背根神经节中GPER与β-丙氨酸的正向相互作用揭示潜在机制:介导神经病理性疼痛中持续的神经元敏化和神经炎症反应

Positive interaction between GPER and β-alanine in the dorsal root ganglion uncovers potential mechanisms: mediating continuous neuronal sensitization and neuroinflammation responses in neuropathic pain

作者信息Zhenzhen Xu, Wanli Xie, Yiqi Feng, Yanting Wang, Xia Li, Jie Liu, Yue Xiong, Yuyao He, Lu Chen, Guoyang Liu, Qingping Wu
PMID35729568
发布时间2022-06-21
DOI10.1186/s12974-022-02524-9

实验完整度

研究包含SNI大鼠模型、原代神经元/小胶质细胞培养、siRNA敲低、行为学、电生理、转录组与代谢组等多层级实验,并进行了功能与机制验证。

主要模型

SNI大鼠神经病理性疼痛模型 DRG原代神经元 DRG原代小胶质细胞

重点核对

SNI模型建立:手术第5天选择时间点,冷痛和机械痛阈值在术后第3天出现,持续至至少14天。 药物干预:G15 (1.8 μg/μl, 1 μl)、G1 (0.2 μg/μl, 1 μl) 鞘内注射,观察8-20小时行为变化。 siRNA转染:使用GPER-siRNA (50 nM) 转染原代神经元和小胶质细胞,验证GPER敲低效果。 β-丙氨酸处理:鞘内注射10 mM β-丙氨酸10 μl,持续24小时,检测行为学和蛋白表达变化。

摘要

背景:神经病理性疼痛的发病机制及长期不愈合的原因尚不清楚。越来越多的证据表明,性别雌激素差异在疼痛敏感性中起作用,但很少有研究关注可能有助于外周疼痛传导的重要分子成分——雌激素受体。我们旨在使用慢性疼痛的 spared nerve injury (SNI) 大鼠模型,研究雌激素受体对背根神经节(DRG)和脊髓背角伤害性神经元反应的影响。方法:我们通过鞘内(i.t.)给予一类雌激素受体拮抗剂和激动剂,分别给予雄性SNI大鼠或正常大鼠,以确定主要受体。此外,我们评估了通过基因组代谢分析鉴定的基因,以确定关键代谢点,并阐明介导神经病理性疼痛中持续神经元敏化和神经炎症反应的潜在机制。使用膜片钳技术检测DRG神经元的兴奋性。使用原代培养提取小胶质细胞和DRG神经元,并使用siRNA转染沉默受体蛋白表达。使用免疫荧光、Western blotting、RT-PCR和行为测试评估主要受体及其相关信号分子的表达、细胞分布和作用。结果:DRG神经元和小胶质细胞中G蛋白偶联雌激素受体(GPER)的表达和功能增加,但雌激素受体-α(ERα)和雌激素受体-β(ERβ)在背根神经节中而非背侧脊髓中表达和功能增加,促进了SNI诱导的神经元敏化。抑制DRG中GPER表达通过同时下调iNOS、IL-1β和IL-6表达并恢复GABAα2表达,减轻了SNI诱导的疼痛行为和神经炎症。此外,GPER与β-丙氨酸之间的正向相互作用以及随后的β-丙氨酸积累增强了疼痛感觉并促进了慢性疼痛的发展。结论:DRG中GPER的激活诱导了β-丙氨酸与iNOS、IL-1β和IL-6表达之间的正相关,并抑制了GABAα2参与SNI后神经病理性疼痛的发展。阻断GPER并消除DRG神经元和小胶质细胞中的β-丙氨酸可能预防神经病理性疼痛的发展。

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
雌激素受体是否参与神经病理性疼痛的发生,并探讨其相关代谢机制。
核心机制
DRG中GPER上调与β-丙氨酸积累形成正反馈,激活iNOS、IL-1β和IL-6,并抑制GABAα2,促进神经元敏化和神经炎症。
主要证据
SNI大鼠DRG中GPER表达升高,鞘内给予GPER激动剂G1可诱导疼痛行为,GPER拮抗剂G15可缓解疼痛并抑制炎症;β-丙氨酸与GPER结合,siRNA敲低GPER后抑制了β-丙氨酸诱导的炎症因子变化。
研究意义
该研究提出阻断GPER和消除β-丙氨酸可能作为治疗神经病理性疼痛的潜在分子靶点。

