大鼠前扣带回皮层中cAMP反应元件结合蛋白/脑源性神经营养因子通路调节神经病理性疼痛和焦虑抑郁样行为

The cAMP Response Element- Binding Protein/Brain-Derived Neurotrophic Factor Pathway in Anterior Cingulate Cortex Regulates Neuropathic Pain and Anxiodepression Like Behaviors in Rats.

作者信息Jing Wen, Yaowei Xu, Zhixiang Yu, Yifan Zhou, Wenting Wang, Jingjie Yang, Yiming Wang, Qian Bai, Zhisong Li
PMID35401106
发布时间2022-03-24
DOI10.3389/fnmol.2022.831151

实验完整度

高

研究包含SNI模型、化学遗传沉默ACC、AAV-shRNA敲低CREB、药物干预(666-15)、LPS抑郁模型及多种行为学、分子生物学和免疫荧光验证,功能验证和机制验证明确。

主要模型

Sprague Dawley大鼠SNI模型 LPS诱导抑郁模型 rAAV-hM4Di-EGFP沉默ACC模型 AAV-shCreb敲低CREB模型

重点核对

SNI手术:结扎腓总神经和胫神经,保留腓肠神经 ACC沉默:rAAV-hM4Di-EGFP注射后腹腔注射CNO 3.3 mg/kg CREB敲低:AAV2/9-U6-shRNACreb1-CMV-EGFP注射300 nl CREB抑制剂666-15腹腔注射10 mg/kg LPS抑郁模型:腹腔注射500 μg/kg,每2天一次,持续14天

摘要

神经病理性疼痛常伴有焦虑和抑郁样表现。许多研究表明,前扣带回皮层(ACC)突触可塑性的改变起关键作用,但具体机制仍不清楚。此前,我们证明背根神经节(DRG)中的cAMP反应元件结合蛋白(CREB)作为转录因子参与神经病理性疼痛的发展。同时,脑源性神经营养因子(BDNF)作为CREB的重要靶标,参与神经元生长、分化以及突触可塑性的建立。在此,我们发现周围神经损伤激活脊髓和ACC,沉默ACC可显著缓解SNI大鼠的疼痛敏感性、焦虑和抑郁。同时,CREB/BDNF通路在脊髓和ACC中被激活。中枢特异性敲低和外周非特异性抑制CREB可逆转周围神经损伤引起的疼痛敏感性和焦虑抑郁。因此,我们确定扣带回CREB/BDNF是治疗神经病理性疼痛及相关焦虑抑郁的有希望的治疗方法。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
前扣带回皮层中的CREB/BDNF通路是否以及如何参与神经病理性疼痛及其伴随的焦虑抑郁样行为。
核心机制
周围神经损伤激活脊髓和ACC中的CREB/BDNF通路,促进突触建立和重塑,介导疼痛和情绪信号的传递,导致神经病理性疼痛和焦虑抑郁;抑制该通路可缓解症状。
主要证据
SNI大鼠中脊髓和ACC的CREB/BDNF表达增加;化学遗传沉默ACC、AAV-shRNA敲低ACC的CREB、腹腔注射666-15均减轻疼痛和焦虑抑郁;敲低CREB增加脊髓CREB/BDNF表达,但抑制ACC中的表达。
研究意义
CREB/BDNF通路可能是ACC激活的潜在机制,作为治疗神经病理性疼痛及相关焦虑抑郁的潜在靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立SNI模型并评估行为表型

