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骨癌痛是临床晚期癌症患者常出现的并发症,不仅给病人带来无限痛苦、降低其生活质量,而且增加了家庭的经济负担。现实中,一些癌症如乳腺癌、前列腺癌和肺癌经常从患病部位发生骨转移,引起骨癌痛。它一种难以控制的慢性疼痛。因此,为了减轻患者的痛苦,改善患者的生活质量,迫切需要开发安全、疗效确切的治疗癌痛的药物,而研究骨癌痛发展的病理机制则为治疗癌痛药物的开发起到极大地促进作用。近年来数个能够模拟临床癌痛的骨癌痛模型被成功建立,为骨癌痛的临床前研究奠定了实验基础。
D-型氨基酸氧化酶(D-amino acid oxidase,DAAO,EC1.4.3.3)是一种广泛存在于生物体过氧化物小体内以核黄素(FAD)为辅基的黄素酶,它可立体特异性型的以D-型氨基酸为底物,使之氧化脱氨生成相应的α-酮酸、氨和过氧化氢。在哺乳动物体内,主要表达在肾脏、肝脏和中枢神经系统(包括低脑干、小脑和脊髓中),仅分布在星形胶质细胞。Kings Lab最近研究发现:D-型氨基酸氧化酶可能是一种治疗慢性疼痛的潜在性靶点分子;并初步提出假设:该D-型氨基酸氧化酶作为靶点的镇痛机制可能是通过降低脊髓过氧化氢的含量而起到镇痛作用。众所周知,活性氧与疼痛的发生和调节密切相关。目前文献报道的DAAO抑制剂有苯甲酸钠、AS057278(5-methylpyrazole-3-carboxylic acid)、compound2(3-hydroxyquinolin-2-(1H)-one)、CBIO(5-chloro-benzo[d] isoxazol-3-ol)等,而CBIO则是目前已知特异性最佳、效能最高的DAAO抑制剂。因此,本课题针对DAAO抑制剂CBIO对由癌细胞诱导的骨癌痛(慢性疼痛)的作用进行了研究和探讨,并对DAAO特异性抑制剂CBIO的镇痛作用机制进行了初步的探讨。
为了研究脊髓DAAO是否是治疗骨癌痛的分子靶标,我们首先成功建立了大鼠骨癌痛模型。注射Walker256大鼠乳腺癌细胞到Sprague-Dawley大鼠胫骨骨髓腔内诱导骨癌痛模型。手术后,分别通过电子Von Frey纤维和辐射热刺激方法检测了大鼠双侧后肢爪缩脚反应阈值(paw withdrawal threshold,PWT)和爪缩脚反应潜伏期(paw withdrawal latency,PWL)。胫骨孵育Walker256癌细胞能够时间依赖性的诱导手术侧爪缩脚反应阈值(PWT)的降低,手术15天后达到最低值,并且维持该水平至少数周;而非手术侧PWT对机械性刺激的敏感度没有显著性变化。同样,热辐射引起的双侧爪缩脚反应潜伏期在检测的各个时间点也没有出现显著性的变化。因此,胫骨内孵育Walker256癌细胞可产生机械性疼痛超敏,但不诱导热痛敏。
其次,考察了大鼠胫骨内注射Walker256乳腺癌细胞后是否影响骨癌痛大鼠脊髓DAAO mRNA、蛋白及其酶活性变化,同时也检测了Walker256癌细胞对大鼠脊髓GFAP(glial fibrillary acidic protein) mRNA和蛋白表达的影响。运用实时荧光定量PCR、western blot、酮酸法等分子生物学技术对其进行了检测。结果发现胫骨内孵育Walker256细胞能够时间依赖式的升高脊髓DAAO mRNA、蛋白和酶活性;而且GFAP mRNA和蛋白也被调高,提示大鼠脊髓星形胶质细胞被大量活化。
再次,验证了DAAO特异性抑制剂CBIO能否对骨癌痛产生镇痛作用,利用电Von Frey法检测系统性和鞘内注射CBIO骨癌痛大鼠双侧足爪缩脚反应阈值的变化,以考察两种给药方式的镇痛效果。研究发现不管是鞘内或是皮下注射CBIO皆可剂量依赖性和时间依赖性对骨癌痛产生抑制作用,抑制效果达46-48%;作用时间持续至少2小时,作用峰值时间在给药后1小时;且不管是鞘内注射还是系统性注射CBIO对非手术侧脚足爪缩脚反应阈值没有显著性影响。同时初步探讨了DAAO抑制剂CBIO对骨癌痛产生镇痛作用的作用机理,研究发现CBIO抑制脊髓DAAO活性,降低了脊髓过氧化氢的产生,进而导致脊髓星形胶质细胞活化的减轻,从而产生镇痛作用。
最后,疼痛耐受性限制了镇痛药物临床治疗中的使用;因此,我们研究了DAAO特异性抑制剂CBIO能否产生疼痛耐受性。连续7天(b.i.d)皮下注射CBIO,用电子Von Frey法检测骨癌痛大鼠双侧后肢足爪缩脚反应阈值的变化。研究表明:连续7天(b.i.d)皮下注射CBIO没有产生疼痛耐受性以及与吗啡产生交叉耐受性;不仅如此,共同注射CBIO和吗啡对骨癌痛产生叠加镇痛作用;同时连续皮下注射CBIO能够反转吗啡诱导疼痛耐受性和反转吗啡诱导的μ阿片受体表达的降低。
综上所述,胫骨接种Walker256大鼠乳腺癌细胞能够诱导机械性疼痛,但不产生热痛;而且机械性疼痛的发展过程与DAAO mRNA、蛋白以及酶活性的调高保持同步发生,同时,以GFAP为生物标记物的星形胶质细胞也被大量活化;DAAO特异性抑制剂CBIO通过抑制脊髓DAAO酶活性能够有效阻断骨癌痛,其作用机制可能是通过降低脊髓过氧化氢的含量,从而反转星形胶质细胞的活化,进而产生镇痛效应;此外,DAAO特异性抑制剂CBIO不产生疼痛耐受性以及和吗啡产生交叉耐受性, CBIO和吗啡共同注射能够产生叠加镇痛效应;同时能够反转吗啡诱导的疼痛耐受性可能是由于其反转了吗啡诱导的μ阿片受体表达的降低。因此,DAAO特异性抑制剂可能为慢性骨癌痛的治疗提供新的希望。