Biorąc pod uwagę wysoką częstość występowania migren, nie dziwi fakt, że cierpi na nie wielu członków niektórych rodzin. Już w XIX wieku zakładano zatem, że migreny są dziedziczne. Przeprowadzono wiele badań potwierdzających tę hipotezę.
Czynniki dziedziczne odgrywają kluczową rolę w rozwoju migreny. Ponad 70% chorych zna krewnych pierwszego stopnia (rodziców, rodzeństwo lub dzieci), którzy również cierpią na migreny. Dzieci pacjentów z migreną mają od dwóch do czterech razy większe ryzyko wystąpienia migreny niż ich rówieśnicy. W przypadku podtypu migreny, rodzinnej migreny hemiplegicznej, zidentyfikowano obecnie defekty genetyczne leżące u podłoża tej choroby. Odpowiadają one za nadwrażliwość na szeroki zakres bodźców wewnętrznych i zewnętrznych, tzw. czynniki spustowe, tak charakterystyczne dla pacjentów z migreną.
Należą do nich między innymi zaburzenia cyklu snu i czuwania, wahania hormonalne, wahania poziomu cukru we krwi lub aktualnego poziomu stresu, nietypowy wysiłek fizyczny, a także zaburzenia spowodowane zapachami, hałasem lub migoczącym światłem. Oznacza to, że chociaż predyspozycje genetyczne do migreny są przekazywane z pokolenia na pokolenie, to to, czy migrena rzeczywiście wystąpi u konkretnego pacjenta, a jeśli tak, to jak silna i jak często, w dużej mierze zależy od czynników środowiskowych.
Migreny powstają w wyniku zmiany przekazu sygnałów i zakłócenia dopływu energii do komórek nerwowych w mózgu
Przegląd badań ujawnia, że rodzice i dzieci pacjentów z migreną mają większe prawdopodobieństwo wystąpienia migreny niż inne osoby. Wniosek ten sugeruje, że czynniki dziedziczne odgrywają istotną rolę, ale równie istotne są czynniki związane z uczeniem się i zachowaniem. Współczesne badania nad migreną i genetyką dostarczyły istotnych, dalszych informacji na temat rozwoju migreny.
W 2005 roku zespół badawczy z Kliniki Leczenia Bólu w Kilonii oraz Instytutu Genetyki Człowieka Uniwersytetu w Bonn/Kolonia odkrył specyficzne zmiany genetyczne w chromosomie 1 u pacjentów z najczęstszymi postaciami migreny. Zmiany te zaburzają pobudliwość komórek nerwowych. Zbyt szybkie lub długotrwałe przeciążenie nerwów może doprowadzić do załamania ich dostaw energii. Regulacja funkcji nerwowych zostaje zaburzona. Neuroprzekaźniki wywołujące ból są uwalniane przez komórki nerwowe bez kontroli, powodując pulsujące bóle migrenowe.
Pacjenci z migreną charakteryzują się szczególną specyfiką przetwarzania bodźców przez mózg. Ich układ nerwowy jest stale w stanie wysokiej gotowości. Bodźce są odbierane przez mózg wcześniej, szybciej i szybciej przetwarzane. Do tej pory nie było jasne, dlaczego mózgi pacjentów z migreną funkcjonują inaczej.
Dzięki tym odkryciom zespół badawczy odkrył klucz do zrozumienia genomu migreny. Wcześniej mutacje genetyczne były znane jedynie w przypadku niezwykle rzadkich podtypów migreny. Naukowcy badali rodziny przez cztery lata, w których kilka osób cierpiało na migrenę z aurą lub migrenę bez aury. Są to najczęstsze postacie migreny, odpowiedzialne za ponad 99% wszystkich ataków migreny. Zespół 
badawczy z Kiel-Kolonia przeszukał całe Niemcy pod kątem rodzin, w których co najmniej dwóch członków cierpiało na migrenę z aurą. W badaniu przebadano członków 45 rodzin, w których średnio występowała migrena u czterech osób. W jednej rodzinie zidentyfikowano dziesięć osób dotkniętych tą chorobą. Podtypy migreny diagnozowano za pomocą najnowszych, międzynarodowych, standaryzowanych kryteriów bólu głowy. Próbki krwi pobrano zarówno od chorych, jak i zdrowych członków rodziny. Po dokładnym rozpoznaniu postaci migreny, materiał genetyczny został przesłany z Kliniki Leczenia Bólu w Kilonii do Instytutu Genetyki Człowieka Uniwersytetu w Bonn lub Kolonii, gdzie jego struktura została przeanalizowana za pomocą specjalistycznych technik.
