雌激素受体和电压门控性钠离子通道在雌激素调控痛觉中的机制研究

Human and animal studies suggest that estrogen is involved in the processing of nociceptive sensory information and analgesic responses in the nervous system. The effects of estrogen are mediated by estrogen receptors: estrogen receptor α (ERα), estrogen receptor β (ERβ) and G protein-coupled receptor 30 (GPR-30). Voltage-gated sodium channels are critical for the electrical excitability of sensory neurons and play a key role in pain sensation by controlling afferent impulse discharge. Our previous studies have demonstrated that estradiol significantly reduced the formalin nociceptive response. Using a conventional whole-cell patch clamp technique, we found that the 17β-E2 inhibit the voltage-gated sodium channels currents in mouse dorsal root ganglion neurons, and the mRNA expression of sodium channels subtypes was mediated by the estrogen receptors (ERs). Our results suggested that through the modulation of voltage-gated sodium channels, estrogen could affect pain by binding to estrogen receptors (ERα、ERβ and GPR-30). In this study, in vivo and/or in vitro, we will examine the modulation of pain by estrogens via estrogen receptors using estrogen receptor knockout (ERKO) mice and estrogen receptors agonist or antagonist. Using whole-cell patch clamp technique, Real time-PCR, Western blotting, cell transfection, we will investigate the effects of the estrogens on the voltage-gated sodium channels, signal pathway will also be examined. This work will provide evidence for the modulation mechanism of pain by estrogens.

疼痛是临床上最常见的症状之一，研究疼痛机制，寻找解除疼痛的方法，是医学领域的重要问题。研究表明雌激素及雌激素受体（ERs）参与疼痛的调控。电压门控性钠离子通道是生物体电信号产生和传播的主要基础，与疼痛的关系十分密切。我们前期实验发现17β-雌二醇（17β-E2）能够降低福尔马林致炎性疼痛，还发现17β-E2抑制小鼠背根神经节神经元电压门控性钠电流，并通过ERs影响钠通道mRNA表达。由此推测ERs可以介导雌激素影响痛觉，电压门控性钠离子通道可能参与雌激素对痛觉的调控作用。本项目在前期工作的基础上，结合体内试验与体外试验，应用雌激素受体基因敲除小鼠模型和ERs激动剂和拮抗剂，观察ERα、ERβ和GPR-30在雌激素调控痛觉中的作用特点，膜片钳技术观察雌激素对电压门控性钠离子通道的影响，探讨雌激素调控痛觉的作用机制，为新型止痛药靶点研究和选择性雌激素受体调节剂治疗疼痛提供理论依据。

体内实验采用去卵巢后给予外源性雌激素发现，17β-E2能够降低福尔马林痛觉实验的Ⅱ相反应，但对Ⅰ相反应无影响。提示雌激素可能与影响急性痛进程无关，但可以影响慢性炎性痛。与WT小鼠比较，卵巢切除后给予外源性雌激素，βERKO雌性小鼠在福尔马林疼痛模型Ⅱ相的疼痛反应行为的时间减少。提示ERβ亚型在雌激素调节痛觉传递和调制过程中发挥着重要作用。体外实验以小鼠DRG神经元为标本，运用全细胞膜片钳技术在电流钳记录模式下，发现17β-E2抑制动作电位（AP）的发放，AP的幅值减小，半峰时程增加，提示雌激素可能使DRG神经元的兴奋性降低。电压门控性钠、钾、钙离子通道在动作电位的形成和神经元的兴奋的产生过程中具有重要作用，参与痛觉的调节。采用全细胞膜片钳电压钳记录模式，我们发现17β-E2能够浓度依赖性的抑制小鼠DRG神经元TTX-S INa和TTX-R INa。E2-BSA抑制TTX-S和TTX-R钠电流，推测雌激素对钠通道的作用可能是通过非基因组作用途径，由细胞膜上的ERs介导的。PKC特异性拮抗剂GÖ-6983和PKA特异性拮抗剂H-89能够阻断17β-E2对钠电流的抑制作用，提示PKC和PKA信号通路可能参与17β-E2对钠离子通道的影响。ERs非特异性拮抗剂ICI182780能部分阻断17β-E2对TTX-S和TTX-R钠通道电流的抑制作用，ERα特异性激动剂——PPT和ERβ特异性激动剂——DPN都能够抑制TTX-S和TTX-R钠电流，提示ERα 和ERβ可能均参与了雌激素作用钠离子通道的过程。应用ERKO小鼠发现，与WT小鼠比较，17β-E2对αERKO和βERKO小鼠TTX-S INa抑制率减小，提示ERα和ERβ均参与了17β-E2对TTX-S钠通道的作用。与WT小鼠比较，17β-E2对βERKO小鼠TTX-R INa抑制率减小，αERKO小鼠区别不大。提示ERβ可能更多的参与了17β-E2对TTX-R钠通道的作用。除了钠通道，雌激素可以通过雌激素受体的非基因组作用途径影响DRG神经元电压门控性钾离子通道。此外雌激素通过PKC和PKA信号通路抑制大鼠皮层神经元高电压激活钙离子通道电流，这种作用可能不依赖于经典的雌激素受体途径。