NOX2诱导的氧化应激通过大鼠背根神经节神经元中PKCε的质膜转位参与神经病理性疼痛

Oxidative stress induced by NOX2 contributes to neuropathic pain via plasma membrane translocation of PKCε in rat dorsal root ganglion neurons

作者信息Jing Xu, Shinan Wu, Junfei Wang, Jianmei Wang, Yi Yan, Mengye Zhu, Daying Zhang, Changyu Jiang, Tao Liu
PMID33952299
发布时间2021-05-06
DOI10.1186/s12974-021-02155-6

实验完整度

包含SNI大鼠模型、DRG神经元电生理记录、Western blot、免疫组化、药理学干预和AAV-shRNA敲低等多层级验证,并进行了功能与机制验证。

主要模型

成年雄性SD大鼠SNI模型 L4-L6背根神经节(DRG)神经元 原代培养DRG神经元

重点核对

SNI手术时间点(1、7、14天)及行为测试时间点 gp91-tat、ψεRACK、εV1-2、PBN、过氧化氢酶、H2O2的给药剂量和部位 AAV-shRNA注射的时间点和滴度(1×10^12 IU/ml) DRG神经元大小分类(小<25μm、中25-35μm、大>35μm) Western blot和免疫组化的抗体浓度

摘要

背景:NADPH氧化酶2(NOX2)诱导的氧化应激,包括活性氧(ROS)和过氧化氢的产生,在神经病理性疼痛中起着关键作用。尽管蛋白激酶C(PKC)亚型在背根神经节(DRG)神经元中的激活和质膜转位已在多种疼痛模型中被证实,但NOX2诱导的氧化应激与PKC之间的相互作用仍不清楚。方法:在成年雄性大鼠中建立 spared nerve injury(SNI)模型。采用药理学干预和AAV-shRNA局部应用于DRG。通过Von Frey试验评估疼痛行为。采用Western blotting和免疫组化检测潜在机制。通过全细胞膜片钳记录DRG神经元的兴奋性。结果:SNI诱导DRG中NOX2持续上调长达2周,并增加DRG神经元的兴奋性,这些效应被局部应用gp91-tat(一种NOX2阻断肽)或NOX2-shRNA所抑制。值得注意的是,SNI诱导的PKCε(而非PKC)表达上调被gp91-tat降低。机械性异常性疼痛和DRG兴奋性被ψεRACK(一种PKCε激活剂)增强,被εV1-2(一种PKCε特异性抑制剂)降低。重要的是,εV1-2未能抑制SNI诱导的NOX2上调。此外,SNI诱导的DRG质膜和胞质中PKCε蛋白表达增加被gp91-tat预处理减弱,而增强的PKCε转位被H2O2处理再现。SNI诱导的PKCε上调被苯基-N-叔丁基硝酮(PBN,一种ROS清除剂)和过氧化氢酶(一种H2O2催化剂)减弱。此外,εV1-2减弱了H2O2诱导的机械性异常性疼痛。结论:NOX2诱导的氧化应激通过增加PKCε的质膜转位促进DRG的敏化和持续性疼痛。

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
NOX2诱导的氧化应激是否通过调节DRG神经元中PKCε的活性参与SNI诱导的神经病理性疼痛?
核心机制
SNI诱导NOX2上调,产生ROS和H2O2,促进PKCε从胞质转位到质膜,导致DRG神经元过度兴奋和外周敏化,最终引起机械性异常性疼痛。
主要证据
SNI后NOX2上调,gp91-tat或NOX2-shRNA抑制NOX2可减轻疼痛;H2O2或ψεRACK可模拟疼痛,而εV1-2可缓解;Western blot和免疫组化显示PKCε质膜转位增加,且被gp91-tat或ROS清除剂抑制。
研究意义
该研究揭示了NOX2-ROS-PKCε信号通路在神经病理性疼痛中的重要作用,为神经病理性疼痛的预防和治疗提供了潜在的靶点。

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模型并检测疼痛行为

验证SNI手术是否成功诱导大鼠机械性异常性疼痛。

对成年雄性SD大鼠进行SNI手术,通过Von Frey纤维丝测量50%缩足阈值(PWT),在术后第1、3、7、14天进行行为测试。

2

检测NOX2表达和氧化应激

验证SNI是否导致DRG中NOX2上调及氧化应激的产生,并确定其细胞定位。

通过Western blot检测NOX2蛋白水平,通过免疫组化检测8-OHG(DNA氧化损伤标志物)和·OH水平,并利用双标记免疫荧光检测NOX2与不同神经元标记物的共定位。

