基于原代培养背根神经元兴奋性研究东亚钳蝎毒素治疗神经性疼痛的物质基础以及作用靶点

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81473539
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3303.中西医结合研究新技术与新方法
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Neuropathic pain is a common phenomenon in the clinic. Although the mechanisms are diverging, the abnormal neuronal firing is thought to be the converging point responsible for the neuropathic pain. Therefore, inhibition of the neuron excitability may confer useful analgesic strategy. The Chinese Scorpion (Buth Martensii Karch) is widely used in clinic to treat several diseases especially neuropathic pain.We and others have discovered several analgesic peptides from the crude venom, however, the analgesic effect of these pure peptides is much less potent and less efficacious than the crude venom, warranting the significance of further investigating the analgesic components in the scorpion venom. We therefore hypothesize that some peptides with strong analgesic effect have not been discovered, or different analgesic peptides in the crude venom which can interact with distinct sites within the same receptor or the sites between the distinct receptors or signaling pathways can act synergistically or in an additive manner to relieve the pain. We therefore aim to 1: Systematically investigate the analgesic peptides of scorpion venom and their molecular targets based on their inhibition of the neuron excitibility; 2: Investigate the analgesic effect of distinct analgesic peptides either alone or in combination; 3: Examined the molecular targets and the selectivity of the scorpion peptides on various subtypes of receptors. To fulfill the goals, we will establish a novel rapid throughput model using primary cultured spinal cord neurons to detect the influence of the scorpion toxins on the network excitability to guide the purification and structure elucidation which will be performed by using HPLC, Edman degradation as well as various biochemical methods. We will also examine the inhibitory effect on the network excitability of the scorpion peptides in singly or in combination to evaluate their synergistic, additive or antagonistic effect. The molecular targets of the analgesic peptide will be examined in primary cultured neurons using various pharmacological and biochemical tools or in the cell lines heterologously expressed specific subtype of the ion channels/ receptors. Finally, the analgesic effect of scorpion peptides in singly or in combination will be confirmed in animal models. With our state of the art pharmacological platform coupled with latest peptide purification and identification technologies, we believe that we can elucidate the analgesic components in the scorpion crude venom and clarify their molecular targets. Furthermore, investigating analgesic effect of different combination of scorpion analgesic peptides permits us to discover better combination of scorpion peptides on the manipulation of pain. Moreover, the rapid throughput platform we established in the project will facilitate the discovery of analgesic lead compounds from Chinese Traditional Medicine and elucidation of their molecular targets and mechanisms.
神经性疼痛在临床发病广泛,虽其发病机制多样,但神经元异常放电是多种疼痛机制的汇聚点。东亚钳蝎在临床上用于治疗神经性疼痛等疾病,疗效确切。但目前分离到的多肽的镇痛活性都比粗毒弱。我们推测:蝎毒中存在镇痛活性更强的多肽或不同多肽的镇痛效果具有协同或叠加效应。本课题拟建立以背根神经元兴奋性为指标的快速体外疼痛模型,并以其为导向,利用多种技术分离并鉴定能够抑制神经元兴奋性的多肽;研究不同活性多肽的叠加或协同作用;同时利用表达受体亚型的细胞系,研究镇痛多肽的作用靶点及受体选择性。最后对能够抑制神经兴奋性的多肽用体内疼痛模型评价其疗效。本研究将建立一个全新的快速高效镇痛药物筛选模型;阐明蝎毒镇痛的物质基础,作用靶点,及不同多肽镇痛的叠加或协同作用,为治疗神经性疼痛提供新结构、新策略;也将发现受体特异性高的多肽用于研究受体结构和功能;同时也为防治神经性疼痛的中药物质基础及作用靶点的研究提供新的技术平台。

