脊髓甘氨酸能前馈抑制回路LTD在神经病理性痛觉超敏发生机制中的作用

摘要

疼痛闸门控制学说提出近50年以来一直影响着疼痛机制研究领域。然而它提出的闸门控制回路是以假说形式存在,其结构和功能组成一直是未解之谜。本文作者所在课题组长期坚持“闸门控制学说提出的回路是否存在”这一富有挑战性的课题,最近对脊髓后角痛觉回路和触觉回路之间的联系回路的组成和可塑性变化进行了深入研究,本课题组发现[1]后角III层内接受非伤害性Ab纤维传入的甘氨酸(Gly)能抑制性神经元和IIi层的PKCg阳性兴奋性中间神经元之间存在着直接的抑制性突触联系,形成一个前馈式抑制性回路;PKCg阳性中间神经元与位于IIo层的接受痛觉传入的兴奋性中间神经元(TC,中央细胞)形成兴奋性突触联系,组成了粗纤维介导的非伤害性传入调控细纤维介导的伤害性传入的结构基础。这个甘氨酸能前馈抑制回路发挥着类似闸门的作用,控制触觉信息向痛觉通路传递,而外周神经损伤可引起这个前馈抑制回路功能降低形成闸门开放效应,使触觉信息传递到痛觉通路产生痛觉超敏(allodynia)现象。
　　“痛觉超敏闸门”是神经病理性疼痛形成的重要机制之一。基于前期研究结果,本课题应用膜片钳全细胞记录、形态学和行为学技术,对“痛觉超敏闸门”在外周神经损伤引起的神经病理性疼痛条件下的开放机制进行了初步探索,本文提出AMPA受体内吞介导的甘氨酸抑制回路 LTD可能是“痛觉超敏闸门”在外周神经损伤引起的神经病理性疼痛条件下的开放机制之一。
　　实验一:脊髓痛觉超敏闸门回路的突触可塑性变化及机制研究
　　目的:应用膜片钳技术,在正常大鼠脊髓切片上研究脊髓痛觉超敏闸门回路的突触可塑性变化及机制。
　　方法:取4～5周龄雄性SD大鼠脊髓腰膨大段制备带后根的矢状面切片。选择脊髓后角Ⅱ层和Ⅲ层交界处的神经元做全细胞记录,根据后根刺激反应的潜伏期、诱发强度等电生理特征选择需要的神经元。通过高频电刺激诱发长时程改变,观察TAT-GluR2的作用。(1)观察TAT-GluR2对高频电刺激诱发的Ⅲ层甘氨酸能神经元LTD的影响。(2)观察TAT-GluR2对高频电刺激诱发的Ⅱ层PKCγ神经元的长时程改变的影响。
　　结果:高频刺激后,触觉通路上的非伤害性Ad纤维与甘氨酸能神经元形成的突触产生的EPSP(Ab-EPSP)幅度明显低于刺激前,且持续至少40min(n=6,P<0.001,one-way AVOVA);甘氨酸能神经元与PKCg神经元形成的抑制性突触产生的IPSP(unitary IPSP)幅度明显低于刺激前,且持续至少40min(n=6,P<0.001,one-way AVOVA)。预灌流Tat-GluR220分钟明显抑制了甘氨酸能神经元的EPSP-LTD和PKCg神经元的IPSP-LTD的形成(n=6,P<0.001,one-way AVOVA)。TAT-GluR2S预处理对LTD的形成无明显影响(n=5,P>0.05,one-way AVOVA)。
　　实验二: AMPA受体内吞抑制剂TAT-GluR2对SNL大鼠痛觉超敏的影响
　　目的:用行为学方法探讨TAT-GluR2对神经病理性疼痛的长时程改变的在体影响。
　　方法:建立大鼠SNL模型,蛛网膜下腔置管。通过在SNL之前和SNL引起神经病理性疼痛之后鞘内注射TAT-GluR2观察局部阻断AMPA受体内吞对SNL引起的神经病理性疼痛的预防和治疗作用。
　　结果:(1)单次注射TAT-GluR2对假手术组动物的痛阈没有明显影响(n=6,P>0.05,one-way AVOVA);对SNL动物可以减缓机械性缩足反应阈值的下降速度(n=6,P<0.01,one-way AVOVA)。(2)持续泵注TAT-GluR2显著减缓SNL大鼠机械性缩足反应阈值的下降(n=6,P<0.01,one-way AVOVA)。(3)鞘内注射TAT-GluR2对SNL后已经形成的机械性痛敏仍有改善作用并且呈剂量依赖性(n=10,P<0.01,one-way AVOVA)。
　　实验三: SNL大鼠闸门回路中的GluR2和GlyRα3的定位分布变化
　　目的:观察SNL大鼠GluR2和GlyRα3分布位置的改变
　　方法:SD大鼠,雄性,180~220g,随机分成两组,一组造模,一组空白对照。造模组SNL后7天与空白对照同时取材,固定,冰冻切片,免疫荧光染色双标(PKCgand GluR2,PKCgand GlyRα3,GlyT2 and GluR2)。
　　结果:正常成年大鼠只有少数PKCγ阳性神经元表达GluR2且主要分布在胞膜;SNL后PKCγ阳性神经元上的GluR2发生内吞。正常大鼠大多数PKCγ阳性神经元表达GlyRα3且主要分布在胞膜;SNL后PKCγ阳性神经元上的GlyRα3分布无明显变化。正常大鼠甘氨酸能神经元的GluR2主要分布在胞膜;SNL后甘氨酸能神经元膜上的GluR2发生内吞。
　　小结:
　　1.电生理实验结果提示:触觉通路甘氨酸神经元和PKCg神经元表达通路特异性LTD,甘氨酸能神经元突触后膜的谷氨酸受体内吞可能是LTD形成的原因。这个抑制通路的LTD使甘氨酸神经元抑制功能降低,进而使PKCγ神经元失去甘氨酸神经元的控制,激活触觉通路和痛觉通路之间“沉默”的兴奋性通路,触觉信息由此传入痛觉通路。
　　2.行为学实验结果提示:抑制AMPA受体内吞可预防或改善外周神经损伤引起的痛觉超敏的发生。
　　3.形态学实验结果提示:甘氨酸能神经元膜上的GluR2内吞可能是甘氨酸抑制性回路LTD及神经损伤后痛觉超敏发生的主要原因之一,PKCγ阳性神经元膜上的GlyRα3似乎与LTD的发生无关。
　　结论:AMPA受体内吞介导的甘氨酸抑制回路LTD可能是“痛觉超敏闸门”在外周神经损伤引起的神经病理性疼痛条件下开放的机制之一。

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缩略语表

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前言

文献回顾

第一部分：神经病理性疼痛机制研究进展

1. 神经病理性疼痛（NP）概述

2.神经病理性疼痛的机制

第二部分：脊髓后角痛觉传递回路的调控机制

1 经典闸门控制学说的提出与新争议

2 脊髓后角痛觉相关神经回路研究进展

3 近年来脊髓后角回路的其它研究进展

4 闸门控制学说的新解释

正文

实验一：脊髓痛觉超敏闸门回路的突触可塑性变化及机制研究

1 材料

2方法

3 结果

4 结论

5 讨论

实验二：AMPA受体内吞抑制剂TAT-GluR2对SNL大鼠痛觉超敏的影响

1 材料

2 方法

3 结果

4结论

5讨论

实验三： SNL 大鼠闸门回路中的 GluR2 和GlyRα3的定位分布变化

1 材料

2 方法

3 结果

4结论

5讨论

小结

结论

参考文献

个人简历和研究成果

致谢