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文档简介

摘蛭 摘要 外周炎症和组织损伤都能导致病理痛的产生。作为伤害性信号传递的中枢第 一站,脊髓是伤害性信息传递和调控的重要部位。已有的报道表明,脊髓的中枢 敏化是病理痛形成的主要机制之一:然而,人们对这种敏化的机制却了解甚少。 在炎性或神经病理性疼痛状念下,痛觉过敏产生的重要原因之一是由于脊髓背角 神经元表达的离子通道和受体受到凋控,从而使其持续过度兴奋。目前,有多种 离子通道和受体被认为和疼痛的产生与维持相关。 酸敏感离子通道( a s i c s ) 是一类由质子( h + ) 激活的阳离子通道,属于 e n a c d e g 家族,有四个编码的基因:a s l c ,、a s k 2 、a s i c 3 、a s i c 4 。它们编 码六种亚基蛋白:a s | c l a 、a s i c i b 、a s i c 2 a 、a s i c 2 b 、a s i c 3 和a s i c 4 。酸敏 感离子通道的n 端和c 一端均在胞内,有两个跨膜区,胞外环上富含半胱氨酸。 最新的结构生物学实验发现,体内的a s i c $ 是由相同的或不同的亚基构成的三 聚体。除了a s i c 3 和a s i c i b 只在外周神经系统中特异表达外,a s i c s 其他亚基 在外周和中枢神经系统都有存在。r 前对a s i c s 的大部分研究主要集中在外周 神经系统中,认为a s i c s 参与了痛觉、味觉以及机械感觉等的信息传递:而对 中枢神经系统中的a s i c s 功能了解较少,尤其是对病理条件下a s i c s 的变化如 何了解不多。 目前,背根神经节( d r g ) 的a s i c s 研究已有大量报道。并被认为与机械 感受和痛觉相关。对于a s i c s 在中枢痛觉感受中的作用目前尚未见报道。已有 报道提及a s i c s 在脊髓中有表达,另外在脊髓培养神经元中也观察到了酸诱导 的电流。然而,对于脊髓背角神经元中酸诱导电流的分子基础、通道特性及其生 理、病理功能却很不清楚。 因此,在本课题中,我们首先证明了脊髓背角神经元中主要表达c a ”通透性 的a s i c i a 通道。进一步,我们探讨了a s i c l a 通道参与脊髓水平痛觉传递和调制 的作用及其机制。主要实验结果如下; 1 脊髓背角神经元中酸敏感离子通道特性研究 一 运用电生理的方法,我们首先发现,对于急性分离的脊髓背角神经元, p s a l m o t o x i nl ( p c t x i ) ,一种特异的a s i c l a 同聚体通道抑制剂,能够非常明显的 摘耍 抑制酸性溶液( p 1 6 0 ) 引发的内向电流。采用r n a 十扰的手段,我们特异的抑 制培养的脊髓背角神经元中a s i c l a 的表达,随后的电尘理实验发现,酸性溶液 引发的内向电流也明显的降低。这提示我们a s i c l a 同聚体通道是脊髓背角神经 元中主要的质子感受器。进一步的钙离子成像实验表明,在脊髓背角神经元中, a s i c i a 同聚体通道介导了酸性溶液引起的c + 内流。 2 脊髓背角酸敏感离子通道与炎性痛觉超敏 运用完全弗氏佐剂( c f a ) 致炎模型,我们进一步研究了a s i c i a 通道在炎 症痛中的作用。行为学实验表明大鼠脚底c f a 致炎能够导致明显的热和机械 超敏化,这种行为超敏化能够持续超过七天。然而,鞘内注射p c t x l 能够明显 地削弱这种外周炎症引起的热和机械超敏化。同时,鞘内注射阿米洛利 ( a m i l o r i d e ) ,一种非特异性的a s i c s 抑制剂,也产生同样的效果。进一步,我 们使用一条特异性的抑制a s i c l a 蛋白表达的反义寡核苷酸发现与急性抑制 a s i c l a 功能相似,在抑制脊髓背角a s i c i a 蛋白表达之后。外周炎症引起的热 和机械超敏化也被明显削弱。与之相反的是,鞘内注射p c t x i 并不影响币常大 鼠的伤害性信号传递。 为了进步证明脊髓背角的a s i c ! a 通道参与炎性痛觉超敏,我们采用福尔 马林模型阐明脊髓背角和背根神经节中的a s i c i a 通道的功能异同。给大鼠脚背 注射福尔马林能够使其产生持续约_ 。小时的伤害性反应。根掘持续时日j ,这种反 应被分为两相:第一相仅与背根神经节细胞超兴奋相关:第二相与脊髓背角神经 元超兴奋关系密切。我们的实验表明,鞘内注射p c t x i 仅抑制第二相持续反应, 而不影响第一相反应。相反地,脚底注射p c t x l 对伤害性传递没有作用。结合 这两个实验,我们进一步证明脊髓背角a s i c i a 通道参与伤害性信号传递。 3 脊髓背角酸敏感离子通道影响脊髓背角神经元的兴奋性和可塑性 脊髓背角a s i c l a 通道是如何参与伤害性信号传递的呢? 免疫组织化学实验 表明,在外周致炎后,脊髓背角神经元中a s i c i a 的蛋白表达量明显增加。与之 相反,a s i c l a 在背根神经节细胞的中枢端和胶质细胞中的表达却很少。进一步 的在体电生理实验表明,电刺激大鼠足底神经激动c 一纤维时,脊髓背角广动力 摘要 域( w d r ) 神经元的兴奋性改变,其表现形式为自发放电增强( “w i n d - - u p ”现 象) 。而在脊髓急性给予p c 下x 1 能构有效的抑制“w i n d - - u p ”现象。随后,向 w d r 神经元的外周感受野中心部位分别施加不同强度的刷( b r u s h i n g ) 、压 ( p r e s s i n g ) 和夹( p i n c h i n g ) 等机械性刺激;而在外周致炎的条件下,w d r 神 经元对不同强度b r u s h i n g 、p r e s s i n g 和p i n c h i n g 等机械性刺激反应性明显增强, 说明有机械性痛敏产生。