结项摘要

神经性疼痛危害严重,机制复杂。背根神经元作为痛觉传入的第一级神经元,在疼痛感觉的传导过程中起着极为重要的作用。东亚钳蝎作为传统中药之一,有息风镇痉、通络止痛、攻毒散结之功效。本课题在国家自然科学基金的资助下,建立了背根神经元神经网络钙振荡模型,并利用化合物对钙振荡的影响,利用多种技术从东亚钳蝎蝎毒中分离得到并鉴定了17个毒素的序列,以及21个分子量新颖的毒素;利用钙振荡模型对蝎毒素及天然产物进行了筛选,发现了一系列天然小分子化合物,譬如苦木碱庚(DHCT),大花紫玉盘醇类化合物(UGs)以及小部分蝎毒毒素能够抑制神经网络钙振荡,在动物CCI神经性疼痛模型上,DHCT和UGD能够显著抑制神经性疼痛。研究中发现部分蝎毒素能够增加神经元的内钙水平,作用机制研究发现其能够延缓钠离子通道的失活过程,在小脑颗粒细胞能够引起神经元死亡,然而此类毒素在背根神经元细胞具有神经营养作用,能够刺激神经突的生长,可能与神经元的修复相关;另一类蝎毒毒素能够增加背根神经元的钙振荡频率和振幅,抑制钾离子通道,对背根神经元具有神经营养作用,刺激神经突的生长,并在动物CCI神经性疼痛模型上显著抑制疼痛。此研究工作表明,蝎毒素对疼痛的治疗作用可能是通过蝎毒素的神经营养作用,从而修复神经元,产生镇痛效果。同时本研究建立了多个表达不同离子通道亚型的细胞系,并建立了相应的快速发现靶点特异性配体的研究方法,为研究化合物的靶点特异性提供了研究平台。本研究建立了一个全新的快速高效镇痛药物筛选模型,依据此模型能够快速发现神经系统活性物质,同时依据化合物对钙振荡影响的表型,可以初步确定化合物的作用靶点;利用此方法,发现了具有神经系统活性的蝎毒毒素和天然小分子化合物,初步阐明了蝎毒的物质基础以及部分毒素的作用靶点。本研究将为研究防治神经性疼痛的中药物质基础及作用靶点提供新的技术平台,同时有望发现治疗神经性疼痛的先导化合物。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The natural scorpion peptide, BmK NT1 activates voltage-gated sodium channels and produces neurotoxicity in primary cultured cerebellar granule cells
天然蝎肽 BmK NT1 激活电压门控钠通道并在原代培养的小脑颗粒细胞中产生神经毒性
  • DOI:
    10.1016/j.toxicon.2015.11.005
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Toxicon
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Xiaohan Zou;Yuwei He;Jinping Qiao;Chunlei Zhang;Zhengyu Cao
  • 通讯作者:
    Zhengyu Cao
Development of a Rapid Throughput Assay for Identification of hNav1.7 Antagonist Using Unique Efficacious Sodium Channel Agonist, Antillatoxin.
使用独特的有效钠通道激动剂抗鱼毒素开发快速通量测定法来鉴定 hNa(v)1.7 拮抗剂
  • DOI:
    10.3390/md14020036
  • 发表时间:
    2016-02-16
  • 期刊:
    Marine drugs
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Zhao F;Li X;Jin L;Zhang F;Inoue M;Yu B;Cao Z
  • 通讯作者:
    Cao Z
Cardiotoxicity screening: a review of rapid-throughput in vitro approaches
心脏毒性筛查:体外快速通量方法综述
  • DOI:
    10.1007/s00204-015-1651-1
  • 发表时间:
    2016-08-01
  • 期刊:
    ARCHIVES OF TOXICOLOGY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Li, Xichun;Zhang, Rui;Cao, Zhengyu
  • 通讯作者:
    Cao, Zhengyu
Modification of distinct ion channels differentially modulates Ca(2+) dynamics in primary cultured rat ventricular cardiomyocytes.
不同离子通道的修饰差异调节原代培养的大鼠心室心肌细胞中的 Ca2+ 动力学
  • DOI:
    10.1038/srep40952
  • 发表时间:
    2017-01-19
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li X;Shen L;Zhao F;Zou X;He Y;Zhang F;Zhang C;Yu B;Cao Z
  • 通讯作者:
    Cao Z
Activation of sodium channels by α-scorpion toxin, BmK NT1, produced neurotoxicity in cerebellar granule cells: an association with intracellular Ca2+ overloading
α-蝎毒素 BmK NT1 激活钠通道,在小脑颗粒细胞中产生神经毒性:与细胞内 Ca2 超载有关
  • DOI:
    10.1007/s00204-016-1755-2
  • 发表时间:
    2017-02-01
  • 期刊:
    ARCHIVES OF TOXICOLOGY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    He,Yuwei;Zou,Xiaohan;Cao,Zhengyu
  • 通讯作者:
    Cao,Zhengyu

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    周宝萍;张春磊;邹筱涵;徐坚;李彦;李熙莼;柴程芝;曹征宇
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    曹征宇
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  • DOI:
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    2022
  • 期刊:
    生命科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈晨晖;陈曦;曹征宇;杨晓娜
  • 通讯作者:
    杨晓娜
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    2021
  • 期刊:
    药学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    薛淑文;张凡;曹征宇
  • 通讯作者:
    曹征宇

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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