螺环哌嗪季铵盐LXM-10非成瘾性镇痛作用及机制研究

Pain is a common clinical symptom. Existing analgesic drugs are limited because of the serious side effects. Therefore to develop new powerful drugs that lack substantial side effects, addiction and tolerance is a priority.LXM-10 (2,4-dimethyl-9-β-phenylethyl-3-oxo-6,9-diazaspiro[5.5]undecane chloride), 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-10 produced anti-nociceptive effects without obvious side effects and addiction, and the underlying mechanism was activation of α7 nicotinic acetylcholine receptor (α7 nAChR) and M4 muscarinic acetylcholine receptor (M4 mAChR), which mediated the "nicotinic antinociception pathway". Further study will be focused on: 1) Take LXM-10 as the probe, to study the effect of antinociception and mechanism from molecular, cellular and animal levels, and then to confirm the potential targets, and to explore the signal transduction pathway underling α7 nAChR and M4mAChR mediated antinociception, which may be involved CaKIIα/CREB/ CGRP pathways. Therefore these should provide an experimental basis for the research and development of novel analgesic drugs. 2) Take LXM-10 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. These studies may pave the way toward the development of novel antinociception drugs with reduced side effects.

疼痛为临床常见症状。现有镇痛药物因其毒副作用和成瘾性问题，限制其在临床的广泛使用，亟需研发疗效好，毒副作用低的镇痛药。我们研究发现螺环哌嗪季胺盐类化合物LXM-10，其结构新颖，不易通过血脑屏障，且镇痛作用显著、非成瘾性、毒副作用低。初步机制研究表明，LXM-10可能通过激活外周alpha7受体 和 M4受体产生镇痛作用。本项目将继续深入研究：1）以LXM-10为探针，从分子、细胞和动物实验进一步深入研究化合物LXM-10抗急性痛和慢性痛的作用及机制, 确定其镇痛部位、分子靶点，及相应的镇痛信号通路，为研发高效低毒非成瘾性的新型镇痛药奠定实验基础。2）以LXM=10为先导化合物，进行全面的结构优化，对新合成化合物进行镇痛活性评价，深入研究其构效关系，以期发现更好的镇痛化合物。通过本课题的研究，有望发现一类新结构类型、新作用机制和低毒副作用的镇痛药物，开辟镇痛药物研究新途径。

中枢镇痛药因通过复杂而多受体的中枢神经产生镇痛作用以致产生严重的毒副作用。螺环哌嗪季铵盐类化合物极性很大，不易通过血脑屏障，作用于外周毒性很低。在新型螺环哌嗪季铵盐化合物LXM-10镇痛作用研究中，我们采用小鼠和大鼠热板、福尔马林、醋酸扭体、辐射热痛等急性痛模型，和大鼠坐骨神经慢性缩窄损伤(Chronic constriction injury, CCI)模型；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-10的镇痛作用；结果显示化合物LXM-10有明显的抗急性热刺激痛和化学刺激痛作用，明显的抗慢性神经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。在化合物LXM-10成瘾性及不良反应试验中，成瘾性试验显示，化合物LXM-10在治疗量的70倍以上均未出现成瘾性反应。半数致死量LD50为510m/kg。 95%可信限为490-532mg/kg。化合物LXM-10 (6，12，24 mg/kg，sc) 对小鼠的运动协调功能、自主活动、体温、心率无明显影响。LXM-10 (8，16mg/kg)对大鼠血清AST、ALT和ALP水平无明显影响。显示化合物LXM-10的安全性。在化合物LXM-10镇痛作用机制研究中，1）镇痛分子靶点研究: alpha7、M4受体结合试验和受体阻断试验显示LXM-10主要作用于外周alpha7受体和M4受体 2）镇痛信号通路研究显示：在炎性痛和慢性神经痛动物模型中，化合物LXM-10在DRG和脊髓水平抑制 alpha7受体下游CaMKIIa/CREB/CGRP 信号通路，从而抑制相关致痛因子CGRP、TNF-a、c-fos等蛋白表达。其作用可被alpha7、M4受体阻断剂阻断。. 本项目完成了预定的研究计划，达到了预期的研究目标；研究结果一方面为LXM-10非成瘾性镇痛新药的研究提供临床前药理实验基础；另一方面通过优化结构，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-10的非成瘾性镇痛药LXM-15，对慢性神经痛有良效。为研发高效低毒的镇痛药物开辟一条新途径。. 培养5名研究生，晋升1名教授。发表2篇较高水平的SCI研究论文。申请1个中国发明专利，获得2个世界专利证书（欧洲和美国）。