W niniejszym badaniu zespół badawczy skupił się na regionie chromosomu 1, w którym wcześniej stwierdzono zmiany genetyczne w niezwykle rzadkim podtypie migreny. Ten docelowy ośrodek zawiera gen kodujący specyficzną pompę jonową w mózgu, której funkcją jest regulacja pobudliwości i zaopatrzenia komórek nerwowych w energię. Po raz pierwszy zespół naukowców odkrył dwie nieznane wcześniej zmiany genetyczne w tym regionie u pacjentów cierpiących na rozległą migrenę z aurą. Zmiany te stwierdzono wyłącznie u członków rodzin dotkniętych migreną, ale nie u zdrowych osób kontrolnych. Dalsze badania wykazały, że jedna z tych zmian genetycznych faktycznie prowadzi do utraty funkcji pompy jonowej, a tym samym prawdopodobnie również do zaburzenia pobudliwości nerwów. Konsekwencją może być zatem załamanie dopływu energii do komórek nerwowych podczas nadmiernej lub nagłej stymulacji układu nerwowego u pacjentów z migreną. W rezultacie neuroprzekaźniki wywołujące ból są uwalniane w nadmiarze. To one powodują ból migrenowy i towarzyszące mu objawy podczas ataku migreny.
Wyniki badań mają istotne znaczenie dla przyszłej diagnostyki i leczenia migreny. Pacjenci z migreną powinni utrzymywać stały rytm dobowy. Należy unikać nagłych i intensywnych zmian bodźców. Regularna dieta bogata w węglowodany i odpowiednią ilość witaminy B2 może stabilizować dopływ energii do komórek nerwowych.
Trening relaksacyjny, terapia biofeedback i trening radzenia sobie ze stresem zapobiegają nadmiernemu pobudzeniu nerwów i zmniejszają zużycie energii przez komórki nerwowe. Podczas ataku migreny, niektóre leki przeciwmigrenowe, zwane tryptanami, hamują uwalnianie neuroprzekaźników wywołujących ból. Leki profilaktyczne mogą normalizować zużycie energii przez komórki nerwowe.
Czynnik ryzyka migreny bez aury i migreny z aurą na chromosomie 8
Naukowcy z Kliniki Leczenia Bólu w Kilonii i Uniwersytetu w Kolonii/Ulm, we współpracy międzynarodowej z naukowcami m.in. z Wellcome Trust Sanger Institute (Cambridge), Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium oraz Centrum Medycznego Uniwersytetu w Lejdzie, po raz pierwszy w 2010 r. zidentyfikowali genetyczny czynnik ryzyka powiązany z migreną z aurą i bez aury.
Zidentyfikowany wariant genetyczny na chromosomie 8 kontroluje ilość neuroprzekaźnika glutaminianu w synapsach komórek nerwowych poprzez sąsiednie geny PGCP i MTDH. Glutaminian aktywuje ważne funkcje nerwowe, takie jak uwaga, pamięć, koncentracja i percepcja.
Nowe odkrycie jest uważane za kluczowe dla zrozumienia początku najczęstszych ataków migreny. Oferuje ono nowe spojrzenie na przyczyny i możliwości leczenia tej powszechnej choroby. Dzięki wyjątkowej międzynarodowej współpracy 65 naukowców z 13 krajów, biorących udział w największym jak dotąd na świecie badaniu nad migreną, po raz pierwszy odkryto wariant genu związany z najczęstszymi postaciami migreny. Wcześniejsze badania były w stanie zidentyfikować zmiany genetyczne jedynie w rzadkich podtypach migreny z aurą. Nowo odkryty wariant genu na chromosomie 8 występuje w migrenie z towarzyszącymi objawami neurologicznymi lub bez nich.
