新型前庭性偏头痛样大鼠模型中自噬失调、神经信号通路和肠脑轴的研究:对发病机制的启示

Dysregulated autophagy, neural signaling pathways and gut-brain axis in a novel vestibular migraine-like rat model: implications for pathogenesis

作者信息Yanan Huang, Hongyan Li, Qihui Chen, Qijun Yu, Changman Zhang, Shanshan Shi, Yanxue Ren, Tingting Sun, Qingling Zhai, Jiarong Ban, Changchang Ying, Yonghui Pan
PMID41146061
发布时间2025-10-27
DOI10.1186/s10194-025-02170-5

实验完整度

包含行为学表型验证、分子通路分析(WB/ELISA/IF)、患者样本验证、动物模型建立、16S rRNA测序和代谢组学等多层级实验。

主要模型

VM样大鼠模型(SD大鼠,NTG+旋转刺激) 慢性偏头痛大鼠模型(SD大鼠,NTG) 眩晕大鼠模型(SD大鼠,旋转刺激) 临床患者样本(VM、CM、HC)

重点核对

雄性SD大鼠,6周龄,体重200-250g,随机分为4组,每组10只 NTG皮下注射剂量10mg/kg,隔日注射(第1、3、5、7、9天) 旋转刺激:加速度16°/s²至120°/s,减速度48°/s²至0°/s,暂停1秒,反向旋转,持续2小时 行为学测试:眶周机械痛阈(Von Frey)、甩尾实验(46±0.1°C)、平衡木穿越时间、运动病指数评分 临床样本:VM、CM、HC各15例,血浆ELISA检测自噬蛋白

摘要

背景:前庭性偏头痛(VM)的病理生理学仍不完全清楚,部分原因是缺乏能复现其前庭-伤害性双重表型的经过验证的动物模型。本研究旨在建立VM样大鼠模型,并探讨相关机制以及肠道菌群/血清代谢组学的改变。方法:使用雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠,通过颈背部皮下注射硝酸甘油联合变速旋转刺激建立VM样大鼠模型。进行行为学测试,包括机械和热痛阈测试、平衡木穿越和运动病(MS)指数,以评估前庭和伤害性表型。分子分析包括ELISA/WB/IF检测血液或脑组织(三叉颈复合体(TCC)、前庭核(VN)、丘脑和小脑)中TRP通道、CGRP、NMDAR1-CaMKII-CREB通路和自噬标志物。对肠道菌群(16S rRNA测序)和血清代谢组学(非靶向LC-MS)进行分析。生物信息学利用OMIM、GeneCards和GSE157495数据集。结果:VM样大鼠表现出显著的机械/热痛觉过敏、平衡木穿越时间延长和MS指数评分升高(p<0.05)。分子分析显示血液中TRPA1/TRPV1/TRPM8上调,TCC/VN中CGRP增加(p<0.05),VN中NMDAR1-CaMKII-CREB通路激活,且VM患者和VM样大鼠均出现自噬流受损(LC3-II↑,P62↑;p<0.05)。肠道菌群显示均匀度降低,乳杆菌属、HT002和双歧杆菌属增加;而毛螺菌科NK4A136群、毛螺菌科未分类和乳杆菌属减少。血清代谢组学显示鞘磷脂/磷脂酰胆碱/磷脂酰乙醇胺减少,2-酮丁酸/GABA增加,并富集于氨基酸代谢、鞘脂信号和维生素通路。结论:这个经过验证的VM样大鼠模型复现了VM的核心临床和分子特征。肠道菌群失调和血清代谢紊乱为VM发病机制中的肠脑轴提供了新的见解,提示了潜在的治疗靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
前庭性偏头痛的发病机制尚不完全清楚,且缺乏有效动物模型。本研究旨在建立并验证一种新型VM样大鼠模型,并探讨其相关机制及肠道菌群和血清代谢组学改变。
核心机制
VM样大鼠模型通过NTG和旋转刺激激活TRP通道(TRPA1/TRPV1/TRPM8),上调CGRP,激活NMDAR1-CaMKII-CREB通路,并损害自噬流(LC3-II和P62积累)。此外,肠道菌群失调和血清代谢紊乱(如鞘磷脂减少、2-酮丁酸和GABA增加)可能通过肠脑轴参与VM发病。
主要证据
行为学显示机械/热痛觉过敏、平衡时间延长和MS指数升高;分子检测显示血液中TRPA1/TRPV1/TRPM8上调,TCC/VN中CGRP增加,VN中NMDAR1-CaMKII-CREB通路激活,自噬流受损(LC3-II和P62在患者和大鼠中均升高);16S rRNA测序和代谢组学显示菌群和代谢物改变。
研究意义
本研究验证了VM样大鼠模型作为机制研究平台的可靠性,并首次整合描述了VM中的肠脑轴改变,提示肠道菌群和代谢物可能作为VM的潜在治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

