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Nat Neurosci:阿片类药物耐受的新机制

脑科学世界

2022-09-26 17:44陕西

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本文由brainnews脑科学世界团队原创编译,转载请联系授权。

反复接触阿片类药物会造成耐受性,从而限制其镇痛作用,并导致过量使用和滥用责任。然而,支撑耐受性的分子机制尚不清楚。 阿片类药物的临床相关作用是由其靶点GPCR,μ-阿片类受体(MOR)介导的。先前的研究表明,MOR信号和流通的改变会以细胞自主的方式影响耐受的发展。虽然目前在描述阿片类药物耐受和脱敏的机制方面已经取得了重大进展,但GPCRs用来减少其对持续刺激的反应的参与者和过程的分子结构仍未完全确定。

Brock Grill和Kirill A.Martemyanov团队在秀丽隐杆线虫中使用前向遗传筛选,从而来鉴定调节阿片类药物耐受性的基因,进而揭示了PTR-25/Ptchd1的作用,于近日将其成果“Ptchd1 mediates opioid tolerance via cholesterol-dependent effects on μ-opioid receptor trafficking”发表在Nature Neuroscience杂志上。

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PTR-25Ptchd1调节秀丽隐杆线虫类阿片耐受

图1a-h展示了作者对阿片类药物耐受调节剂的遗传行为筛选。分析证实了tgMOR;Bgg10突变体是高度敏感的,对阿片类药物的反应是更快的。 作者为了试图鉴定tgMOR的遗传病变;Bgg10导致阿片耐受表型,于是绘制了tgMOR的突变;bgg10的全基因组测序(WGS)、阿片表型选择和基因组序列数据的计算分析。结果发现tgMOR;bgg10突变体含有一个预测的过早终止密码子Q1032stop(3094C>T),该密码子可能会在基因F43D9.1中产生功能缺失突变。F43D9.1编码了Patched(Ptch)家族结构的蛋白质。 在秀丽隐杆线虫中,F43D9.1是一个庞大的、进化扩展的Patched相关家族(PTR)蛋白群的一部分,这促使作者将该蛋白命名为PTR-25。分析表明,Ptchd1和Ptchd4是与PTR-25最接近的哺乳动物同源物(图1i)。

图1.对秀丽隐杆线虫的正向遗传筛选发现PTR-25Ptchd1是阿片类药物耐受的调节因子

最后,作者通过在tgMOR神经系统中转基因表达人类的Ptchd1来测试Ptchd1是否影响MOR介导的阿片反应;bgg10动物。结果表示芬太尼对这些动物的超敏反应有显著的缓解作用(图1m)。总之,作者的结果提供了体内遗传证据,证明PTR-25和Ptchd1是调节阿片类药物耐受和反应性的功能同源物。

小鼠Ptchd1的扰乱增强了阿片类药物的疗效并消除了耐受

作者发现,在无药物基线时,Ptchd1 KO小鼠(Ptchd1扰乱的小鼠)和它们的WT同窝鼠(野生型小鼠)表现相同(图2a)。当系统注射吗啡时,Ptchd1 KO小鼠对药物配对室表现出更高的偏好,表明它们对吗啡奖赏效应的反应增强(图2a)。 结果进一步表明,在热板和尾部浸泡试验中,Ptchd1 KO动物的基线伤害感受阈值与WT幼崽相似(图2b,c)。然而,在两种模式下,当系统的注射吗啡时,Ptchd1 KO小鼠的镇痛反应均强于WT对照组(图2b,c)。这些结果揭示了Ptchd1抑制了阿片类药物对小鼠的镇痛作用。

当注射吗啡后,在热板试验中,WT小鼠在随后的每次吗啡应用中显示出阿片类镇痛的显著降低(图2d,e)。这伴随着痛觉过敏的发生,基线潜伏期的进行性降低证明了这一点(图2f,g)。作者观察到Ptchd1 KO小鼠不会产生耐受或痛觉过敏(图2h,k)。 剂量上升研究显示,增加吗啡对野生型小鼠的疗效恢复,增加Ptchd1 KO小鼠的镇痛,证实耐受被消除(图2l)。作者的观察表明,Ptchd1负调控小鼠对阿片类药物的行为反应和耐受性的发展,类似于其在秀丽隐杆线虫中的同源PTR-25

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图2.敲除小鼠Ptchd1可增强阿片类药物疗效并消除耐受

胆固醇介导Ptchd1对MOR的影响

先前的研究表明,一些Ptch家族成员调节胆固醇转运。因此,作者测试了Ptchd1是否通过调节胆固醇水平来影响MOR流通。通过分子生物传感器方法(图3m),作者发现过表达Ptchd1显著降低了质膜中的胆固醇含量(图3n)。 这种作用与众所周知的胆固醇消耗药物甲基-β-环糊精(MBCD)的作用相似,与直接补充胆固醇相反(图3n)。重要的是,胆固醇的缺失和富集分别增强和阻断了Ptchd1过表达对MOR内化的影响(图3o,p)。

图3.Ptchd1调控MOR的分子机制

作者进一步发现,胆固醇处理增加了对DRG放电的阿片抑制(图4a,b)。值得注意的是,在第一次注射吗啡和随后的洗脱期后,反复注射吗啡可导致相同程度的兴奋性降低(图4a,c)。因此,补充胆固醇可防止吗啡反应脱敏。 MBCD的胆固醇消耗恢复了Ptchd1 KO神经元对重复吗啡应用的反应脱敏(图4d,f)。MBCD处理同样恢复了VTA GABAergic中间神经元中增强的阿片反应和脱敏(图4g,j)。因此,在外周和中枢神经系统的不同类型神经元中,广泛观察到Ptchd1影响MOR的胆固醇相关机制。

图4.内源性神经元环境中胆固醇介导Ptchd1对MOR脱敏的作用

结 论

作者使用线虫和小鼠两种动物模型,确定了一个鲜为人知的Ptch家族受体,PTR-25Ptchd1,作为阿片类药物耐受的调节因子。研究结果表明,Ptchd1通过调节MOR以一种胆固醇依赖的方式来控制阿片类反应的脱敏。确定不同的Ptch蛋白如何影响多细胞动物中超过800个GPCRs的巨大集合,将会成为一个广阔的、令人兴奋的未来研究领域。

参考文献

Maza, N., Wang, D., Kowalski, C. et al. Ptchd1 mediates opioid tolerance via cholesterol-dependent effects on μ-opioid receptor trafficking. Nat Neurosci (2022). https://doi.org/10.1038/s41593-022-01135-0

编译作者:Ayden(brainnews创作团队)

校审:Simon(brainnews编辑部)

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