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模型并验证疼痛行为

建立神经病理性疼痛模型,并确认疼痛行为学变化。

对成年雄性SD大鼠进行SNI手术,术后不同时间点测试机械痛、冷痛和热痛阈值,并检测DRG和SDH中CGRP表达。

2

鉴定雌激素受体表达模式

确定ERs在DRG和SDH中的表达及细胞类型定位。

使用免疫荧光双标检测ERs与神经元标志物(IB4、CGRP、NF-200)共定位,并观察SNI后ERs表达变化。

3

检测GPER功能及行为影响

验证GPER在神经病理性疼痛中的功能作用。

鞘内注射GPER激动剂G1或拮抗剂G15,观察对疼痛行为的影响。

4

转录组与代谢组分析

寻找GPER调控的关键分子和代谢通路。

对sham、SNI、SNI+G15组DRG组织进行RNA-seq和靶向代谢组学分析,筛选差异基因和差异代谢物。

5

验证β-丙氨酸与GPER的相互作用

确认β-丙氨酸与GPER的正向相互作用及其功能意义。

通过鞘内注射β-丙氨酸、GPER调节后检测β-丙氨酸含量变化;通过热稳定性实验和原代细胞实验验证结合及下游炎症因子变化。

6

电生理记录神经元兴奋性

评估GPER和β-丙氨酸对DRG神经元兴奋性的影响。

使用膜片钳技术记录不同处理组DRG神经元的动作电位阈值和发放频率。

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
MPPTocris Bioscience--
PHTPPTocris Bioscience--
G15Sigma--
PPTSigma--
DPNSigma--
G1Sigma--
β-丙氨酸Sigma--
β-丙氨酸检测试剂盒BioVision--
兔抗GPER多克隆抗体Abcam260,033
兔抗ERα多克隆抗体Abcamab32063
兔抗ERβ多克隆抗体Abcamab187291
TRITC标记的抗兔二抗Santa Cruz Biotechnology--
抗神经丝蛋白200抗体Abcamab82259
抗CGRP抗体Abcamab81887
抗神经丝蛋白抗体Abcamab207176
抗GFAP抗体CST#3670
抗Iba1抗体Abcamab283319
异凝集素B4SigmaL2895
核蛋白和胞浆蛋白提取试剂盒Keygen Biotech--
硝酸纤维素膜Invitrogen--
兔抗IL-6多克隆抗体ABclonalA2447
兔抗IL-1β多克隆抗体ABclonalA1112
兔抗GABRα2多克隆抗体ABclonalA14185
抗β-肌动蛋白抗体Abcamab8226
Trizol试剂Invitrogen--
qRT-PCR试剂盒Invitrogen--
SYBR Green实时PCR预混液Toyobo--
DMEM/F12培养基GIBCO10565018
胰蛋白酶SigmaT9201
胶原酶SigmaC9891
多聚赖氨酸SigmaP7890
Neurobasal培养基Thermo Fisher--
B-27补充剂Thermo Fisher--
青霉素/链霉素Thermo Fisher--
胶原酶ASigma--
分散酶IIRoche Applied Sciences--
DNA酶IThermo Fisher--
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher--
MirVana总RNA提取试剂盒Ambion--
Qubit RNA检测试剂盒Life Technologies--
Qubit 2.0荧光计Life Technologies--
RNA Nano 6000检测试剂盒Agilent Technologies--
Bioanalyzer 2100系统Agilent Technologies--
NEBNext Ultra RNA文库制备试剂盒NEB--
HiSeq 4000 PE簇生成试剂盒Illumina--
超高效液相色谱-串联质谱系统Waters Corp.--
高效液相色谱-飞行时间质谱系统Agilent--
EPC-10放大器HKA Electronics--
MultiClamp 700B放大器Molecular Devices--
Axon Digidata 1550A数模转换器Molecular Devices--
激光共聚焦扫描显微镜LSM710Carl Zeiss AG--

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、体重、年龄;手术步骤(结扎和切断的神经);术后时间点选择(第5天用于取样和给药);行为学测试条件(von Frey hair力度、丙酮量)
阅读提示:Methods: Surgical procedure...; Behavioural assays
鞘内药物干预
药物名称、剂量、溶剂、给药途径、给药时间点、行为学观察时间(8-20小时)
阅读提示:Methods: Groups and drug intervention
基因和蛋白表达检测
组织来源(L4-6 DRG)、抗体信息、稀释比例、qPCR引物序列、内参基因
阅读提示:Methods: Immunofluorescence; Western blot; Quantitative RT-PCR
转录组与代谢组学
样本量、测序平台、分析软件、差异筛选标准(p<0.05, |log2FC|≥0.5)、代谢物提取和检测条件
阅读提示:Methods: Transcriptomics...; Liquid chromatograph–mass spectrometer...
原代细胞培养和处理
细胞来源(DRG)、培养条件、siRNA序列和转染浓度、β-丙氨酸处理浓度和时间
阅读提示:Methods: Isolation and primary culture...; Construction and transfection of siRNA
电生理记录
神经元直径范围、记录模式、刺激参数、电极电阻、浴液和电极内液成分
阅读提示:Methods: Electrophysiological recordings