进一步的实验表明,脊髓急性给予p c t x i ,并不影响- f 常大鼠脊髓背角w d r 神经元对机械性刺激的反应。然而,脊髓急性给予p c t x l 能够明显抑制致炎大鼠的w d r 神经元对伤害性机械刺激( 包括p r e s s i n g 和 p i n c h i n g ) 的反应性,而对非伤害性机械刺激( b r u s h i n g ) 引起的反应没有作用。 4 炎性痛中脊髓背角酸敏感离子通道上调机制初探 在炎症过程中,大量的神经递质( g l u ) 和调质 p 物质( s p ) 、b d n f 等从d r g 细胞突触终未释放,影响脊髓背角的突触传递。我们发现,慢性旅加b d n f 能够 浓度依赖性的增加培养的脊髓背角神经元中a s i c l a 表达。进一步,给大鼠鞘内 长期注射b d n f 受体- - t r k b 的抑制荆k 2 5 2 a ,能够抑制外周炎症引起的脊髓背角 s i c l a 的增加和痛行为。而且,在k 2 5 2 a 慢性处理的大鼠脊髓中注射p c t x l ,不 能进步的抑制痛行为。这提示我们可能是b d n f 介导了炎性痛中a s i c l a 的上调。 另外,穿孔膜片钳实验表明,pt 3 k 信号通路,而不是p k a 和c a m k i i 信号通路, 介导了b d n f 引起的a s i c l a 上啁。 综上所述,本文鉴定了c a 2 + 通透性的a s i c l a 同聚体通道是脊髓背角主要存 在的a s i c :外周炎症导致脊髓背角神经元中a s i c i a 的表达增加:过高表达的 a s i c l a 通道增加脊髓背角神经元的兴奋性和可塑性,并参与炎性痛觉敏化的过 程。该研究结果揭示了生物体内痛觉诱发和维持的一种新机制,并且提示脊髓背 角的a s i c i a 通道可能成为研究镇痛药物的新靶点。 式锺易酸敏感离子通道( a s i c s ) ;c a 2 + :脊髓背角:炎症;敏化:可塑性 慢性痛 1 1 1 摘要 a b s t r a c t i n f l a m m a t i o na n dt r a u m al e a dt oe n h a n c e dp a i ns e n s i t i v i t y ( h y p e r a l g e s i a ) w h i c hi si n p a r td u et oa l t e r e dp l a s t i c i t yi nt h es p i n a lc o r d t h em o l e c u l a rm e c h a n i s mu n d e r l y i n g t h i sn o c i c e p t i v ep l a s t i c i t yi sn o tf u l l yu n d e r s t o o d a ni m p o r t a n t c o m p o n e n ti n i n f l a m m a t i o n i n d u c e d h y p e r s e n s i t i v i t y t ot h e r m a la n d m e c h a n i c a l s t i m u l i ( i n f l a m m a t o r yp a i nh y p e r s e n s i t i v i t y ) i st h ea m p l i f i c a t i o no fp a i n r e l a t e di n f o r m a t i o n r e s u l t i n gf r o mm o d u l a t i o na n de x p r e s s i o no fs p e c i f i ci o nc h a n n e l si nt h es p i n a ld o r s a l h o r n ( s d h ) a n dh y p e r e x c i t a b i l i t yo fs p i n a ld o r s a lh o r nn e u r o n t h ea c i d - s e n s i n gi o nc h a n n e l s ( a s i c s ) b e l o n gt ot h ee p i t h e l i a ln a + c h a n n e l d e g e n e r i ns u p e r f a m i l y f o u rg e n e s ( a s i c i ,a s i c 2 ,a s i c 3 ,a s i c 4 ) e n c o d i n gs e v e n d i f f e r e n ta s i cs u b u n i t sh a v eb e e nc l o n e dt od a t e :a s i c l a ,l b ,1 b 2 ,2 a ,3 b ,3 ,4 t h e m a j o rs t r u c t u r a lf e a t u r e so f v a r i o u sa s i c si n c l u d et w ot r a n s m e m b r a n ed o m a i n s ( t m l a n dt m 2 ) ,al a r g ee x t r a c e l l u l a rl o o p ,a n dt h eca n dnt e r m i n if a c i n gt h ei n t r a c e l l u