超声通过机械敏感性离子通道调控背根神经元及在椎管内镇痛中的应用

At present, intraspinal analgesia effect is mainly achieved by medication blocking spinal nerve root via intraspinal puncture which is invasive and has drug-related side effects. Ultrasound neuromodulation is one of the hotspots in neuroscience research in recent years. Ultrasound can regulate the nervous system and affect nerve circuit and sensorimotor function by changing neural excitability via mechanosensitive ion channels. Dorsal root neurons are primary afferent sensory neurons and changes of their excitability can affect the somatic pain response by affecting the pain signaling to the spinal cord. For dorsal root neurons expressed mechanosensitive ion channels and are sensitive to mechanical force, we propose that ultrasound stimulation can change the excitability of dorsal root neurons and block the conduction of dorsal root nerves and so non-invasive intraspinal analgesic effect may be achieved. In this study, we will detect the excitability changes of dorsal root neurons and dorsal root ganglia by ultrasound stimulation, and detect the analgesic effect of acoustic stimulation on dorsal root ganglion of mice in vivo; besides, the role of mechanical sensitive ion channels K2P and CFTR on the analgesia of dorsal root neurons regulated by ultrasound in vivo were also examined to explore the possible mechanism of ultrasound on dorsal root neurons analgesia effect. This will provide the basis for accurate and non-invasive intraspinal analgesia and anesthesia clinically, and has important clinical value and wide application prospect in clinical anesthesia and pain treatment.

目前椎管内镇痛需经椎管内穿刺并用药物阻滞脊神经根而达到镇痛作用，但该方法属于有创操作且具有药物相关副作用。超声神经调控为近年来神经科学研究的热点之一，超声可开放细胞膜的机械敏感性离子通道而改变神经元兴奋性，从而实现对神经系统的调控作用，影响神经环路和感觉运动功能。背根神经元是感觉传入的第一级神经元，其兴奋性的改变可影响痛觉信号向脊髓传入。由于背根神经元表达有机械敏感性离子通道并对机械力敏感，我们提出超声刺激可改变背根神经元兴奋性，阻断背根神经传导从而实现无创的椎管内镇痛作用。本研究包括超声刺激对小鼠离体背根神经元和整体背根神经节的兴奋性影响，以及超声刺激在体小鼠背根神经节有无镇痛作用；并检测机械敏感性离子通道K2P和CFTR是否参与超声调控背根神经元在体镇痛作用，为临床精准无创的椎管内镇痛麻醉提供依据，具有重要的临床应用价值，在临床麻醉、疼痛治疗中具有广泛的应用前景。

目前椎管内镇痛需经椎管内穿刺并用药物阻滞脊神经根而达到镇痛作用，但该方法属于有创操作且有药物相关副作用。超声神经调控为近年来神经科学研究的热点，超声可开放细胞膜的机械敏感性离子通道而改变神经元兴奋性，从而实现对神经系统的调控作用，影响感觉运动功能。背根神经元是感觉传入的第一级神经元，其兴奋性的改变可影响痛觉信号向脊髓传入。我们提出超声刺激可改变背根神经元兴奋性，可能在无创的椎管内镇痛具有潜在价值。.我们首先对NMDA受体进行研究。首先构建NMDA受体的不同亚基的表达质粒，将NR1A, NR2A, NR2B三个质粒分别表达在293T细胞中，利用嵌合超声刺激系统的活细胞钙离子成像显微镜对空质粒、NR1A、NR2A与NR2B过表达的四种细胞进行实时钙离子成像记录。接下来，在原代培养的神经元中检测神经元的NMDA受体的功能性表达。最后，我们利用神经元激活的标志物c-fos对超声调控神经元活性以及NMDA受体的参与进行确认。.结果显示，超声强度0.3MPa与0.6Mpa均能在NR2B亚基过表达的293细胞的钙离子内流并且呈现剂量依赖的升高趋势；但只有0.6MPa可以引起NR1A与NR2A过表达细胞的钙离子内流。因此我们的结果证明了NMDA受体的亚基中，N2B具有最好的超声敏感性，NR1A和NR2A亦具有一定的超声敏感性。0.3MPa与0.6MPa的超声均可以引起原代神经元钙离子内流，并且呈剂量依赖。而在AP-5处理的原代神经元中，超声的激活作用显著性被抑制。最后，超声处理可以显著性升高神经元的c-fos入核比率，并且NMDA受体特异性抑制剂AP-5可以显著性降低超声的这种增强作用。因此，通过c-fos实验，我们进一步确认超声可以通过激活NMDA受体调控神经元的活性。.该项目按期执行，我们证实了超声可调控背根神经元的NMDA受体，并明确了相应的亚基超声敏感性，为进一步超声用于临床椎管内镇痛提供了潜在可能性。