GPR151在神经病理性疼痛中的作用和机制

Neuropathic pain is a common chronic pain in clinic and presently lacking effective analgesics. Recent studies have suggested that G protein-coupled receptors (GPCRs) play an important role in the development and maintenance of pain and can be fascinating drug targets for analgesic therapy. We examined the expression of about 25000 genes in the L5 spinal cord after spinal nerve ligation (SNL)-induced neuropathic pain by gene chip. The results showed that the expression of G protein-coupled receptor 151 (GPR151) was increased by 26.3-fold, which was on the top of all GPCRs we checked. Particularly, quantitative PCR showed GPR151 was increased more than 1000-fold in the DRG after SNL. In this project, by using behavioral, morphological, and molecular biological approaches, we will investigate the role and the regulation mechanism of GPR151 in neuropathic pain, which includes: (1) The mRNA and protein expression and distribution of GPR151 in the DRG and spinal cord in neuropathic pain;(2) The effect of regulation of GPR151 expression in the spinal cord and DRG on the development and maintenance of neuropathic pain;(3) The cellular and molecular mechanism of GPR151 underlying neuropathic pain; (4) Ligand screening for GPR151. This project will identify a key GPCR for neuropathic pain and reveal its regulation mechanisms.

神经病理性疼痛是临床上常见的慢性痛，目前仍缺乏有效的镇痛药。最近研究表明G蛋白偶联受体(GPCR)对疼痛的产生和发展具有重要作用，是极具吸引力的药物靶点。我们用基因芯片检测了脊神经结扎诱导的神经病理性疼痛小鼠脊髓中2.5万个mRNA的表达，结果显示G蛋白偶联受体151的表达增加了26.3倍，是表达增加最高的一种GPCR。RT-PCR检测发现背根神经节中GPR151的表达竟升高了上千倍。本项目中将采用行为学、形态学、分子生物学等方法，研究以下内容：（1）神经病理性疼痛中DRG和脊髓GPR151在基因水平和蛋白水平表达的时空分布（2）改变GPR151的表达对神经病理性疼痛发生和维持的作用（3）GPR151调控神经病理性疼痛的细胞和分子机制（4）GPR151配体分析。本项目有望确定一个对疼痛有关键调控作用的G蛋白偶联受体并阐明其作用机制。

G蛋白偶联受体是极具吸引力的药物靶点。基因芯片发现孤儿G蛋白偶联受体GPR151在脊神经损伤诱导的神经病理性模型（SNL）脊髓中的表达大幅增加。本研究的目的在于阐明GPR151在脊髓和DRG中的表达分布特征，及其在神经病理性疼痛中的作用及机制。方法：实验采用L5脊神经结扎诱导的神经病理性疼痛模型。通过RT-PCR 、Western Blot、免疫荧光和原位杂交等方法检测基因表达时空特征。用基因敲除小鼠，鞘内注射siRNA或抑制剂，脊髓或神经根注射慢病毒等方法研究GPR151及其调节基因对痛行为的影响。用MSP、BSP、荧光素酶、ChIP和基因芯片等研究GPR151的表达调控及下游作用机制。结果发现：（1）SNL引起脊髓中GPR151 mRNA和蛋白持续上调。脊髓中，GPR151主要表达于神经元，鞘内注射siRNA或脊髓注射干扰慢病毒都能显著减轻SNL引起的痛行为；（2）SNL引起DRG中GPR151上调，GPR151与IB4共定位最多，L5神经根注射GPR151干扰慢病毒能显著减轻SNL引起的热痛觉过敏；（3）敲除GPR151基因可以持续减轻SNL诱导的机械性触诱发痛和热痛觉过敏；（4） SNL后GPR151基因启动子区CpG岛甲基化水平降低，DNMT3b在脊髓中表达减少，GPR151与DNMT3b结合减少，抑制DNMT3b后GPR151启动子区CpG岛甲基化水平下降而其mRNA表达增加，小鼠机械性触诱发痛阈值下降；脊髓内注射DNMT3b过表达慢病毒后GPR151启动子区CpG岛甲基化水平增加而其mRNA表达下降，同时缓解SNL诱导的痛行为；（5）SNL后，脊髓中KLF5表达增加，GPR151结合KLF5增加，促进GPR151的表达，鞘内注射KLF5拮抗剂ML264或siRNA能缓解痛行为；（6）敲除GPR151基因后，SNL小鼠脊髓中大量痛相关基因表达发生变化，ERK信号激活下调。结论：SNL引起GPR151在脊髓和DRG中表达增加。结论：脊髓中GPR151表达上调受DNA甲基转移酶DNMT3b表达下调导致的GPR151基因启动子区甲基化水平下降调节，同时转录因子KLF5与GPR151启动子结合增强也促进其表达。敲除GPR151基因可以缓解SNL诱导的神经病理性疼痛，改变同相关基因表达，下调ERK信号通路。因此GPR151有望成为神经病理性疼痛治疗的有效靶点。