糖尿病为什么让神经短路?从大鼠模型看痛觉信号的放大真相
全球超一半的糖尿病患者正在经历周围神经病变(diabetic peripheral neuropathy,DPN),在这些患者中20~30%的人都会经历糖尿病周围神经痛(DPNP)。高血糖通过多种途径损伤周围神经,表现为:
这些复杂的神经病变反应,使得DPNP的治疗面对极多的挑战。选择一个适合的动物模型作为临床前研究的治疗对象能加快药物和机制的研究。
选择成年的SD大鼠或Wistar大鼠均可诱导DPNP。雄鼠有着更均一的疼痛反应,而雌性受到激素的调控,其疼痛反应更复杂。通过von Frey检测筛除足底疼痛阈值过高或过低的动物(这一结果随动物的周龄变化)。
相较Ⅱ型糖尿病周围神经痛模型需要面临长达数周的高脂高糖饲喂,仅由链脲佐菌素(STZ)诱导的Ⅰ型糖尿病发病更迅速。STZ是一种葡萄糖类似物,可被胰岛β细胞上的GLUT2转运体选择性摄取,通过破坏DNA引起β细胞死亡,使胰岛素分泌不足,从而诱发Ⅰ型糖尿病样高血糖。大量的研究已经表明STZ的剂量与DPNP的发病速度在一定范围内呈正相关。
药康生物选用65mg/kg的剂量构建DPNP,空腹血糖高于11.1 mmol/L即认为模型构建成功。
DPNP的疼痛变化窗较为特殊,动物会经历从不痛到疼痛再到不痛的过程,这一过程表明神经的损伤逐步加重。
STZ注射后动物易出现严重的低血糖,需要密切观察。
STZ诱导后,大鼠的体重即开始降低,血糖远高于对照组,表明Ⅰ型糖尿病模型构建成功,这是DPNP构建成功的基础。
*: p < 0.05; **: p < 0.01; ***: p < 0.001; ****: p < 0.0001
图1 STZ诱导的大鼠出现体重降低、空腹血糖和随机血糖的升高
从DPN发展到DPNP至少需要2w的时间:在STZ注射后15d观察到足底机械痛觉过敏,在D27时机械痛阈值降至最低。热痛则是逐步降低,在注射STZ后5w出现相较于对照明显降低(P<0.05)。这些行为学异常共同反映了持续性痛觉过敏和超敏反应的成功建立,模拟了DPNP患者的临床疼痛特征。
*: p < 0.05; **: p < 0.01; ***: p < 0.001; ****: p < 0.0001
图2 STZ诱导后大鼠出现机械痛阈值和热痛阈值均降低
DPNP的疾病机制具有多维度多通路的特征,这些因素共同构成糖尿病导致周围神经"短路"的结构与分子基础——脱髓鞘让神经信号无法正常传导,离子通道改变让神经元过度兴奋,最终形成"放大版"的疼痛信号。
药康生物就各种离子通道在背根神经节(DRG)上的mRNA的变化做出时间线和空间上的解答。
*: p < 0.05; **: p < 0.01; ***: p < 0.001; ****: p < 0.0001
图3 Ⅰ型糖尿病周围神经痛大鼠各节段的DRG上的(A)Nav1.7(SCN9A)、(B)Nav1.8(SCN10A)、(C)Nav1.9(SCN11A)、(D)TRPV1和(E)TRPA1的mRNA表达变化。
从大鼠模型到临床患者,糖尿病周围神经病理性疼痛的机制探索仍在不断深入。药康生物通过STZ诱导的大鼠模型以其简便、稳定、可重复的特点,为DPNP研究提供了重要平台。未来,随着对离子通道、炎症通路、脱髓鞘机制等认识的不断深入,以及新治疗靶点的开发,有望为DPNP患者创造更精准、更有效的治疗选择。