吗啡在雄性和雌性小鼠血-视网膜屏障处的药代动力学和阿片转运体表达

Morphine pharmacokinetics and opioid transporter expression at the blood-retina barrier of male and female mice.

作者信息Casey-Tyler Berezin, Nikolas Bergum, Glenda M Torres Lopez, Jozsef Vigh
PMID37388441
发布时间2023-06-14
DOI10.3389/fphar.2023.1206104

实验完整度

包含免疫组化、qRT-PCR、LC-MS/MS和荧光外渗等多项独立实验,涵盖蛋白表达、mRNA表达、药物浓度和屏障通透性验证。

主要模型

小鼠模型(C57BL/6J背景,包括Opn4-cre、McKO、Opn4:EGFP等品系) 视网膜和脑组织样本 血-视网膜屏障(BRB)和血脑屏障(BBB) 雌性小鼠(高/低雌激素:孕酮比例分组)

重点核对

吗啡剂量:20 mg/kg,腹腔注射 处理时间:急性处理1小时,慢性处理5天每天两次,第6天最后一次注射后1小时 雌激素/孕酮比例分组(High E/P: proestrus/estrus; Low E/P: metestrus/diestrus) 转运体表达检测方法:免疫组化、qRT-PCR 屏障通透性检测方法:FITC和FITC-dextran外渗实验

摘要

阿片类药物是治疗中重度疼痛的有效镇痛药,但其使用必须与其危险副作用相权衡。对阿片类药物药代动力学的研究提供了关于药物靶向和非靶向效应的重要信息。我们最近的研究表明,在慢性全身暴露后,吗啡在小鼠视网膜中的沉积和蓄积浓度高于大脑。我们还发现P-糖蛋白(P-gp)在视网膜中的表达降低,P-gp是血脑屏障(BBB)处的主要阿片外排转运体。在本研究中,我们系统检测了三种推定的阿片转运体在血-视网膜屏障(BRB)处的表达:P-gp、乳腺癌耐药蛋白(Bcrp)和多药耐药蛋白2(Mrp2)。通过免疫组织化学,我们发现在小鼠视网膜内BRB处P-gp和Bcrp表达丰富,而Mrp2不表达。先前的研究提示P-gp表达可能受性激素调控。然而,在急性吗啡处理后,我们未发现视网膜或大脑中吗啡沉积水平存在性别差异,也未发现高或低雌激素:孕酮比例下雄性和雌性视网膜中转运体表达存在差异。重要的是,我们发现P-gp的表达与视网膜中吗啡浓度显著相关,而Bcrp则无此相关,提示P-gp是BRB处的主要阿片转运体。此外,荧光外渗研究显示,慢性吗啡处理并未改变BBB或BRB的通透性。总之,这些数据提示,P-gp表达降低介导了全身给药后视网膜吗啡的蓄积,进而可能影响昼夜光授时。

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
血-视网膜屏障处哪些转运体参与吗啡的转运,以及性别和性激素是否影响其表达和吗啡药代动力学?
核心机制
P-gp(而非Bcrp)是视网膜中吗啡的主要外排转运体,其表达降低导致视网膜吗啡蓄积。
主要证据
免疫组化显示P-gp和Bcrp在iBRB表达,Mrp2不显著;Spearman相关分析显示P-gp表达与视网膜吗啡浓度显著正相关(ρ=0.43,p=0.036)。
研究意义
该研究为理解阿片类药物在视网膜的蓄积及其潜在影响(如昼夜光授时)提供了机制依据,可能有助于开发针对阿片诱导睡眠障碍的治疗策略。

