偏头痛是一种原发性头痛疾病，其临床表现具有反复发作的特点，通常表现为单侧、中度至重度的搏动性头痛，并伴有恶心、呕吐、畏光等症状。偏头痛的成因普遍认为涉及外周和中枢神经系统的三叉血管系统激活，而皮质扩散性抑制被认为是偏头痛先兆现象的基础神经机制。尽管如此，关于其确切的病理机制尚存诸多未解之谜，目前基于这些机制的治疗方案仍然有限。

川芎嗪（TMP）是川芎中主要的生物活性成分，并广泛应用于治疗脑部疾病，其神经保护作用已得到证实。TMP通过提升GABA水平及降低谷氨酸水平，对大鼠起到保护作用。此外，TMP还能通过抑制由NTG诱导的大鼠c-fos/ERK信号通路，有效缓解头痛症状。

日前，一篇名为“Metabolomics integrated with mass spectrometry imaging reveals novel action of tetramethylpyrazine in migraine”的文章对TMP的功效进行了评估，为偏头痛的治疗提供了一种新的潜在药物选择。

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TMP调节偏头痛患者血清中的代谢组学变化

具体实验流程见图2A，并通过（图2B）非靶向代谢组学分析成功鉴定出1340种化合物（图2C）。主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA，图2D-I）揭示了模型组（NTG）与对照组（CON）之间的显著差异，以及TMP处理的模型组（TMP+NTG）与模型组（NTG）之间的明显差异，且TMP+NTG组更趋近于CON组。

这表明NTG组的化合物遵循与CON组不同的模式，而在TMP干预后，代谢物倾向于向CON组的模式靠拢，聚类分析进一步验证了这些发现（图2J）。通过结合P值和代谢物差异的幅度，研究可视化了组间代谢物变化的差异性（图2K-L），并利用从OPLS-DA模型中获得的VIP值筛选了NTG组与CON组以及TMP+NTG组与NTG组之间的差异代谢物，分别筛选出46种和41种差异代谢物。

图2 TMP改善了由硝酸甘油引起的代谢紊乱

随后，研究通过PCA、相关性分析以及受试者工作特征（ROC）分析，对上述两组差异代谢物进行了深入研究。结果显示，NTG中的差异代谢物与CON组明显分离（图3A），样本呈现聚集状态（图3C），并且ROC曲线下面积达到1（图3E）。同时，TMP+NTG中的物质与NTG组显著分离（图3B、D），表明NTG组与CON组以及TMP+NTG组与NTG组之间的差异代谢物均能有效反映组间差异。

通过聚类分析和多重差异可视化技术，研究发现这两组差异代谢物主要集中在苯类化合物、脂质及其类似物、有机酸及其衍生物（图3G-J），这些均与叶酸生物合成和卟啉代谢相关。进一步研究发现，NTG组还涉及类固醇激素生物合成、谷胱甘肽（GSH）代谢、硫辛酸代谢、乙二醇和二羧酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢以及初级胆汁酸生物合成（图3H），而TMP调节的差异代谢物则与半乳糖代谢、神经酰胺脂质代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、色氨酸代谢相关。这些研究结果揭示了TMP通过不同的代谢中间体调节NTG诱导的代谢异常。

图3 TMP调节中的差异代谢物

TMP恢复脑组织中葡萄糖-谷胱甘肽代谢通量

图4展示了具有代表性的MALDI-MSI图像揭示了NTG处理后的大鼠脑组织中葡萄糖的累积情况，而TMP的施用显著降低了葡萄糖的空间分布。与CON组相比，天冬氨酸衍生物，例如L-天冬氨酰4磷酸、N-乙酰-L-天冬氨酸（NAA）以及N-乙酰天冬氨酰谷氨酸（NAAG），在NTG组中的含量有所减少，这些物质与GSH的生成呈正相关性，而TMP明显逆转了这些物质含量的变化。此外，TMP显著提升了脑组织中ATP代谢产物，如NAD、ADP、AMP、GMP、腺苷和肌苷的代谢物水平。结果证实，TMP能够将葡萄糖代谢通量调整至正常水平，以确保大脑在应对与偏头痛相关的氧化应激时ATP的供应。

图4 TMP在NTG诱导的脑组织中恢复葡萄糖-谷胱甘肽代谢通量

TMP减轻类偏头痛症状

相较于CON组，NTG组大鼠的体重略有下降，而经TMP处理的NTG组与接受IBU处理的NTG组体重则呈现出增长趋势（图5A），尽管在实验期间这种差异并未达到统计学上的显著性。此外，TMP和IBU显著减少了NTG注射后头部抓挠的频率（图5B）。HE染色结果显示（图5C），与NTG组相比，TMP和IBU明显改善了神经元形态损伤和病理评分，尼氏染色结果（图5D）亦显示TMP和IBU显著改善了神经元损伤和尼氏体的数量。这表明，TMP不仅缓解了类偏头痛的疼痛症状，还预防了神经元的损伤。

图5 TMP减轻NTG诱导的大鼠类偏头痛行为

TMP通过Nrf2信号通路缓解大脑氧化应激

随后，研究对TMP+NTG组诱导的大鼠模型中所展现的抗氧化效应进行了深入探讨。结果表明，相较于NTG组，TMP处理显著提升了GSH水平及SOD活性，同时减少了MDA和谷氨酸的含量，并抑制了LDH的活性（图5E-I）。而IBU治疗虽能降低MDA和谷氨酸的含量，但对GSH, SOD及LDH的活性无显著影响（图5E-I）。

此外，在TMP+NTG组大鼠的脑组织中，SOD2和GCLC的mRNA水平呈现上升趋势，而nNOS、CAT、NQO1和HO1的表达则有所下降（图6A）。TUNEL实验揭示，TMP+NTG组中受损细胞的比例显著低于NTG组（图6B、E）。进一步地，与NTG组相比，TMP显著促进了GCLC和GCLM的表达（图6C-E），这两者是GSH合成过程中的关键限速酶，并且增加了Nrf2及其下游靶标如HO1和NQO1的表达水平（图6D、E）。研究还进行了皮尔逊相关性分析（图6F-H），旨在探究26种标志代谢物与包括谷氨酸、Nrf2和GSH在内的3个主要生化指标之间的相关性。

值得注意的是，在NTG组中，大多数代谢物与谷氨酸、Nrf2和GSH呈负相关，而在CON组和TMP+NTG组中则表现出正相关，这暗示了TMP处理后，相关性趋势正向CON组靠拢。这些数据共同表明，TMP通过Nrf2信号通路有效缓解了NTG诱导的大脑氧化应激。

图6 TMP通过Nrf2信号通路抑制NTG诱导的氧化应激

结论

总之，该研究为偏头痛的病理生理机制以及TMP代谢过程提供了新的认识，可能为偏头痛患者合理利用TMP提供了科学支持。

参考文献：

Xing Z, Chen Y, Chen J, Peng C, Peng F, Li D. Metabolomics integrated with mass spectrometry imaging reveals novel action of tetramethylpyrazine in migraine. Food Chem. 2024 Dec 1;460(Pt 2):140614. doi: 10.1016/j.foodchem.2024.140614

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