CREB调控Kcna2甲基化修饰介导初级感觉神经元异常放电—神经病理性痛的新机制

Neuropathic pain, which could severely affect the patients’ work ability and daily life, is an important clinical issue to be managed. However, the mechanism of neuropathic pain remains unclear. Previous work showed that downregulation of Kcna2 caused ectopic firing plays an important role in neuropathic pain, but what induced the Kcna2 gene silencing still not clear. Our pilot data showed that the mRNA and protein level of transcription factor CREB and de novo methyltransferases 1 (DNMT1) upregulated under spinal nerve ligation (SNL) model. We hypothesized that the transcription factor CREB enhanced the transcription of Dnmt1 gene in DRG and DNMT1 partly silence the Kcna2 gene transcription via epigenetic modulation. The impaired the expression of Kcna2 through DNMT1 led the ectopic firing in DRG under neuropathic pain. In the present study, we will test the hypothesis by using overexpression of CREB with Adeno-associated virus, DNMT1 condition knock out animals, electrophysiology recording of DRG Kcna2 current and other methods. Our studies will provide possible mechanism of neuropathic pain and new target for the research and drug development of pain relieve.

神经病理性痛严重影响患者工作能力和生活质量，已成为临床上亟待解决的重要问题，但其发病机制仍然不清楚。先前研究发现背根神经节(DRG)神经元Kcna2下降导致的异常放电是神经病理性痛发生的重要机制，但Kcna2下降机制不明。预实验结果发现，在脊神经结扎(SNL)模型中，转录因子CREB和DNA甲基化转移酶DNMT1的mRNA表达水平和蛋白表达水平在术后显著上升，因此我们推测CREB表达水平上升导致DRG神经元DNMT1表达量上调，DNMT1通过DNA甲基化修饰机制，部分抑制了Kcna2基因转录，使DRG神经元Kcna2的表达下调，引起DRG神经元异常放电，最终导致神经病理性痛的发生。本研究拟采用小鼠脊神经结扎模型，应用病毒过表达CREB、条件敲除DNMT1以及离体电生理记录DRG神经元Kcna2电流等技术来证明上述假说，为神经病理性痛的机制研究提供基础，为治疗神经病理性痛提供新的靶点。

背景：神经病理性痛严重影响患者生活质量，是临床亟待解决的重要问题，但发病机制仍然不清楚。本项目推测在外周神经损伤引起的神经病理性痛状态下，背根神经节（DRG）神经元上DNA甲基化酶DNMT1通过DNA甲基化机制，抑制了Kcna2钾离子通道的表达，导致DRG神经元异常放电，介导了神经病理性痛的发生。主要研究内容：本项目采用脊神经结扎的疼痛模型，利用western blot、RT-PCR、细胞培养、电生理记录等技术手段，研究探索了1.神经病理性痛状态下DNA甲基化酶DNMT1表达和定位情况； 2.DNMT1是否在疼痛发生发展过程中发挥了重要作用；3.DNMT1是否调控了外周感觉神经元上的Kcna2钾离子通道的表达；4.DNMT1表达的变化是否是由转录因子CREB所介导。重要结果和关键数据：研究结果发现DNMT1在各个类型的DRG中均有表达，且主要表达在背根神经节DRG神经元的核内，不表达于DRG中的卫星胶质细胞中；同时我们发现神经损伤后，DNMT1的表达随着时间变化显著升高，同时利用DNMT1广谱性抑制剂、条件性敲除小鼠以及病毒微注射手段抑制DNMT1的表达可以显著缓解神经病理性痛；离体实验和电生理实验证明，过表达DNMT1可以显著抑制Kcna2钾离子通道的表达，影响DRG神经元的兴奋性；同时神经损伤后表达上调的DNMT1是由于转录因子CREB表达的上调所导致的。上述研究结果表明，神经损伤后，转录因子 CREB 表达水平上升导致DRG神经元DNMT1表达量上调，DNMT1通过DNA甲基化修饰机制，部分抑制了 Kcna2 基因转录，使DRG神经元Kcna2的表达下调，引起DRG神经元异常放电，导致神经病理性痛的发生。科学意义：该研究结果的科学意义在于发现了引起神经病理性痛发生外周表观遗传调控机制，为探索新的神经病理性痛治疗策略、开发以DNMT1为靶点的镇痛药物提供了理论依据。