基质金属蛋白酶-9介导骨癌痛外周敏化的机制研究

Cancer pain is one of the most severe forms of chronic pain, and the current clinical approaches are inadequate, only produce pain relief in half of patients suffering from cancer pain, due to our incomplete understanding of cellular and molecular mechanisms underlying the pathogenesis of cancer pain. The studies from our and other laboratories showed that sensitization of TRPV1 (transient receptor potential vanilloid 1) in dorsal root ganglion (DRG) neurons contribute to bone cancer pain-induced peripheral sensitization. However, the cellular and molecular mechanisms of TRPV1 sensitization are illusive. Our pilot study showed that following bone cancer pain development matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) was highly expressed in tumor-bearing bone and DRG, and colocalized with TRPV1 in DRG neurons. In this project, using multidisciplinary approaches, we explore whether and how the peripheral MMP-9 modulates TRPV1 in nociceptors. Major question to be addressed are as follows: 1) to define the time courses of MMP-9 upregulation in tumor tissue, DRG and primary afferent termination during the development of bone cancer pain; 2) if peripheral MMP-9 sensitizes TRPV1; and 3) which substrates mediate TRPV1 sensitization induced by MMP-9, leading to peripheral sensitization of bone cancer pain. The proposed studies will reveal new insights into the role of MMP-9 in bone cancer pain, which could eventually lead to development of novel therapeutic strategies for treating cancer pain.

癌痛是最严重的慢性痛之一，由于机理不明，约半数患者的癌痛得不到有效控制。我们和他人的工作显示，癌痛时，背根神经节（DRG）神经元TRPV1敏化贡献于骨癌痛的外周敏化，但骨癌条件下TRPV1敏化的机制仍有待进一步研究。我们的预实验显示，骨癌组织和DRG在癌痛发展中表达高水平的基质金属蛋白酶MMP-9，在DRG神经元，MMP-9与TRPV1广泛共存。本课题拟采用多学科技术研究癌痛时外周MMP-9是否和怎样调控TRPV1，进而导致持续性癌痛。主要研究内容包括：1）在大鼠骨癌痛模型上确定肿瘤、DRG和初级传入末梢MMP-9上调的时空顺序；2）确定外周MMP-9可上调DRG神经元TRPV1表达和敏化TRPV1；3）明确MMP-9通过哪些底物调控TRPV1，并通过该调控机制介导骨癌痛的外周敏化。本项研究将有助于深入了解MMP-9及其下游信号在骨癌痛中的特征性作用，为难治性癌痛提供潜在的治疗靶点。

骨癌痛是最严重的癌痛之一。骨癌条件下，肿瘤细胞、成纤维细胞、炎症细胞以及成骨和破骨细胞可以产生并分泌多种蛋白酶、细胞因子和趋化因子等，构成独特的肿瘤微环境。这些物质可能通过兴奋并敏化伤害感受器，引起外周敏化。MMP-9是基质金属蛋白酶家族中研究最多的成员之一，它可以分解细胞外基质成分（如胶原、明胶），激活细胞因子和生长因子（如TNFa、TGF-b1、IL-1b）等。MMP-9在组织中低表达，基质重塑需要时表达增加。MMP-9合成、分泌和活化发生异常会产生病理性作用，如炎症、神经变性疾病，以及炎症痛、神经病理痛和癌症痛等。MMP-9在骨癌痛中的变化和作用如何，目前尚不清楚。.本研究在大鼠胫骨骨髓腔接种Walker 256 乳腺癌细胞建立的骨癌痛模型上，采用免疫组织化学、明胶酶谱法、Western blot、行为学和电生理学等方法，对骨癌痛发生、发展过程中，外周MMP-9、TRPV1和TNF的表达分布、动态变化及其在骨癌痛中的作用进行了初步探索。主要结果如下：（1）骨癌痛发展过程中，外周MMP-9的蛋白表达水平和活性明显增加，第7天上调最明显。骨癌第7天、14天、21天，患侧DRG神经元中MMP-9蛋白表达水平明显上调，第7天上调最明显。（2）肿瘤周围深部组织注射或鞘内注射MMP-9内源性抑制物TIMP-1 可以缓解骨癌7天已形成的机械触诱发痛和热痛敏。鞘内慢性给予MMP-9合成抑制剂MMP-9 inhibitor I可以延缓骨癌痛的进程。（3）MMP-9敏化DRG神经元TRPV1通道并诱发机械触诱发痛和热痛觉过敏。（4）TNFa介导MMP-9对TRPV1通道的敏化作用。.综上所述，本研究显示，在Walker 256大鼠乳腺癌细胞引起的骨癌痛模型中，肿瘤骨组织部位和DRG神经元释放大量的MMP-9，可作用于DRG初级感觉神经元上的TNFa前体使之活化并与TNFR1受体结合，继而使TRPV1通道的表达和敏感性增加，参与骨癌痛的发生和发展。本研究提示，外周MMP-9可能是治疗骨癌痛的重要靶点。