中枢去抑制易化由外周炎症引发大鼠痛敏的机制研究

摘要

慢性痛是影响最广泛的疾病之一。据估计，在发达国家中约有20％的成年人受到慢性痛的困扰。虽然对急性痛的诊断和治愈目前都很有效，对慢性痛的治疗则远远未达到人们的期望，因此了解慢性痛过程中神经系统是如何作用的就显得尤为迫切。已有的研究表明在慢性痛过程中中枢神经系统中参与痛觉通路的多个脑区的神经元活动增加，突触传递发生变化引起中枢敏化。中枢神经系统痛觉通路的变化是由外周伤害性感受器的输入增多引发，这种变化又导致了参与痛觉信息传递的神经元对外界刺激的反应进一步增强，并且这种增强是一种长时程的变化。研究指出中枢敏化过程中，中枢神经系统的突触传递发生了变化。其中兴奋性突触传递发生了易化，而抑制性突触传递则被抑制。这就提高了兴奋性，使得神经元在接受伤害性刺激时反应增强或足阈下刺激时也会产生反应。 成年动物的中枢神经系统中，GABA能突触传递是主要的快速抑制性突触传递。GABA<,A>受体是一种氯离子通道，神经元胞内外氯离子浓度梯度决定了它的效能。对多种神经疾病的研究表明神经元上氯离子的转运体KCC2功能受到神经元活动的调节，进而改变抑制性突触传递的效能。此外，GABA的合成酶，GABA能的中间神经元以及GABA<,A>受体也都受到突触活动的调节，并且在神经疾病中它们的表达与功能也发生变化。虽然已有人证明在外周神经损伤引起的慢性痛过程中也存在着抑制性突触传递的降低(去抑制)，然而对这种降低的机制研究还不够深入。本研究中，我们利用外周炎症引起的慢性痛成年大鼠模型，对抑制性系统在中枢痛觉通路的多个脑区的变化进行了研究，并探索了调节抑制性突触传递的可能生理意义。 1.慢性炎症痛大鼠脊髓背角KCC2的表达变化与其机制的研究本研究中，我们发现在外周炎症诱发的慢性痛过程中，脊髓背角浅层神经元的KCC2表达明显降低，并且这种降低呈现时间依赖关系，随着慢性痛持续时间的延长，KCC2的表达持续降低。KCC2的表达降低起到了易化痛敏的作用。此外，单侧的外周炎症会引起双侧脊髓背角的KCC2表达降低。我们也证明慢性炎症痛中KCC2的降低依赖于BDNF-TrkB受体信号通路的激活。我们的研究结果提示，在外周炎症诱发的慢性痛过程中脊髓背角也会出现去抑制，KCC2降低易化痛敏的机制可能是减少神经元胞内外的氯离子梯度，降低了抑制性突触传递的效能。而KCC表达降低的时间依赖性则提示其降低可能对慢性痛的维持贡献更大。而KCC2的降低是由BDNF-TrkB受体信号通路的激活所导致的，这也说明KCC2的表达受到神经元活动的调节。 2.前扣带回皮层的去抑制易化了慢性痛中的痛敏的研究本研究中，我们利用全细胞膜片钳的方法首先检测了外周炎症诱发的慢性痛对前扣带皮层Ⅱ，Ⅲ层神经元上兴奋性突触传递的影响。我们发现慢性痛导致了这些神经元的兴奋性输入增多。另一方面，这些神经元接受的抑制性突触传递则发生了显著降低。我们进一步对抑制性突触传递降低的机制进行了探索。通过对mIPSC进行非稳态噪旨分析，我们发现在突触传递过程中被激活的GABA<,A>受体数量减少，同时通过配对刺激记录IPSC，我们发现在慢性痛中抑制性突触的突触前释放机制发生了变化但释放概率没有降低，这就提示我们观察到的抑制性突触传递的降低可能主要是由于突触后受体减少造成的。通过检测GABA<,A>受体的β2，3亚基在前扣带回皮层的表达我们发现外周炎症诱发的慢性痛降低了GABA<,A>受体在前扣带回皮层的表达，KCC2的表达也降低。另一方面，负责合成GABA的谷氨酸脱羧酶的表达并没有降低，GAD65的表达反而在慢性痛中上升。此外，外周炎症诱发的慢性痛引起前扣带皮层神经元的输出增加并且我们的结果提示这些神经元对兴奋性输入的整合发生变化。行为学实验则提示，慢性痛中增强前扣带皮层抑制性突触传递可以减缓痛敏。因此，本研究提示，前扣带回皮层的抑制性突触传递的降低易化了慢性痛中痛敏，这种降低是由于GABA<,A>受体和KCC2的表达降低引起的。而与此同时，前扣带回皮层的抑制性系统也可能存在着稳态调节机制试图弥补受体表达降低导致的抑制性突触传递的削弱。增高的兴奋性与降低的抑制性输入就导致了神经元的输出增加。本工作的创新在于：1)第一次报道了外周炎症诱发的慢性痛会导致KCC2的表达长时程下调，并且这种下调依籁于BDNF-TrkB受体信号途径的激活。这就提示了KCC2表达降低可能是对多种慢性痛的维持起重要作用。2)第一次报道了外周炎症诱发的慢性痛会导致前扣带回皮层抑制性突触传递的降低，这种降低促进了了神经元的输出，易化了痛敏。并且我们也证明在慢性痛中前扣带回皮层抑制性系统存在稳态调节机制。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略词表