3

干预NOX2并评估疼痛行为

验证NOX2是否参与SNI诱导的疼痛。

在SNI前2小时或后5天,向L4-L6 DRG局部应用gp91-tat(NOX2阻断肽),或在SNI前21天注射AAV-cybb-shRNA敲低NOX2,然后进行行为学测试和Western blot验证敲低效果。

4

记录DRG神经元兴奋性

验证SNI是否导致DRG神经元过度兴奋,并检测NOX2阻断或PKCε调节的影响。

使用全细胞膜片钳记录急性分离的DRG神经元(小、中型)的电流阈(rheobase),并比较sham、SNI和gp91-tat预处理组之间的差异。另外,在记录液中加入ψεRACK或εV1-2观察快速效应。

5

检测PKCε表达和质膜转位

验证NOX2介导的氧化应激是否影响PKCε表达和质膜转位。

通过Western blot检测DRG中PKCε总蛋白、质膜和胞质部分的表达,并通过免疫荧光检测PKCε在神经元中的亚细胞分布,比较sham、SNI和gp91-tat预处理组。此外,给予H2O2观察是否能模拟SNI效应。

6

验证ROS/H2O2在PKCε转位中的作用

确定ROS和H2O2是否作为NOX2下游信号调节PKCε。

在SNI后给予ROS清除剂PBN或过氧化氢酶,检测PKCε表达和膜转位变化;同时评估εV1-2能否阻断H2O2诱导的疼痛行为。

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。

疼痛行为评估
电生理记录
基因敲低

产品清单

实验环节名称品牌货号
gp91-tatAnaspecAS-63818
εV1-2AnaspecAS-62187
ψεRACKAnaspecAS-63818
过氧化氢Sigma323381
苯基-N-叔丁基硝酮SigmaB7263
过氧化氢酶SigmaC1345
DMEM/F12培养基GIBCO10565018
胰蛋白酶SigmaT9201
胶原酶SigmaC9891
多聚赖氨酸SigmaP7890
EPC-10放大器HEKA Electronics--
Sutter P-97拉制仪Sutter Instruments--
质膜蛋白提取试剂盒Invent BiotechnologiesSM-005
PVDF膜Bio-Rad Laboratories--
NOX2抗体Abcamab80508
PKC抗体Abcamab31
PKCε抗体Abcamab63638
转铁蛋白受体抗体InvitrogenQG215340
β-actin抗体Proteintech20536
NF200抗体SigmaN0142
CGRP抗体Abcamab81887
IB4SigmaL2895
CD11b抗体SigmaCBL1512
GFAP抗体Cell Signaling Technology--
8-OHG抗体Abcamab10802
激光共聚焦显微镜ZeissLSM700
冰冻切片机LeicaCM1950
细胞羟基自由基比色分析试剂盒GenMed Scientifics Inc.GMS10124.4
分光光度计HITACHIU-2900

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
SNI模型建立
大鼠品系、性别、体重;麻醉方式;手术步骤(结扎和切断的神经)
阅读提示:Methods: Animals and surgery
药物局部应用
药物剂量、溶剂、给药体积;给药时间点(术前/术后);给药部位
阅读提示:Methods: Acute local application of drugs onto DRG in vivo
AAV-shRNA转染
AAV滴度、注射体积、注射速度、注射深度;转染时间(21天)
阅读提示:Methods: AAV-shRNA preparation and transfection
行为学测试
Von Frey纤维丝范围;测试方法(up-down);测试时间点;双盲设计
阅读提示:Methods: Assessment of mechanical sensitivity
DRG神经元培养和电生理
大鼠年龄和体重;消化酶及时间;细胞种植密度;记录电极电阻;细胞大小分类
阅读提示:Methods: Isolation and culture of DRG neurons, Whole-cell patch-clamp recording
Western blot
蛋白提取方法;质膜蛋白提取试剂盒;抗体稀释比例;内参抗体
阅读提示:Methods: Western blotting
免疫组化/免疫荧光
组织切片厚度;固定液及时间;一抗稀释比;二抗类型
阅读提示:Methods: Immunocytochemistry and immunohistochemistry