，N-型钙通道及低电压T-型钙通道参与了P/Q-型通道的失功能补偿。 2）在三叉神经通路偏头痛外周神经元中，P/Q-型钙通道CACNA1A突变可导致静息水平小鼠小直径三叉神经节神经兴奋性显著增高。在超级化情况下，其兴奋性增高尤为明显，提示低电压T-型钙通道参与了神经元放电的改变。 3）应用10 DIV低密度TG-DH神经元共培养方法，我们建立了并记录了脊髓背角与三叉神经节神经元双电极间神经元的突触传递。我们发现具有失功能型改变的P/Q-型钙通道显著地升高了突触间的递质释放，这种改变主要由低电压型T-型钙通道所介导。其次，在组织学水平，我们建立了偏头痛先兆发作指标皮层扩散性抑制，分析比较了P/Q-型钙通道CACNA1A突变后的神经兴奋性标志物表达的变化。我们的研究结果显示，模拟偏头痛先兆发作导致中枢脊髓背角神经元及外周三叉神经元中降钙素基因相关肽（CGRP）表达显著升高，而CGRP释放增加是近年来认为导致偏头痛发作的主要原因之一。最后，在整体水平，我们比较了P/Q-型钙通道CACNA1A突变对偏头痛畏光反应的指标。我们的研究结果显示，P/Q-型钙通道失功能对开场及转轴实验等自主活动检测无明显影响，而在畏光反应中，CACNA1A突变小鼠在1000 lux的光强度下，进入明区的次数明显减少，提示畏光反应显著增强。通过本项目的研究，我们进一步认识了遗传性P/Q-型钙通道突变参与家族性偏头痛的病理生理及其发病的分子机制，提出了低电压T-型钙通道代偿性增高可能是导致神经元兴奋性增高的分子机制，从而为临床预防和开发治疗偏头痛提供新的思路。