揭秘川芎的神奇力量：代谢组学与分子生物学揭示其缓解偏头痛的惊人机制！
揭秘川芎的神奇力量：代谢组学与分子生物学揭示其缓解偏头痛的惊人机制！
偏头痛是一种常见的神经系统疾病，其发病率和致残率均较高。目前，虽然存在多种治疗方案，但都无法根治。川芎作为传统中药材，近年来通过现代科学研究揭示了其缓解偏头痛的机制。
偏头痛是一种最普遍的神经系统疾病，其发病率和致残率均较高。该疾病以反复发作的严重头痛为特征，并常伴有恶心、呕吐以及对光线和声音的敏感等症状，严重时会降低患者的生活质量。偏头痛的成因通常涉及遗传因素、神经调节失衡以及血管异常，然而其病理生理机制尚未完全明了。目前，尽管存在诸如三叉神经阻滞剂、血管收缩剂、抗抑郁药物以及替代疗法等治疗方案，但这些方法并不能为患者提供根治。因此，研发治疗偏头痛的有效药物显得尤为迫切。
川芎（CX），首次见诸于《神农本草经》，被广泛用于治疗多种脑部疾病。CX所含的生物碱能够通过提升单胺类神经递质的浓度，从而缓解由硝酸甘油（NTG）引发的偏头痛症状。研究指出，皂糖内酯I作为CX中的主要生物活性成分，能够提高小鼠的疼痛阈值，并减少由NTG引起的实验大鼠脑组织中一氧化氮（NO）水平的上升。尽管如此，关于川芎的研究尚不充分。目前，研究者正致力于探索其代谢调节物质，以期缓解偏头痛。
最近，一篇题为“Metabolomic profiling integrated with molecular exploring delineates the action of Ligusticum chuanxiong hort. on migraine”的研究文章，通过代谢组学分析与分子探索相结合的方法，探讨了川芎（LCH）水提物对NTG诱导的偏头痛模型的影响，为偏头痛的病理机制提供了新的视角。
图1 论文首页
LCH减轻NTG诱导动物的偏头痛样特征
实验期间，NTG组的大鼠体重略有下降，而LCH组和IBU组的大鼠体重则呈现出上升趋势（图2A-B）。在注射NTG后，大鼠的挠头次数有所增加，而注射LCH和IBU后，挠头次数则有所减少（图2C）。通过HE染色观察，NTG组的神经元出现了核变性、高色素性以及胞浆嗜酸性变化，而LCH和IBU显著逆转了这些神经元形态上的变化（图2D-E）。进一步的Nissl染色显示，与对照组相比，NTG组的Nissl体数量显著减少，而与NTG组相比，LCH和IBU组的Nissl体数量显著增加，这表明LCH和IBU显著减轻了神经元的损伤（图2F-G）。综上所述，应用LCH能够减轻由NTG引起的偏头痛样症状以及脑组织中的神经元损伤。
图2 LCH缓解NTG诱导的动物的偏头痛样行为
LCH逆转NTG诱导的代谢表型变化
研究采用非靶向代谢组学技术，对血清中非挥发性代谢物的变动进行了深入分析（图3A）。通过筛选程序及与代谢组学数据库的对比分析，共鉴别出1480种代谢物，其中929种在正离子模式下被检出，551种在负离子模式下被检出（图3B）。这些代谢物包括331种脂质和类脂质分子、285种有机酸及其衍生物、233种有机杂环化合物、203种苯类化合物、106种有机氧化合物、61种苯丙烷类和聚酮类化合物、46种有机氮化合物、25种核苷、核苷酸及其类似物，以及171种未分类的代谢物。
继而，研究运用主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）方法，对CON、NTG和LCH+NTG组之间的代谢差异进行了评估（图3C-F）。分析结果显示，NTG组与CON组之间存在显著的分离现象，而LCH+NTG组则趋向于与CON组接近，与NTG组形成分离。此外，该研究还通过丰度分析和随机森林分析，确定了与CON组、NTG组和LCH+NTG组之间的相似性和差异性最为相关的前15种物质（图3G-H），以进一步验证各组之间的代谢特征。
图3 NTG诱导的大鼠血清中的代谢物变化
LCH通过谷氨酸-Nrf-2信号减轻脑损伤
相较于NTG组，LCH显著提升了GSH、谷氨酸含量以及SOD活性（图4A-C），同时降低了MDA含量和LDH活性（图4D-E）。而IBU则导致谷氨酸含量、MDA和LDH活性下降，但对GSH和SOD无显著影响（图4A-E）。RT-qPCR分析揭示，LCH促进了SOD2和GCLC的表达，同时抑制了nNOS、CAT、NQO1和HO1的表达（图4F）。TUNEL染色结果表明，LCH+NTG组的阳性细胞数量显著低于NTG组。此外，与NTG组相比，LCH显著提升了GSH合成酶的关键成分GCLC和GCLM的表达，并增强了Nrf-2及其下游靶标HO1和NQO1的表达水平（图4H-K）。此外，与CON组相比，NTG刺激显著促进了iNOS的表达，而TMP处理则有效抑制了NTG诱导的大鼠脑组织中iNOS的上调（图4I-K）。因此，结果表明，LCH能够通过GSH合成酶和Nrf-2信号通路减轻NTG引起的脑损伤。
图4 LCH通过谷氨酸-Nrf-2信号抑制NTG诱导大鼠的氧化应激
LCH减轻脑组织中异常的能量代谢
具有代表性的MALDI-MSI图像揭示了注射NTG后葡萄糖在脑组织中的积累情况，以及LCH治疗后其空间分布的减少（图5A-B）。与对照组相比，NTG组的天冬氨酸衍生物（包括l-天冬氨酰-4-磷酸和N-乙酰-l-天冬氨酸（NAA））含量有所下降，这导致了神经递质（包括N-乙酰天冬氨酰谷氨酸（NAAG）和GSH）表达的降低。然而，LCH治疗显著逆转了这些代谢物的变化。在NTG组中，与ATP代谢相关的物质，如NAD、ADP、AMP、GMP、腺苷和肌苷的表达量也有所减少，而LCH能显著提升这些物质的表达量。此外，激光斑点对比成像显示，注射NTG后脑血流量显著增加，而LCH+NTG组小鼠脑血流量则显著减少（图5C）。由此可见，LCH能够通过靶向葡萄糖-GSH代谢来调节偏头痛代谢通量的异常。
图5 LCH恢复NTG诱导的大鼠脑组织中葡萄糖代谢的异常
结论
总之，LCH疗法通过积极调节葡萄糖与谷氨酸的代谢过程，并继而通过Nrf-2信号通路减轻氧化应激反应，此疗法能够减轻偏头痛发作频率及提高脑损伤疼痛阈值的效果。因此，LCH疗法可能成为缓解头痛症状的有效候选药物或膳食补充剂。
参考文献：
Xing Z, Peng F, Chen Y, Wan F, Peng C, Li D. Metabolomic profiling integrated with molecular exploring delineates the action of Ligusticum chuanxiong hort. on migraine. Phytomedicine. 2024 Nov;134:155977. doi: 10.1016/j.phymed.2024.155977