背根节产生触诱发痛信号的"时空放大"效应及其相关机制的研究

Allodynia is the pain experienced in response to non-nociceptive stimuli, and is one of the most common features of chronic pain. The development of allodynia is not well understood. Under the support of our last grant, we found that peripheral touch generated evoked bursting (EB) in the Aβ dorsal root ganglion (DRG), which was closely associated with the generation of allodynia (Pain, 2012). Furthermore, recent studies have shown that following injury, stimulation of peripheral afferents could evoke a synchronous pain signal in Aδ and C DRG neurons. This suggests the existence of a "spatiotemporal amplification" effect among DRG neurons, which could be one of the key factors for inducing intensive allodynia. Here we will test this idea by employing the model of chronic compression of DRG - triggering oscillation, using a combination of functional imaging, electrophysiology and molecular biology. We will confirm the existence of synchronous activity in multiple DRG neurons, thereby demontstrating "spatiotemporal amplification". Furthermore, we will clarify the relationship of this amplification with the K+ homeostasis in DRG-satellite glia cells. These studies will reveal new mechanisms showing how nonpainful signals are being transformed into painful ones. Moreover, they will help to reveal the intrinsic mechanisms of the "pacemaker" of chronic pain in an injured DRG, and will provide sufficient basis for an effective treatment of peripheral analgesia.

触诱发痛是指非痛刺激引起的疼痛感觉，是慢性痛的主要特征之一，其发生机制是个长期未解的难题。我们在前一基金项目资助下，在受损背根节（DRG）的Aβ神经元发现了触刺激诱发的高频短簇放电（诱发簇放电）新形式，并证明与触诱发痛的发生密切相关（Pain，2012）。近期实验进一步发现刺激传入神经可在受损DRG诱发Aδ和C神经细胞同步产生痛信号，提示在受损DRG神经元之间可能存在"时间空间放大"效应，成为引起强烈触诱发痛的重要原因。本项目将利用背根节慢性压迫-触发振荡模型，通过功能性光成像，电生理和分子生物学等技术，检测DRG多个神经元的同步功能活动，确认痛信号产生的"时空放大效应"，进而阐明该效应与DRG卫星胶质细胞及ATP-P2X-K+自稳态变化的关系。研究结果将发现触觉刺激引发剧烈疼痛的新机制，深刻认识受损DRG产生慢性痛信号的本质过程，为制定特异的外周镇痛策略提供充分依据。

触诱发痛是指非痛刺激引起的疼痛感觉，是慢性痛的主要特征之一，其发生机制是个长期未解的难题。前期研究中我们在受损背根节（DRG）的Aβ神经元发现了触刺激诱发的高频短簇放电（诱发簇放电）新形式，并证明与触诱发痛的发生密切相关（Pain，2012）。本研究对在DRG水平该放电模式引发C类神经细胞同步产生痛信号进行确认。课题的第一个主要发现为：应用电生理方法进一步确认了Aβ传入与C类细胞痛信号的相互作用。首先，我们明确了外周传入放电活动与DRG神经元胞体产生的放电可通过放电模式以及放电活动第一个动作电位上升相的斜率加以区分。其次，我们对在慢性背根节压迫（CCD）模型的A及C类纤维上看到的慢波振荡放电（Slow Wave Oscillation, SWO）进行了研究。该放电实质为神经元胞体产生的高频簇放电，而在每一簇放电内，放电间隔表现为疏密疏的变化，细胞内记录显示该变化是在缓慢膜电位变化的基础上产生。该类SWO的产生与细胞膜钠通道失活门被阻断有关，在单纤维记录中，我们发现外周的单个传入动作电位即可以诱发此类放电。我们在外周以A类神经纤维兴奋的刺激强度给予刺激，在神经元胞体则不仅可以记录到A类神经元产生的SWO，还可以在C类神经元记录到SWO。表明，此时未受到直接刺激的C类神经元可能在DRG局部产生的交互兴奋中受到了刺激，使其兴奋性增强。即存在兴奋作用的空间效应。课题的第二个主要发现：开展功能性光成像试验，使用G-CaMP小鼠确认Aβ传入引发的“空间放大效应”的存在。本部分研究中使用的G-CaMP小鼠是2013年4月从美国麻省理工学院（MIT）再次引入的品种(Chen Q, et. Al., 2012)，目前已成功繁殖并进行基因型鉴定后用于动物实验。初步试验在荧光显微镜下，可以清晰地看到在大、中、小神经元胞浆内明确有绿色荧光蛋白的表达。其次，我们在带外周神经的整体DRG神经节标本，分别对大小细胞产生不同频率、不同放电个数的电活动与其对应的荧光信号增强的关系进行了确认，进而在CCD模型的该标本上，初步发现在坐骨神经给予兴奋A类神经纤维强度的刺激，可诱发多个细胞出现电活动，其中包括A类神经元，C类机械敏感神经元及C类多觉型神经元。提示在G-CaMP小鼠CCD模型上，可能存在A类神经元与C类神经元的空间相互作用，为触诱发痛产生的“空间放大效应”假说提供了一定的资料支持。