验证周围神经损伤是否能诱导机械痛觉超敏、热痛觉过敏以及焦虑抑郁样行为。

对成年雄性SD大鼠施行SNI手术,术后7、14、21、28天进行行为学测试,包括PWT、PWL、OFT、EPM、NSFT和FST。

2

验证ACC与脊髓的解剖连接及激活

验证ACC和脊髓之间是否存在直接投射,以及周围神经损伤是否激活这些区域。

使用CTB-555和CTB-488进行逆行示踪;Western blot和免疫荧光检测c-fos、PSD-95、NLGN2表达。

3

化学遗传沉默ACC

评估非特异性沉默ACC对神经病理性疼痛和焦虑抑郁样行为的影响。

术前向对侧ACC注射rAAV-hM4Di-EGFP,术后通过腹腔注射CNO激活病毒,进行行为学测试。

4

检测CREB/BDNF通路在脊髓和ACC的表达

确定周围神经损伤是否激活CREB/BDNF通路。

Western blot、RT-qPCR和免疫荧光检测CREB、p-CREB、BDNF、CaMKIIα等表达及mRNA水平,并进行细胞类型定位。

5

敲低ACC中的CREB

验证ACC中CREB/BDNF通路对疼痛和焦虑抑郁的因果作用。

术前向对侧ACC注射AAV-shCreb,术后进行行为学测试,并用Western blot、RT-qPCR和免疫荧光评估下游效应。

6

外周给予CREB抑制剂666-15

探索外周抑制CREB是否影响神经病理性疼痛及伴随的焦虑抑郁。

腹腔注射CREB抑制剂666-15,进行行为学测试和分子检测。

7

建立LPS诱导的抑郁模型并检测CREB/BDNF通路

比较神经病理性疼痛伴发焦虑抑郁与单纯焦虑抑郁的差异。

腹腔注射LPS建立抑郁模型,进行行为学测试和分子检测。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
脂多糖Millipore SigmaL2880
冯弗雷纤维Aesthesio--
RIPA裂解液CWBIOCW2333
PMSF蛋白酶抑制剂CWBIOCW2200S
磷酸酶抑制剂CWBIOCW2383S
PVDF膜----
增强化学发光底物Thermo Fisher Scientific--
ChemiDoc成像系统Bio-Rad--
c-fos抗体Bioss0469R
CREB抗体Cell Signaling Technology9197S
p-CREB抗体Cell Signaling Technology9198S
PSD-95抗体Cell Signaling Technology3450S
CaMKIIα抗体Cell Signaling Technology5049S
NLGN2抗体Abcamab177107
BDNF抗体Abcamab108319
GAPDH抗体Proteintech Group60004-1-Ig
山羊抗兔IgG抗体Proteintech GroupSA00001-2
山羊抗小鼠IgG抗体Proteintech GroupSA00001-1
冰冻切片机LeicaCM1950
山羊抗小鼠Cy3偶联二抗Jackson ImmunoResearch115-165-003
山羊抗兔FITC偶联二抗Jackson ImmunoResearch115-095-003
ECLIPSE Si显微镜Nikon--
GFAP抗体Cell Signaling Technology3670S
PSD-95抗体Cell Signaling Technology3450S
Fos B抗体Abcamab11959
Iba1抗体Thermo Fisher ScientificGT10312
NeuN抗体Proteintech Group66836-1-Ig
TRIzol试剂TIANGENDP419
PrimeScript RT Master MixTaKaRaRR047A
TB Premix Ex TaqTaKaRaRR420A
StepOnePlus实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
666-15MCEHY-101120
立体定位仪RWD Life Science--
微量注射器Gaoge--
rAAV-hM4Di-EGFPBrainVTA BiotechnologyPT-0153
CTB-555BrainVTA Biotechnology--
CTB-488BrainVTA Biotechnology--
氯氮平N-氧化物(CNO)BrainVTA Biotechnology--
AAV2/9-U6-shRNACreb1-CMV-EGFPBrainVTA Technology--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
大鼠品系、性别、年龄、体重;SNI手术具体步骤(神经结扎)
阅读提示:Materials and Methods: Animals; Animal Models: Spared Nerve Injury Surgery
行为学测试
测试时间点(7、14、21、28天),各组样本量,行为测试条件(光照、适应时间、试验箱尺寸)
阅读提示:Materials and Methods: Behavioral Analyses; Figure legends 1
病毒注射与化学遗传
病毒注射坐标、体积、滴度(未明确说明),CNO剂量(3.3 mg/kg)及给药时间,病毒表达时间
阅读提示:Materials and Methods: Stereotaxic Surgery; Chemical Heredity; Figure 3
基因敲低
AAV-shRNA序列(未提供),注射体积(300 nl),注射时间点(SNI前14天),敲低效率评估方法
阅读提示:Materials and Methods: Stereotaxic Surgery; Figure 6
药物干预
666-15剂量(10 mg/kg)、给药频率,LPS剂量(500 μg/kg)、给药频率
阅读提示:Materials and Methods: Drug Infusion; Figure 8; Figure 9
分子检测
组织提取时间点,抗体浓度,RT-qPCR条件
阅读提示:Materials and Methods: Western Blotting; Immunofluorescence Labeling; Quantitative RT-PCR
行为测试细节
OFT、EPM、NSFT、FST的具体参数(如光强度、平台尺寸、水温)
阅读提示:Materials and Methods: Behavioral Analyses