α2AR-AMPKα信号通路介导损伤线粒体原位复能预防痛觉中枢敏化的机制研究

Central sensitization (CS) is the chief culprit of refractory neuropathic pain (NeP), and how to prevent is an unresolved problem. Many studies indicated that the abnormal excitation of somatosensory neurons triggered CS following the nerve injury, and which may be resulted from insufficient energy supply induced by axonal mitochondrial injury. In our recent study, the protective effect of α2 adenosine receptors (α2AR) on the injured mitochondria of cells was found and we hypotheses which may be helpful for the prevention of CS clinically. AMPKα plays crucial role in modulating the energy supply in neurons. Activation of AMPKα is helpful for prevention of many diseases caused by energy insufficiency. The expression of AMPKα was found increased following α2AR activation in previous study. In this study, based onα2AR-AMPKα signaling pathway, AMPKα-knockout mice and primary cultured neurons will be used as the investigated objects, and the methods such as mitochondrial trace, whole-cell patch clamp, immunohistochemistry and pain behavior will be employed to identify the hypothesis: Activation of α2AR on somatosensory neurons restores the function of mitochondria via AMPKα, and which will inhibit the excitation of cells and prevent the induction of NePCS. The success of this project will provide a new theory of prevention of NePCS.

痛觉的中枢敏化（CS）是神经病理性疼痛（NeP）迁延难治的主因，预防是关键。CS发生的重要机制之一为神经元轴突内线粒体损伤、能量供应障碍和继发的躯体感觉神经元过度兴奋。我们既往研究发现激活α2肾上腺素能受体（α2AR）可以保护损伤线粒体、改善细胞内能量供应，具有预防CS发生的临床价值，但具体机制不明。腺苷酸激酶α（AMPKα）是控制能量代谢的信号枢纽，调节AMPKα可以预防多种代谢障碍性疾病，预实验发现α2AR可以激活AMPKα。拟以AMPKα基因敲除小鼠和体外培养神经元为研究对象，采用线粒体示踪、全细胞膜片钳、免疫组化和痛觉行为学等实验手段，深入研究α2AR-AMPKα信号通路在预防CS发生中的作用机制，推测其基本过程为：感觉神经元上α2AR活化，激活AMPKα促使轴突内损伤线粒体原位复能，降低神经元兴奋性和伤害性信号上传，预防CS的发生。研究将为NePCS的早期预防提供新策略。

神经病理性疼痛是一种难治的临床常见病，至今痛觉敏化的机制不清。本项目主要探讨α2AR-AMPKα信号通路介导的损伤线粒体原位复能预防痛觉中枢敏化的机制，包括α2AR活化对AMPKα的调节、α2AR-AMPKα活化对线粒体动力学、胶质细胞活化和痛觉敏感度的影响等8个方面的模型动物和体外培养细胞实验。研究完成了AMPK-KO C57BL/6J小鼠鉴定、繁殖；神经元培养、线粒体转运及线粒体膜电位观察、免疫组织化学；开展了C57BL/6J 小鼠CCI 手术、置管、疼痛测定、血液及脑脊液内活性物质释放等系列实验。还开展AMPK基因多态性（包括NePCS患者及小鼠）、线粒体DNA释放等拓展研究。与香港大学夏正远教授课题组开展学术交流1次。目前有如下发现和成果：①基因敲除AMPKα1基因后C57BL/6J小鼠热痛、机械痛觉敏感度显著增加，研究也发现AMPKα1基因敲除小鼠繁殖力显著降低；②在神经病理性疼痛模型小鼠（CCI模型）外周神经损伤后AMPKα表达明显降低，同时伴有线粒体锚定蛋白降低、转运蛋白增加，同时线粒体出现分裂、融合障碍，证明AMPKα调控下的线粒体动力学改变参与了神经病理性疼痛的形成；③利用α2AR的激活剂右美托咪定作用于CCI神经病理性疼痛小鼠模型和糖尿病神经病理性疼痛模型均表现出很好的抑制疼痛作用，而且发现其作用与AMPKα调节下的线粒体功能修复相关；④体外实验发现α2AR-AMPKα信号通路调节线粒体动力学的机制主要包括：维持线粒体膜电位、维持线粒体的能量合成功能、抑制伤害性ROS产生、减少细胞外ATP释放、减少炎性递质TNFα、cGAS、STING等的释放等；⑤拓展研究发现在发生中枢敏化的神经病理性疼痛患者血液中AMPKα1/2的基因表型与正常对照组存在明显的差异，其是否是痛觉中枢敏化易感性产生的原因尚需进一步研究；⑥研究还发现人及模型小鼠体内出现大量的线粒体DNA，其是否也参与了痛觉中枢敏化的形成也需要进一步研究；⑦上述结果已发表SCI论文7篇、投稿在审SCI论文1篇。本研究首次探讨了神经病理性疼痛形成过程中的线粒体动力学改变并初步探讨了其调控机制，对补充神经病理性疼痛中枢敏化的形成理论和开发针对性的药物均具有重要的意义。