模型建立

建立并验证能够复现VM核心临床特征的VM样大鼠模型。

使用雄性SD大鼠,通过颈背部皮下注射NTG(10 mg/kg)联合变速旋转刺激(第1、3、5、7、9天),建立VM样模型,并设置SHAM、CM、V对照组。

2

行为学表型评估

评估VM样大鼠的前庭和伤害性表型。

进行眶周机械痛阈测试(Von Frey)、甩尾实验(热痛阈)、平衡木穿越时间、运动病指数评分,比较不同组间的差异。

3

分子机制分析

检测VM相关通路蛋白表达变化。

采用ELISA检测血液中TRPA1、TRPV1、TRPM8和CGRP;Western blot检测脑组织(TCC、VN、丘脑、小脑)中CGRP、NMDAR1-CaMKII-CREB通路蛋白和自噬标志物(LC3-II/LC3-I、P62);免疫荧光检测TNC和VN中CGRP表达。

4

临床样本验证

验证VM患者是否存在自噬流受损。

收集HC、CM、VM患者血浆,使用ELISA检测自噬相关蛋白LC3、LC3-II、Beclin1、P62水平。

5

肠道菌群分析

分析VM样大鼠肠道菌群组成和多样性变化。

收集粪便样本,提取DNA,扩增16S rRNA V3-V4区域,进行Illumina NovaSeq测序,分析α多样性和β多样性,并比较组间菌群丰度差异。

6

血清代谢组学分析

分析VM样大鼠血清代谢物变化。

采集血清,进行非靶向LC-MS/MS分析,鉴定差异代谢物,并进行KEGG通路富集分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
硝酸甘油Shandong Shenglu Pharmaceutical Co., Ltd.--
LC3 ELISA试剂盒Jianglai Industrial Limited By Share LtdJL46174
LC3-II ELISA试剂盒Jianglai Industrial Limited By Share LtdJL44988
Beclin1 ELISA试剂盒Jianglai Industrial Limited By Share LtdJL20091
P62 ELISA试剂盒Jianglai Industrial Limited By Share LtdJL49293
αCGRP ELISA试剂盒Jianglai Industrial Limited By Share LtdJL10569
RIPA裂解液Saiwen Innovation--
BCA蛋白定量试剂盒Saiwen Innovation--
ECL化学发光液Biosharp--
Hybond-NC膜PALL--
CGRP抗体Abcamab283568
C-Fos抗体Cell Signaling Technology2250
NMDAR1抗体AbclonalA7677
CAMK2抗体Proteintech13730-1-AP
p-CAMK2-T286抗体AbclonalAP0255
CREB抗体ImmunowayYT1097
p-CREB-s133抗体AbclonalAP0019
LC3B抗体AbclonalA19665
P62抗体AbclonalA19700
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
β-微管蛋白抗体AffinityT0023
抗兔IgG(HRP)ImmunowayYS0004
抗鼠IgG(HRP)AbclonalAS003
牛血清白蛋白Solarbio--
DAPIWuhan Bolf Biotechnology Co., Ltd.--
E.Z.N.A.®粪便DNA提取试剂盒--D4015
AMPure XT磁珠----
Vanquish超高效液相色谱Thermo--
BEH Amide色谱柱Waters--
Orbitrap Exploris 120质谱仪Thermo--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
雄性SD大鼠,6周龄,200-250g;NTG剂量10mg/kg s.c.;注射时间(第1、3、5、7、9天);旋转刺激参数(16°/s²加速至120°/s,48°/s²减速至0°/s,暂停1秒,反向旋转);每组10只
阅读提示:Materials and methods: Animals, Experimental groups
行为学测试
Von Frey测试起始2.0g,Dixon up-down法;甩尾实验温度46±0.1°C,截止40秒;平衡木尺寸190×2.5cm;MS指数评分标准
阅读提示:Materials and methods: Behavioral tests, Figure 3 legend
分子检测
ELISA试剂盒货号;Western blot抗体稀释比例;脑组织取材区域(TCC、VN、丘脑、小脑);内参蛋白
阅读提示:Materials and methods: ELISA, Western blot, Table 2
16S rRNA测序
DNA提取试剂盒;引物341F/806R;PCR条件;测序平台;生物信息学分析流程
阅读提示:Materials and methods: Fecal 16S rRNA gene sequencing and analysis
血清代谢组学
样本处理流程;LC-MS/MS参数;代谢物鉴定数据库;统计阈值
阅读提示:Materials and methods: Serum untargeted metabolomics and data analysis