靶向PAG脑区的非肝毒性镇痛剂SRP-001通过细胞特异性基因组和表观基因组调控机制实现高效镇痛

本研究针对常用镇痛药对乙酰氨基酚（ApAP）的肝毒性和阿片类药物成瘾性等临床难题，开发了一种新型非肝毒性镇痛化合物SRP-001。通过单细胞多组学（scRNA-seq + scATAC-seq）技术分析中脑导水管周围灰质（PAG）区域，发现SRP-001与ApAP具有相似的遗传和表观遗传调控机制，包括调节SOX、SP/KLF和AP-1转录因子家族活性，并通过神经调节蛋白-神经连接蛋白（neurexin-neuregulin）信号通路恢复神经元通讯。该研究为开发安全有效的非阿片类镇痛药提供了重要理论依据。

　　

疼痛管理是现代医学面临的重要挑战，目前常用的镇痛药物都存在明显局限性：阿片类药物具有成瘾风险，非甾体抗炎药（NSAIDs）可能引发肾毒性，而对乙酰氨基酚（ApAP）虽然广泛应用，但过量使用会导致严重肝毒性，是全球急性肝衰竭的主要原因。尤其令人担忧的是，ApAP的肝毒性阈值（4,000 mg/天）与有效镇痛剂量（1,000 mg/次）非常接近，患者很容易在寻求疼痛缓解时无意中超过安全剂量限制。这种安全性问题在老年人群、肝功能受损者以及同时服用多种含ApAP药物的患者中尤为突出。

在这一背景下，研究人员开发了一种新型镇痛化合物SRP-001，旨在保留ApAP镇痛效果的同时消除其肝毒性。SRP-001的分子结构经过精心设计，避免了毒性代谢物NAPQI的形成，同时保持了肝细胞紧密连接的完整性。前期研究已证实SRP-001在多种临床前疼痛模型（CFA诱导的炎症性疼痛、尾部反射试验和腹部扭体试验）中表现出与ApAP相当的镇痛效果，且不会引起肝小叶中心坏死或肝细胞间紧密连接破坏。

为了深入探究SRP-001的神经生物学机制，研究人员将焦点放在了中脑导水管周围灰质（PAG）区域，这是已知的内源性镇痛关键脑区，也是ApAP发挥作用的主要部位。研究采用10x Genomics多组学平台，对完全弗氏佐剂（CFA）诱导的炎症性疼痛模型中的PAG区域进行了单细胞RNA测序和ATAC测序分析，比较了盐水对照组、CFA组、CFA+SRP-001处理组和CFA+ApAP处理组的遗传和表观遗传特征。

研究主要采用了以下关键技术方法：使用Sprague-Dawley大鼠建立CFA诱导的炎症性疼痛模型；通过10x Genomics单细胞多组学（Multiome）技术同时获取同一细胞的基因表达（GEX）和染色质可及性（ATAC）信息；利用Cell Ranger ARC流程进行数据预处理；采用Seurat和Signac软件包进行细胞聚类、降维分析和细胞类型注释；通过chromVAR算法分析转录因子motif活性；使用NeuronChat工具推断细胞间通信网络。

Cellular architecture of PAG samples by single-nuclei RNA sequencing

通过单细胞RNA测序分析PAG样本的细胞结构，研究人员成功鉴定了5种主要细胞类型：少突胶质细胞（oligos）、少突胶质前体细胞（OPCs）、小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元。在神经元亚群中，进一步区分出了谷氨酸能神经元（Glut）和GABA能神经元（GABA）。细胞比例分析显示，CFA组中少突胶质细胞比例（55%）高于其他组，而镇痛剂处理恢复了神经元亚群的比例平衡。

SOX TF activation by CFA, recovery with treatments

研究发现CFA诱导的疼痛显著增加了少突胶质细胞中SOX转录因子家族（包括SOX10、SOX2和SOX13）的活性，而SRP-001和ApAP处理使这种活性恢复正常水平。SOX转录因子在干细胞更新和分化中起关键作用，这一发现表明疼痛状态可能启动了少突胶质细胞的招募和分化机制，而镇痛治疗则通过调节SOX转录因子活性来恢复髓鞘形成和细胞结构维护。

SP/KLF TF restored by SRP-001 or ApAP

在神经元中，CFA疼痛降低了SP/KLF转录因子家族的活性，而SRP-001和ApAP处理恢复了这种活性。特别值得注意的是，SP1转录因子的motif活性变化与其基因表达水平无关，表明这种调控发生在表观遗传层面。SP1已知参与神经元存活的调节，这一发现提示镇痛治疗可能通过表观遗传机制促进神经元生存通路。

AP-1 and TFEB TF deactivated by treatments

研究还发现SRP-001和ApAP处理降低了神经元中AP-1家族转录因子（包括FOS和JUN）以及TFEB/3转录因子的活性。这些转录因子在疼痛信号传导和炎症反应中起重要作用，其活性的降低表明镇痛治疗可能通过表观遗传机制抑制疼痛信号和炎症反应。与SP/KLF家族类似，这些变化也与基因表达水平无关，进一步强调了表观遗传调控在镇痛机制中的重要性。

Analgesics restore neuron communication via neurexin-neuroligin

基因表达分析显示，CFA疼痛显著改变了谷氨酸能神经元和GABA能神经元中的基因表达模式。特别重要的是，配体-受体对（LRP）分析揭示疼痛状态破坏了神经调节蛋白-神经连接蛋白（neurexin-neuregulin）信号通路，而SRP-001和ApAP处理恢复了这种突触通讯功能。Nrxn3-Nlgn1相互作用在Vehicle和镇痛处理组中增加，而在CFA组中减少，表明镇痛治疗有助于恢复突触完整性和稳定性。

Overview of genetic and epigenetic changes across conditions

综合遗传和表观遗传分析表明，SRP-001和ApAP在CFA诱导的疼痛背景下引发了相似的反应模式。差异可及区域（DARs）分析显示，在GABA能神经元中，CFA与SRP-001处理之间有621个DARs，而与ApAP处理之间只有85个DARs，表明SRP-001可能具有更强烈的表观遗传调控作用。

研究结论表明，SRP-001和ApAP在中脑PAG区域的遗传和表观遗传水平上功能相似，都支持与促生存、抗炎症和细胞维护相关的恢复机制。这些变化与它们的镇痛效果密切相关。然而，SRP-001通过避免毒性代谢物NAPQI的形成，提供了更高的安全性优势。

讨论部分强调，这项研究不仅揭示了SRP-001的镇痛机制，还为理解镇痛药物在中枢神经系统中的作用提供了新的视角。研究发现镇痛效果与转录因子活性的表观遗传调控密切相关，而不是简单的基因表达变化。这种表观遗传机制可能解释了为什么SRP-001和ApAP能够产生持久镇痛效果，同时也为开发新型镇痛药物提供了新的靶点。

研究的重要意义在于：首先，SRP-001作为一种非肝毒性、非成瘾性的镇痛替代品，有望解决当前疼痛管理中的主要安全性问题；其次，研究揭示了镇痛药物在中枢神经系统中的复杂作用机制，特别是表观遗传调控在疼痛调制中的关键作用；最后，研究采用的单细胞多组学方法为未来神经药理学研究提供了强有力的技术框架，能够同时在细胞特异性水平和多组学维度上解析药物作用机制。

尽管该研究存在样本量较小的限制，但其为理解镇痛药物的中枢机制提供了重要见解，并为开发更安全有效的疼痛治疗策略奠定了坚实基础。未来研究将在更大样本中验证这些发现，并进一步探索SRP-001在临床中的应用潜力。