l a r s p a c e t h er e c e n tc r y s t a l l o g r a p h ys t u d ys h o w e dt r i m e ra s s e m b l yo fa s i c l ab e s i d e s a s i c 3a n da s i c1ba r es p e c i f i c a l l ye x p r e s s e di nt h e p c r i p h e r a ln e r v o u ss y s t e m ( p n s ) , o t h e rs u b u n i t so f a s i c se x i s tb o t hi nt h ep e r i p h e r a la n dc e n t r a ln e r v o u ss y s t e m ( c n s ) t h ea s i c si np e r i p h e r a ln e r v es y s t e mh a v eb e e ns u g g e s t e dt h et r a n s m i s s i o no f s e n s a t i o n ,s u c ha sp a i n ,t a s t i n ga n dm e c h a n i c a lr e c e p t i o nh o w e v e r , i ti sl i t t l ek n o w n a b o u tt h ef u n c t i o n so f a s i c si nc n s ,e s p e c i a l l yu n d e rp a t h o l o g i c a lc o n d i t i o n s i nt h e p r e v i o u ss t u d y ,w ef o u n dt h a ta s i c sa r ee x p r e s s e di ns p i n a lc o r da n da c i d a c t i v a t e d c u r r e n t sh a v eb e e nd e t e c t e di nt h ec u l t u r e ds p i n a ln e u r o n s h o w e v e r t h em o l e c u l a r i d e n t i t ya n dt h ef u n c t i o n a lr o l e so fa s i c si nd o r s a lh o mn e u r o n sr e m a i np o o r l y u n d e r s t o o d i nt h ep r e s e n ts t u d y , w ef i r s ti d e n t i f i e dt h a tc a 2 + - p e r m e a b l e ,h o m o m e r i ca s i c l a c h a n n e l sa st h ep r e d o m i n a n ta s i c si nr a ts d hn e u r o n s f u r t h e r m o r e ,w ee l u c i d a t e t h ec o n t r i b u t i o no fa s i clai nt h es d ht oi n f l a m m a t o r yp a i nh y p e r s e n s i t i v i t y t h e m a i nr e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w i n g s : 摘要 1 c a 2 * - p e r m e a b l ea s i c i ac h a n n e l sa r e t h em a j o r a s i ci ns d hn e u r o n s u s i n ge l e c t r o p h y s i o l o g i c a lr e c o r d i n g ,w ef o u n dt h a tp c t x 1 ,as p e c i f i ca n t a g o n i s to f h o m o m e r i ca s i c i ac h a n n e l ,m o s t l yi n h i b i t e da c i d i n d u c e dc u r r e n t s ( a tp h 6 0 ) i n a c u t e l yd i s s o c i a t e ds p i n a ld o r s a lh o r nn e u r o n s f u r t h e re x p e r i m e n t sw e r ep e r f o r m e d t oe x a m i n et h ee f f e c to fs u p p r e s s i n ga s i c i ae x p r e s s i o ni nc u l t u r e ds d hn e u r o n sb y r n ai n t e r f e r e n c e w er e d u c e da s i c l ae x p r e s s i o ni nc u l t u r e ds d hn e u r o n sv i a t r a n s f e c t i o no f s p e c i f i ca s i c i as i r n a w h o l e c e l lr e c o r d i n g si nn