支链氨基酸代谢障碍抑制己糖激酶1加重神经病理性疼痛的机制研究

The prevalence of neuropathic pain is very high. Since the treatment of neuropathic pain is difficult, researches on mechanisms and therapeutics of neuropathic pain are more than important. After uncovered the role of purinergic receptor in the development of neonatal pain（Molecular Pain，IF3.53，first author）, the idea of what’s the role of branched-chain amino acids (BCAAs) in the development of neuropathic pain came out. This idea based on the observation of clinical relationship between the high prevalence of neuropathic pain and defective BCAAs metabolism in diabetic patients . Models of defective BCAAs metabolism and neuropathic pain triggered by chronic constrictive injury are combined to test the hypothesis that defective BCAAs metabolism sensitizes neuropathic pain. Methods and techniques including 13C-NMR isotope analysis, metabolomics，mitochondria biology and molecular biology are adopted to elucidate the mechanism－defective BCAAs metabolism inhibits uptake and metabolism of glucose, results in dysfunction of mitochondria by reducing expression and translocation to mitochondria of hexokinase 1. Effect of correcting BCAAs metabolism on neuropathic pain therapy is confirmed by enhancing metabolism of BCAAs. Treatment towards bioenergy metabolism of mitochondria may cut off the pathway through which disturbed glucose metabolism results in neuropathic pain. This study may throw light on BCAAs as the new target of neuropathic pain research and provide a unique direction for the specific neuropathic pain therapeutics.

神经病理性疼痛发病率高，难治疗，对其发生机制及治疗的研究极其重要。继申请人发现嘌呤能受体在新生小鼠疼痛中的作用（Molecular Pain，IF3.53，第一作者）后，结合糖尿病患者神经病理性疼痛发生率高且存在支链氨基酸（BCAAs）代谢障的临床发现，拟研究BCAAs代谢障碍与神经病理性疼痛的关系。本课题将采用BCAAs代谢障碍小鼠及神经病理性疼痛模型，结合行为学、13C-NMR同位素分析、代谢组学、线粒体生物学及分子生物学等多种方法和技术，揭示BCAAs代谢障碍与神经病理性疼痛的关系，系统阐明BCAAs代谢障碍通过减少己糖激酶1表达及向线粒体转位，抑制糖代谢、糖摄取并导致线粒体功能障碍，加重神经病理性疼痛；验证促进BCAAs代谢对神经病理性疼痛的治疗作用。这种针对线粒体能量底物代谢的治疗方案有望从源头切断糖代谢造成神经病理性疼痛的路径，为神经病理性疼痛的治疗甚至预防提供新的靶点。

支链氨基酸（BCAAs）越来越多地被发现在肥胖、2型糖尿病和代谢紊乱性疾病中发挥着重要的作用。最近几年，研究者开始关注支链氨基酸在外周神经系统疾病中的功能，本项目在这一前沿领域内取得了创新性的发现。研究发现，高脂饮食8周后小鼠出现外周疼痛敏化，机械和热阈值明显下降，这与DRG中BCAAs的代谢障碍相关。通过给予BT2治疗，可以缓解外周疼痛。因此，进一步构建了PP2Cm基因敲除导致的DRG内支链氨基酸代谢缺陷小鼠模型。相对于野生型小鼠，PP2Cm基因敲除小鼠的机械和热阈值并没有明显变化；而当CCI手术后，PP2Cm基因敲除小鼠的机械阈值显著下降，表明DRG中BCAAs代谢障碍小鼠会加重神经病理性疼痛。用BT2纠正BCAAs分解代谢，有效改善了加重的神经病理性疼痛。对两组小鼠的DRG组织靶向代谢组学检测显示，PP2Cm基因敲除小鼠和野生型小鼠的代谢谱有显著差异，其中葡萄糖代谢明显变化，糖酵解增强，部分中间产物丰度增加，终产物乳酸含量明显增加。本课题研究还发现采用多种抑制剂减少乳酸的生成，可以减轻PP2Cm基因敲除小鼠的神经病理性疼痛；敲除DRG中的LDHA，抑制乳酸生成，会减轻高脂饮食诱导的外周疼痛敏化，福尔马林诱导的急性疼痛和CFA诱导的慢性炎症疼痛模型。在这些研究的基础之上，我们探索了堆积的乳酸可能通过增强乳酸化修饰来调控疼痛相关的离子通道开放。本研究发现了BCAAs分解代谢在外周神经病理性疼痛中的关键调控作用，不仅阐明了BCAAs对外周疼痛代谢调控的新机制，而且为临床预防和治疗BCAAs代谢障碍提供新的理论基础及应用手段。