MIF介导神经病理性疼痛多巴胺能神经元表观遗传学抑制

Under the support of the first NSFC grant and from the pilot exploratory experiments, we found: the expression of MIF in both Spinal Cord and Ventral Tegmental Area was upregulated after nerve injury, but the dopamine contents was decreased; and intrathecal and intracerebroventricular MIF inhibitor ISO-1 increased DA, and also alleviated pain, suggesting MIF is involved in the regulation of DA level after nerve injury. In further, we found: 1) ISO-1 reduced nerve injury-induced high methylation of the Th gene, and then upregulated the expression of TH protein; 2) inhibitors of DNA methylation, Histone Deacetylase and G9a/Glp abolished recombinant MIF-induced Th gene methylation in dapaminergic neurons, showing that MIF medicates hyperalgesia through inducing Th gene methylation, and G9a/Glp associated histone methylation is the basis of this kind of Th gene methylation. This study proposed to investigate the potential relationship among MIF, DA and Th gene methylation at length via neuropathic pain mouse model and dopaminergic neurons. It will not merely reveal the novel mechanisms of MIF-medicated Th gene methylation in neuropathic pain, but also provide basic evidence for the dysfunction of dopaminergic descending inhibition pathway contributing to central sensitization. Our proposal possesses novality due to thus far no reports on MIF's role in the epigenetic inhibition of dopaminergic neurons after neuropathic pain.

我们前一国家自然科学基金和前期探索性研究中意外发现：神经损伤后脊髓与VTA两部位MIF同时高表达，而DA含量下降；鞘内与脑室内MIF抑制剂ISO-1均使DA含量增加，疼痛改善，提示MIF参与神经损伤后DA水平调控。进一步发现：1）ISO-1降低神经损伤诱导Th基因高甲基化，TH表达上调；2）DNA甲基化、组蛋白去乙酰化酶以及G9a/Glp抑制剂均可阻断rMIF诱导DA神经元Th基因高甲基化，推测MIF通过诱导Th基因甲基化介导痛觉高敏，而G9a/Glp相关组蛋白甲基化又是Th基因甲基化前提。本研究拟以神经病理性疼痛小鼠模型和DA神经元为工具，探讨MIF与DA和Th基因甲基化之间关系。不单揭示MIF介导神经病理性疼痛多巴胺能神经元Th基因甲基化新机制，更为多巴胺能下行抑制通路功能下降参与中枢敏化提供基础数据。因此有关神经病理性疼痛MIF介导多巴胺能神经元表观遗传学抑制机制研究具有源头创新性。

本课题是在前期研究发现基础上开展的有关脊髓上巨噬细胞移动抑制因子（MIF）介导神经病理性疼痛（NPP）发生发展的新机制研究，为NPP的下行抑制减弱提供新的理论数据。早期我们发现脊髓水平的MIF是参与介导NPP的重要分子之一，而有研究证实多巴胺抑制是外周神经损伤诱导痛觉超敏的关键机制之一，籍此我们提出假设并论证了多巴胺下行抑制系统是促炎性细胞因子MIF参与并介导调控NPP超敏发生发展的脊髓上重要分子。其中腰段脊髓（L-SC）和中脑背盖前区（VTA）是MIF实现NPP痛阈调控的的主要节点区域。我们的研究采用坐骨神经慢性压迫（CCI）大鼠作为模型，其上述两节点部位的伴随神经损伤而现实显著上调特征，并于疼痛行为学改变呈现正相关关系。然而，相应时间及位点的多巴胺（DA）含量则表现为时间依赖性反向变化特征。无论是MIF还是DA水平，二者可同时被MIF小分子拓扑酶抑制剂ISO-1所翻转，提示MIF与DA之间存在潜在的反向相关关系。进一步地，我们发现ISO-1的翻转作用可以使得DA限速酶酪氨酸羟化酶（TH）表达产生相似改变；而更深入研究发现CCI可诱导L-SC和VTA部位Th基因启动子CpG位点甲基化改变，而此甲基化变化可被ISO-1所阻断。不单如此，Th基因启动子区域内的G9a/SUV39H1和H3K9me2/H3K9me3在CCI时显著增强，其亦可被ISO-1明显削弱。在离体培养的多巴胺能神经元中，重组MIF（rMIF）增强G9a与SUV39H1在Th基因启动子区域内的聚集，从而引起H3K9me2/H3K9me3的增加。此分子水平的改变相对应表现为Th基因启动子CpG位点甲基化变化与疼痛行为学改变。提示MIF通过G9a/SUV39H1相关H3K9甲基化实现Th基因表达调控，从而使外周神经损伤诱导NPP下行多巴胺抑制通路抑制，最终痛觉超敏发生。研究为NPP发生机制的认识提供了新的基础数据，为可能新的干预靶点寻找提供必要依据。