W poprzednich badaniach naukowcy zidentyfikowali już loci genów odpowiedzialne za bardzo ciężkie, ale rzadkie podtypy migreny. Jednak nadal nie było jasne, które genetyczne czynniki ryzyka odpowiadają za powszechną, powszechną migrenę, czyli migrenę z aurą i bez niej. Aby zebrać te dane, grupa badawcza z Kliniki Leczenia Bólu w Kilonii zebrała i sklasyfikowała próbki krwi od pacjentów i członków ich rodzin na przestrzeni kilku lat w Niemczech.
W poszukiwaniu klucza do powszechnej migreny porównano genomy ponad 6000 pacjentów z migreną z genomami zdrowych osób z grupy kontrolnej. W tej międzynarodowej współpracy uczestniczyli naukowcy z ponad 13 krajów. Grupa pacjentów z Kliniki Leczenia Bólu w Kilonii była jedną z największych podgrup w sieci, co ostatecznie umożliwiło identyfikację wariantu genu.
Zupełnie niespodziewanie badacze podstawowi zidentyfikowali wariant chromosomu 8, zwany rs1835740, jako pierwszy znany genetyczny czynnik ryzyka migreny. W badaniu wstępnym porównano materiał genetyczny pochodzący od ponad 2500 pacjentów z migreną i 10 000 osób zdrowych. W związku z tym nieoczekiwanym odkryciem, locus genu został ponownie zbadany w drugim, bardzo obszernym badaniu replikacyjnym z udziałem ponad 3200 kolejnych pacjentów z migreną i 40 000 osób z grupy kontrolnej. Międzynarodowa sieć badaczy migreny potwierdziła w ten sposób swoje pierwotne podejrzenia.
Pobudliwość nerwów i glutaminian
Ze względu na genetycznie uwarunkowany wysoki poziom glutaminianu, wydaje się, że przekazywanie impulsów nerwowych przez szczelinę synaptyczną między nerwami może być bardzo szybkie, długotrwałe i intensywne. Stres i nieregularny tryb życia to najsilniejsze czynniki wyzwalające migreny.
Jeśli układ nerwowy jest aktywowany zbyt mocno, zbyt intensywnie, nadmiernie i zbyt gwałtownie, może to początkowo prowadzić do nadmiernej aktywacji, a ostatecznie do wyczerpania neuroprzekaźników. Kontrola nerwów może zostać zaburzona, co wtórnie uwalnia substancje zapalne w układzie nerwowym. Mogą one powodować bolesne zapalenie naczyń krwionośnych w oponach mózgowych, skutkując pulsującym bólem głowy, charakterystycznym dla migreny.
Odkryte metody badawcze ułatwią w przyszłości skuteczniejszą interwencję w podstawowe przyczyny migreny. Aktualne badania kliniczne wykazały, że osoby cierpiące na częste ataki charakteryzują się wysoką wrażliwością układu nerwowego i układu percepcji bólu. Zarówno czynniki behawioralne, jak i doświadczalne, które przyczyniają się do nadmiernej aktywacji poziomu glutaminianu, mogą być teraz przedmiotem badań klinicznych. Opracowanie konkretnych klas substancji normalizujących poziom glutaminianu może stanowić kolejny krok w kierunku skutecznego zapobiegania atakom migreny w przyszłości.
Migrena jest obecnie rozumiana jako postępująca choroba ośrodkowego układu nerwowego. Długotrwałe i częste ataki migreny powodują zmiany strukturalne w układzie nerwowym. To z kolei sprzyja szeregowi schorzeń współistniejących. Należą do nich, w dziedzinie neurologii, padaczka, bóle głowy spowodowane nadużywaniem leków i udar mózgu; w dziedzinie psychiatrii – depresja, lęk i zaburzenia paniczne; a w dziedzinie chorób wewnętrznych – zawały serca, choroba wieńcowa i nadciśnienie tętnicze.
Ciągła nadaktywność układu nerwowego spowodowana podwyższonym poziomem glutaminianu może również odgrywać kluczową rolę w rozwoju innych chorób poza migreną. Zidentyfikowany genetyczny czynnik ryzyka na chromosomie 8 może stanowić wspólną podstawę tych różnorodnych chorób.