e u r o n s4d a y sa f t e r t r a n s f e c t i o ns h o w e dt h a ta s i c l as i l e n c i n gr e s u l t e di nam a r k e dr e d u c t i o no ft h e a c i d i n d u c e dc u r r e n t s ( a tp h6 o ) t a k e nt o g e t h e r , t h e s er e s u l t si n d i c a t et h a ta s i c ia s u b u n i ti st h em a j o rf u n c t i o n a ls u b u n i tu n d e r l y i n ga s i cc u r r e n t si ns d hn e u r o n s m o r e o v e r , w ed e m o n s t r a t e dt h a th o m o m e r i ca s i c l ac h a n n e lr e n d e ra c i d i n d u c e d c a 2 + e l e v a t i o ni nt h es d ht h r o u g hc d + i m a g i n ge x p e r i m e n t 2 s p i n a la s i c i ac h a n n e l c o n t r i b u t e st oi n f l a m m a t o r yp a i nh y p e r s e n s i t i v i t y t oa d d r e s st h er o l eo fc a 2 + p e r m e a b l ea s i ciac h a n n e l so fs d hn e u r o n si n n o c i c e p t i o n ,w et e s t e dt h ee f f e c to fl o c a lb l o c k a d eo fh o m o m e r i ca s i c iac h a n n e l s w i t hp c t x io nt h e r m a la n dm e c h a n i c a lh y p e r s e n s i t i v i t yi n d u c e db ys u b c u t a n e o u s i n j e c t i o no fc f ai n t oo n eo ft h er a th i n d p a w s t h ep a w w i t h d r a w a ll a t e n c y ( p w l ) a n dt h ep a ww i t h d r a w a lt h r e s h o l d ( p w t ) i nr e s p o n s e1 0h e a to rm e c h a n i c a l s t i m u l a t i o nw e r es i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e d1d a ya f t e rc f ai n j e c t i o na n dt h ee f f e c t p e r s i s t e df o ra tl e a s t3d a y si nc f a t r e a t e dr a t s ,a sc o m p a r e dw i t ht h a ti nc o n t r o lr a t s i n j e c t e dw i t hs a l i n e i n t r a t h e c a li n j e c t i o n o fp c t x ls i g n i f i c a n t l ya t t e n u a t e db o t h t h e r m a la n dm e c h a n i c a lh y p e r s e n s i t i v i t yi n d u c e db yt h ec f at r e a t m e n t m o r e o v e r , i n t r a t h e c a li n j e c t i o no fa m i l o r i d e ,t h en o n - 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d e p e n d e n tm a n n e r f u r t h e r m o r e ,c h r o n i ci n t r a t h e c a li n j e c t i o no fk 2 5 2 a , at r k br e c e p t o ri n h i b i t o r ,s u p p r e s s e da s i c i a e x p r e s s i o na n dp a i nb e h a v i o rf o l l o w i n g p e r i p h e r a li n f l a m m a t i o n m o r e o v e r , i n t r a t h e c a li n j e c t i o no fp c t x id i dn o tf u r t h e r a f f e c tp a i nb e h a v i o ro fk 2 5 2 a t r e a t e dr a t s t h er e s u l t si n d i