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

评估BCRP和MRP2 mRNA在视网膜的表达

确认BCRP和MRP2在视网膜的表达水平,为后续蛋白研究提供基础

使用先前盐水处理的视网膜RNA,通过qRT-PCR检测Bcrp和Mrp2相对于β-actin和Tbp的表达。

2

免疫组化定位P-gp、Bcrp和Mrp2在视网膜的表达

确定三种转运体在血-视网膜屏障的蛋白表达和定位

对小鼠视网膜冷冻切片和整装制备进行免疫组化染色,使用occludin标记血管,共聚焦显微镜观察,并计算共定位系数。

3

急性吗啡处理后检测吗啡浓度和转运体表达

比较雄性和不同动情周期雌性小鼠在急性吗啡处理后吗啡沉积和转运体表达的差异

小鼠接受单次吗啡注射(20 mg/kg),1小时后收集血浆、大脑和视网膜,通过LC-MS/MS检测吗啡浓度,通过qRT-PCR检测P-gp和Bcrp mRNA表达。

4

慢性吗啡处理对转运体表达的影响

评估慢性吗啡暴露是否改变Bcrp表达(以及P-gp,基于先前研究)

小鼠接受慢性吗啡(20 mg/kg,每天两次,共6天)或盐水,最后一次注射后1小时收集视网膜和脑,通过qRT-PCR检测Bcrp表达。

5

相关性分析:转运体表达与吗啡沉积的关系

确定P-gp和Bcrp表达是否与视网膜和脑的吗啡浓度相关

结合雄性和雌性数据(n=24),使用Spearman相关分析评估转运体表达与组织吗啡浓度的关系。

6

屏障通透性评估

检测慢性吗啡处理是否改变血脑屏障和血-视网膜屏障的通透性

使用FITC或FITC-dextran经心灌注,通过荧光成像评估PVN和视网膜毛细血管的外渗。

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。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
评估药物分布
评估体内效果

产品清单

实验环节名称品牌货号
Branson Bransonic® 5800超声波清洗器Emerson Electric Co.--
BeadBug™ 3位微管珠磨均质器Benchmark Scientific, Inc.--
Phenomenex Strata-X-Drug B固相萃取柱Phenomenex--
安捷伦1290超高效液相色谱Agilent--
安捷伦6460三重四极杆质谱仪Agilent--
抗P-糖蛋白抗体Abcamab170904
抗Bcrp抗体EnzoALX-801-036
抗Mrp2抗体Biossbs-1092R
抗occludin抗体Invitrogen33-1500
DAPIAdvanced Cell Diagnostics--
Vectashield Plus抗淬灭封片剂Vector Laboratories--
蔡司LSM 900共聚焦显微镜Carl Zeiss--
Extracta Plus RNA提取试剂盒Quantabio--
qScript cDNA合成预混液Quantabio--
GoTaq®探针qPCR预混液ProMega--
CFX96 Touch实时荧光定量PCR检测系统BioRad--
异硫氰酸荧光素ThermoScientific46424
FITC-葡聚糖10kDaFisher ScientificF0918100MG
徕卡振动切片机 (VT1200S)Leica--
Fluriso(异氟烷)VetOne--

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
动物处理
小鼠品系(如C57BL/6J背景)、年龄(8-26周)、光照周期(12h:12h)、吗啡剂量(20 mg/kg)、给药途径(i.p.)、处理时间(急性1小时或慢性5天每天两次加第6天一次)
阅读提示:Materials and methods - Animals, Morphine treatment
雌激素/孕酮分组
阴道涂片评估动情周期,分组标准(High E/P: proestrus/estrus; Low E/P: metestrus/diestrus)
阅读提示:Materials and methods - Estrous staging and grouping
吗啡浓度检测
LC-MS/MS方法参数(色谱柱、流动相、内标D6-morphine、检测限)、组织样本处理(视网膜、脑、血浆)
阅读提示:Materials and methods - Morphine analysis by liquid chromatography tandem-mass spectrometry
转运体表达检测
qRT-PCR引物序列(表1)、参考基因(β-actin和Tbp)、数据处理方法(ΔΔCt法)
阅读提示:Materials and methods - Quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR)
免疫组化
抗体浓度、抗原修复步骤、共聚焦成像参数、共定位分析(Manders系数、Costes检验)
阅读提示:Materials and methods - Immunohistochemistry
屏障通透性
FITC或FITC-dextran浓度、灌注速度、泄漏指数计算方法
阅读提示:Materials and methods - Fluorescence extravasation assays