声明

第1章绪论Ⅰ(抑制性突触传递与慢性痛)

1.1引言

1.2 GABAA受体

1.2.1 GABAA受体亚基组成

1.2.2 GABAA受体离子选择性

1.2.3 GABAA受体电导

1.2.4相位性抑制

1.2.5紧张性抑制

1.2.6 GABAA受体介导电流的效应

1.3 GABA的合成

1.4囊泡抑制性氨基酸转运体

1.5 KCC2

1.6甘氨酸能突触传递

1.7痛与抑制性突触传递

1.8参考文献

第2章绪论Ⅱ(前扣带回皮层与慢性痛)

2.1慢性痛

2.2疼痛是一种主观感受

2.3参与疼痛的中枢神经系统

2.4疼痛的矩阵(Pain matrix)

2.5前扣带回皮层(ACC)

2.6 ACC的解剖学

2.7 ACC的突触传递

2.7.1兴奋性突触传递

2.7.2抑制性突触传递

2.8外周损伤会导致ACC神经元的LTP

2.9外周损伤会导致ACC神经元LTD的缺失

2.10慢性痛中ACC兴奋性突触传递的增强

2.11慢性痛中ACC的抑制性突触传递

2.12参考文献

第3章慢性痛大鼠脊髓背角KCC2的表达变化与其机制

3.1前言

3.2实验材料和方法

3.2.1动物

3.2.2大鼠行为检测

3.2.3反义寡核苷酸

3.2.4免疫印迹

3.2.5免疫组织化学

3.2.6脊髓埋管手术

3.2.7试剂

3.2.8统计分析

3.3实验结果

3.3.1大鼠单侧后足注射完全弗氏佐剂诱导慢性痛

3.3.2慢性痛引起脊髓背角KCC2表达发生改变

3.3.3慢性痛不会导致NKCC1在脊髓背角的表达发生改变

3.3.4降低正常大鼠脊髓KCC2的功能可以引起类似痛敏的反应

3.3.5 BDNF-TrkB通路介导了KCC2的降低

3.4 讨论

3.4.1KCC2表达的降低与慢性炎症痛

3.4.2 KCC2表达降低的机制

3.4.3 NKCC1与脊髓的痛觉信息处理

3.5实验图及其说明

3.6参考文献

第4章前扣带回皮层的去抑制易化了慢性痛中的痛敏

4.1前言

4.2实验材料和方法

4.2.1动物

4.2.2大鼠行为检测

4.2.3手术

4.2.4反义寡核苷酸

4.2.5免疫印迹

4.2.6电生理记录

4.2.7试剂

4.2.8非稳态波动分析

4.2.9数据分析

4.3实验结果

4.3.1外周炎症引起ACC兴奋性突触传递的增强

4.3.2外周炎症导致ACC的抑制性突触传递降低

4.3.3对IPSC买得非稳态波动分析

4.3.4慢性痛引起IPSC的配对刺激比值发生变化

4.3.5抑制性突触传递降低的机制

4.3.6慢性痛导致KCC2表达降低

4.3.7慢性痛影响ACC神经元的输出

4.3.8增强ACC的抑制性突触传递可以减轻慢性痛引起的痛敏

4.4讨论

4.4.1慢性痛中的去抑制

4.4.2抑制性突触传递的稳态调节

4.4.3 ACC与慢性痛

4.5实验图及其说明

4.6参考文献

第5章总结和展望

5.1总结

5.2展望

在学期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