电压门控钠离子通道轴浆运输和极性分布的机制和功能

Primary sensory neurons in peripheral nerve system are pseudo-unipolar neurons that their peripheral afferents receive environment stimuli and their central afferents transmit signals to central nerve system. The afferent fibers have unique property of axons and a part of proteins synthesized in the soma are transported to axons to give functions. Voltage-gated sodium channels play a critical role in maintaining neuronal excitability, however, the mechanism and function of axonal transport and polarized distribution for voltage-gated sodium channels in the peripheral and central afferents of primary sensory neurons need to be investigated. The techniques including immunohisto-/cytochemistry, Western blotting, molecular cloning, neuron/cell culture and transfection, co-immunoprecipitation, animal model preparation, gene knockdown and knockin, electrophysiological recording and behavioral tests etc. will be performed in the present study. We will identify voltage-gated sodium channels showing the polarized distribution in peripheral and central afferents of primary sensory neurons, and explore their molecular mechanism and function of axonal transport and polarized distribution in physiological condition and peripheral inflammation. Our study will help understanding the relationship between neuronal localization and function for voltage-gated sodium channels.

外周神经系统的初级感觉神经元为假单极神经元，其外周支接收外界刺激，经中枢支向中枢传递。外周支和中枢支均被称为轴突，初级感觉神经元在胞体合成的一些蛋白质要运输到中枢支和外周支发挥功能。电压门控钠离子通道在维持神经元兴奋性中起着重要的作用，而对它们在初级感觉神经元外周支和中枢支中的轴突运输和极性分布及其机制和功能尚不十分清楚。我们初步的实验结果显示，初级感觉神经元中电压门控钠离子通道各亚型在外周支和中枢支具有极性分布的现象。本项目将应用免疫组织/细胞化学、蛋白杂交、分子克隆、神经元/细胞培养和转染、免疫共沉淀、动物模型制备、基因敲减和敲入、电生理记录和行为学等技术，鉴定初级感觉神经元外周支和中枢支发生极性分布的电压门控钠离子通道亚型，揭示其轴浆运输和极性分布的分子机制和功能，探讨其在外周炎症时轴浆运输和极性分布的改变、机制和病理意义。本项目将加深对电压门控钠离子通道在神经元中定位与功能的理解。

背根神经节的初级感觉神经元是痛觉和痒觉传入的第一站，电压门控钠离子通道在维持神经元兴奋性中起着重要的作用。本项目通过研究电压门控钠离子通道极性分布，发现了在腰4-5背根神经节初级感觉神经元中电压门控钠离子通道各亚型在神经元的中枢支和外周支表现出了不同的分布特性，Nav1.6和Nav1.9在中枢支的分布较外周支要多，而Nav1.7和Nav1.8在外周支的分布要远高于中枢支。发现了电压门控钠离子通道Nav1.7与FGF13相互作用介导了组胺引起的痒反应，在背根神经节伤害性初级感觉神经元中FGF13选择性敲除小鼠对组胺引起的抓挠反应显著下降，FGF13缺失后对组胺反应的背根神经节神经元百分数显著下降，Nav1.7在组胺及其受体H1R介导的痒信号传导通路中有重要作用，组胺可以增强Nav1.7与FGF13的结合，Nav1.7与FGF13之间的相互作用参与了组胺诱导的神经元兴奋以及小鼠的痒反应。揭示了电压门控钠离子通道的特性在伤害性热刺激下的改变，电压门控的钠离子通道Nav1.7和Nav1.8对动作电位的生成有着不同的作用，研究伤害性热刺激对这两类电压门控型钠离子通道的影响，发现伤害性热刺激可以显著降低Nav1.7和Nav1.8的电流密度，导致Nav1.7激活曲线向超极化方向移动和Nav1.8快速失活曲线发生改变。发现了初级感觉神经元轴突富集的长非编码RNA，鉴定了在背根神经节神经元轴突中丰度和富集程度最高的基因间长链非编码RNA，ALAE通过在神经元轴突内与生长相关蛋白43 mRNA竞争结合KHSRP蛋白，增加其局部翻译，从而促进轴突的生长。通过本项目的研究，还建立了一系列开展神经元中分子转运和轴突定位研究的体系，可以为后续的相关研究提供支撑。本项目研究成果为电压门控钠离子通道的分布与功能提供了新的理论基础，加深对神经元轴突定位分子的作用及其机制的理解。