Cells | DESI-MSI空间代谢组技术：解密内源性大麻素在神经性疼痛中的作用机制

鹿明生物

2023.8.08

作者欧易生物

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研究背景

一般认为，内源性大麻素通过中脑导水管周围灰质（Periaqueductal Gray，PAG）、脊髓背角（dorsal horn of the spinal cord）以及背根神经节（dorsal root ganglion）的CB1受体（一种大麻素受体）发挥抗痛作用，因此内源性大麻素被认为是一种新的治疗方法。但是内源性大麻素是按需产生且代谢较快，很难对它们进行分析。因此，内源性大麻素对神经性疼痛的影响认识不清楚的。近年来，2-花生四烯酰甘油（2-arachidonoylglycerol，2-AG）被确认是一种内源性大麻素，且在脑中的含量是大麻素（anandamide）的50-200倍，而且有研究表明，水浸压力会使小鼠下丘脑（hypothalamus）、后脑（hindbrain）和中脑（midbrain）中的2-AG含量。但是2-AG在大脑或其他组织中因其他应激反应的表达和分布仍是未知的。另外，在急性和慢性疼痛的大鼠模型中，脊髓中的内源性大麻素水平有所提高。CB1受体蛋白在保留性神经损伤（spare nerve injury，SNI）大鼠模型的受伤脊髓中上调，其中部分坐骨神经结扎导致脊髓背角变性，导致异常疼痛。然而，这些研究没有涉及到2-AG的分布或者作用。因此，2-AG在SNI中的功能也是不清楚的。因此为解决这两个问题，作者使用DESI-MSI空间代谢组技术探究了2-AG在SNI小鼠神经性疼痛模型的大脑和脊髓中的分布。

02前言

2022年11月，日本浜松大学医学院矫形外科系Kenta Kurosu课题组在Cells期刊发表的题为 “Expression and Kinetics of Endogenous Cannabinoids in the Brain and Spinal Cord of a Spare Nerve Injury (SNI) Model of Neuropathic Pain” 的研究成果，通过DESI-MSI空间代谢组研究方法，研究了神经疼痛模型中内源性大麻素2-AG在脑及腰脊髓中的分布，为深入研究内源性大麻素发挥抗痛作用的机制提供了理论依据。

研究思路

研究方法

研究材料

（1）假手术组；

（2）SNI模型组；

（3）每组分别用9只小鼠在建模时建立基线，用于行为学研究；后分别在第3、7、21天时，每组取3只小鼠进行空间代谢组实验。

研究技术

（1）行为学测试；

（2） DESI-MSI空间代谢组技术；

研究结果

1、SNI造模对小鼠逃跑行为的影响

首先作者考察了SNI模型对小鼠逃跑行为的影响，发现SNI组显示出较低的逃跑行为阈值（图1）。

图1 von Frey 行为测试的时间序列结果

2、SNI小鼠下丘脑中2-AG的分布

然后作者考察了术后3、7、21天时，小鼠脑中的2-AG水平变化，发现不仅SNI组全脑中的2-AG水平要显著低于假手术组，在下丘脑中也存在类似趋势（图2）。

图2 2-AG在SNI小鼠大脑横截面丘脑水平的分布

3、SNI小鼠中脑导水管周围灰质中2-AG的分布

随后作者又考察了中脑导水管周围灰质（Periaqueductal Gray，PAG）中2-AG的相应变化，结果发现，SNI组在术后第3天、第7天时中脑、上丘（superior colliculus）、网状结构（reticular formation）以及PAG中的2-AG水平显著低于假手术组（图3）。而到了第21天时，两组的2-AG水平在中脑和PAG中没有差异。

图3 在小鼠大脑的PAG区域检测2-AG

4、SNI小鼠腰脊髓中2-AG的分布

在考察完2-AG在脑中的分布差异后，作者对腰部脊髓的2-AG水平进行了研究，发现，SNI小鼠的2-AG水平在术后第3、第7天时出现了显著增加，而在第21天时，与假手术组相比，SNI小鼠的2-AG无显著变化。

图4 2-AG在腰部脊髓横截面上的分布

研究结论

这项研究显示，与假手术组相比，SNI小鼠在受伤后的急性和亚急性阶段表现出2-AG含量的减少，特别是在下丘脑和PAG。这一发现表明，2-AG与神经性疼痛条件下较低的疼痛阈值有关。相反，2-AG在脊髓髓质中表达增加，这表明了2-AG在疼痛控制中的重要性。因此，2-AG可能是治疗神经性疼痛的一个潜在目标。

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本文思路简单，而且只用DESI-MSI空间代谢组技术考察了SNI模型中，脑及腰脊髓的2-AG分布。其实可以做更多的事情，比如可以综合比较神经疼痛与否状态下，脑及腰脊髓中更多代谢物的变化，进一步研究2-AG这种内源性大麻素的产生机制以及抗痛机制。本研究的亮点在于，作者在进行DESI-MSI时，将2-AG标品涂抹于玻片上，以确保在样本中检测到了2-AG。在这方面，鹿明空间代谢组也正在开发更进一步的质控与检测体系，并获得了上海市“科技创新行动计划”的立项和资助。鹿明生物希望与关注空间代谢组技术的同仁、学者、专家一起推动空间多组学产品线向“严”“精”“深”方向迈进。

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可实现定性代谢物数量：1000-3000个代谢物

无偏好性检测代谢物：:70%为700Da以下的小分子物质，30%为脂质类物质，更加适合代谢组学研究方向；

1. 参考文献

Kurosu K, Islam A, Sato T, et al. Expression and Kinetics of Endogenous Cannabinoids in the Brain and Spinal Cord of a Spare Nerve Injury (SNI) Model of Neuropathic Pain[J]. Cells, 2022, 11(24): 4130. DOI: 10.3390/cells11244130.

文末看点｜lumingbio

上海鹿明生物科技有限公司是欧易生物旗下从事蛋白质组及代谢组质谱检测的专业质谱组学服务公司。公司建有空间代谢组商业服务平台，深耕质谱组学检测分析，具体包括空间代谢组、双平台代谢组、靶向代谢组、TMT标记定量蛋白组、翻译后修饰蛋白组、4D-DIA蛋白组、单细胞及超微量蛋白组、空间蛋白组等。创新质谱组学平台广泛应用于机制解析、分型诊断、标志物筛选、药靶发掘等多个领域。公司并先后获得高新技术企业、上海市专精特新企业并建有院士专家工作站，自有包括tims tof pro2在内的各类大型质谱近二十台套，年服务项目超2000项。鹿明生物协助合作伙伴发表SCI论文近千篇，成功打造以硬数据、好服务为基础，以空间代谢组为特色的质谱组学检测服务公司品牌。