c a t et h a tb d n fm a y m e d i a t et h eu p r e g u l a t i o no fa s i c i a i na d d i t i o n ,p r e - t r e a t m e n to fb d n fe n h a n c e d a s i cia m e d i a t e dc u r r e n t sa n dp 1 3 k ,b u tn o tp k ao rc a m k i ip a t h w a ym e d i a t e dt h e e n h a n c e m e n t t a k e nt o g e t h e r , o u rs t u d yd e m o n s t r a t e dt h a ta s i c l ac h a n n e l si ns d hn e u r o n s a r e e s s e n t i a l f o ri n f l a m m a t i o n - i n d u c e d p a i nh y p e r s e n s i t i v i t ya n ds p i n a ln e u r o n s e n s i t i z a t i o n t h er e s u l ti n d i c a t e san o v e lm e c h a n i s mf o rt h e d e v e l o p m e n ta n d v l 摘要 m a i n t e n a n c eo fi n f l a m m a t o r yp a i na n do f f e r sa l la l t e r n a t i v et h e r a p e u t i ct a r g e tf o rt h e d r u gr e s e a r c h k e yw o r d s :a c i d s e n s i n gi o nc h a n n e l ;s p i n a ld o r s a lh o r n ;c a 2 十:s e n s i t i z a t i o n ;p l a s t i c i t y ; i n f l a m m a t i o n ;c h r o n i cp a i n v 附录 缩略词表 a a m i n o 一3 - h y d r o x y 一5 m e t h y l - 4 一i s o x a z o l e p r o a 氨基3 羧基5 甲基4 异 a m p a p r i o n i ca c i d 嚅唑丙酸 a n o 、a a n a l y s i so fv a r i a n c e 方差分析 a pa c t i o np o t e n t i a l 动作电位 a p v d 2 - a m i n o - 5 p h o s p h o v a l e r i ca c i d d 2 氨基5 磷酸基戊酸 a s i c s a c i d s e n s i n gi o nc h a n n e l s 酸敏感离了通道 a t pa d e n o s i n et r i p h o s p h a t e 三磷酸腺苷 1 , 2 一b i s ( o a m i n o p h e n o x y ) e t h a n e - n ,n ,n n - t e t b a p t ac 矿螯合剂 r a a c e t i ca c i d b d n fb r a i n - d e r i v e dn e u r o t r o p h i cf a c t o r 脑源性神经营养因了 b n c ib r a i nn a + c h a n n e l 1 脑源性钠通道1 c a m k i i c a l m o d u l i n - d e p e n d e n tp r o t e i nk i n a s ei i 钙调素依赖性蛋白激酶i i c a m p c y c l i ca d e n o s i n em o n o p h o s p h a t e 环磷酸腺苷 c f a c o m p l e t ef r e u n d sa d j u v a n t 完全弗氏佐剂 c g r pc a l c i t i o n i ng e n e r e l a t e dp e p t i d e 降钙素基因相关肽 c h oc h i n e s eh a m s t e ro v a r yc e l l s 中国仓鼠卵巢细胞 c h a n n e li n t e r a c t i n gp d z d o m a i n c o n t a i n i n g 与蛋白p d z 结构域结合的 c i p p p r o t e i n 通道 c n q x6 - c y a n o 一7 一n i t r o q u i n o x aj i n e 2 ,3 - d i o n e6 氰基7 硝摹喹喔啉一2 , 3 一 二酮 c n sc e n t e rn e r v es y s t e m中枢神经系统 c o x 2 c y c l o o x y g e n a s e2 环氧化酶2 环磷酸腺苷应答元件结合 c r e bc a m pr e s p o n s ee l e m e n tb i n d i n gp r o t e i n 蛋白 e n a c ,d e g e p i t h e l i a ln a

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