锌指蛋白ZBTB20对伤害感受神经元的分化和痛觉感受功能的调节作用及其机理研究

The mechanism of pain is one of the hot spots in the field of Neuroscience. The small-diameter neurons in the dorsal root ganglion (DRG) are primary nociceptive neurons that can sense and transmit nociceptive signal. However, little is known about the control mechanisms of its function. Our preliminary experiment showed that ZBTB20 was highly expressed in small-diameter neurons in the DRG, and further more, the specific deletion of ZBTB20 in small-diameter neurons led to significantly increased mechanical and thermal pain thresholds, which implies that ZBTB20 plays an important role in the modulation of pain processing. To reveal the role of ZBTB20 in nociceptive neurons and underlying mechanisms, in this project, we plan to analyze the nociceptor-specific ZBTB20 knockout mice's phenotypes including DRG morphology, differentiation state of nociceptive neuron subtypes, the expression and function of receptors and ion channels relevant for pain processing. At same time, we will try to find its target genes and working mechanisms.

疼痛的调控机制一直是神经生物学的研究热点. 背根神经节的小神经元是感受和传导疼痛信号的伤害感受神经元,然而对其功能的调节机制尚不十分清楚。锌指蛋白ZBTB20 是申请人所在课题组自主发现并率先报道的新型转录因子。我们前期的工作表明该分子在背根神经节的小神经元中高表达，为了揭示其体内生物学作用, 我们成功建立了小神经元特异性ZBTB20基因敲除小鼠模型,发现该小鼠对多种伤害性刺激的敏感性显著降低,提示该分子对痛觉信号的感受和/或传导具有重要的调节作用。在此基础上,本课题拟利用该基因敲除小鼠模型，结合组织学、行为学、电生理及分子生物学等研究手段，深入分析该基因缺陷的背根神经节的组织学结构、神经元各亚群的分化特征和数量变化、疼痛相关受体以及离子通道的功能学变化,同时筛选和验证其下游的重要靶基因, 以明确该分子调节痛觉的电生理和分子生物学机制，为临床镇痛提供新的理论基础和潜在干预靶点。

本项目系统分析了转录因子Zbtb20在小鼠背根神经节的时空表达特征；建立了背根神经节小神经元特异性zbtb20基因敲除小鼠模型；深入分析了该小鼠模型的疼痛行为学改变、背根神经节的组织学和细胞学特征、疼痛相关受体以及相关离子通道的表达与功能学变化。研究主要取得以下进展：（1）Zbtb20主要表达于背根神经节的伤害性感受神经元。（2）伤害感受小神经元特异性Zbtb20基因缺失后导致小鼠对热痛、冷痛、机械痛和化学痛的敏感性显著下降。（3）Zbtb20基因缺失不会明显影响背根神经节及其神经元主要亚群的分化发育。（4）Zbtb20基因缺失导致背根神经节中小神经元的TRPV1、TRPA1和TRPM8离子通道的mRNA和蛋白表达水平显著下降，离子通道的功能受损。以上结果表明Zbtb20是一个痛觉的关键调控因子，该分子通过调控3种与痛觉感受相关的TRP家族离子通道TRPV1、TRPA1和TRPM8的表达来调控痛觉，可作为一个潜在的预防或治疗慢性疼痛药物的干预靶点。