组蛋白去乙酰化酶调控星形胶质细胞谷氨酸转运体参与疼痛慢性化的机制研究

Down-regulation of glutamate transporters is an important mechanism in chronicity of pain, but the underlying cause is still unclear. Histone acetylation/deacetylation is a common mechanism of gene expression change influenced by environment factors. Our preliminary data showed that in a rat pain model, the astrocytic glutamate transporter was significantly decreased in the chronic phase of pain, while the histone deacetylases (HDACs) were significantly increased and localized in astrocytes. Together with other studies, we thus hypothesized that the up-regulation of spinal HDACs induces decreased expression of glutamate transporters and contributes to the chronicity of pain. Based on chronic pain model and molecular biological, behavioral, morphological, and electrophysiological methods, we plan to first observe global histone acetylation and histone acetylation in the promoter region of glutamate transporter genes in spinal dorsal horn during chronicity of pain. Then we evaluate the effects of inhibiting HDACs activity on pain behavior, followed by the regulating effect of HDACs on expression of glutamate transporters and related physiological consequences. We also analyze the upstream mechanism of changes in HDACs and finally clarify the involvement of astrocytic HDACs in glutamate transporters expression and chronicity of pain. Our proposed study may be helpful for further disclose the mechanism of astrocytes in chronicity of pain and provide new strategies for chronic pain treatment.

谷氨酸转运体表达降低是疼痛由急性向慢性转化的重要机制，但发生原因不清。组蛋白乙酰化/去乙酰化调控是外因导致基因表达改变的重要方式。我们前期运用大鼠痛模型观察到在疼痛慢性化阶段脊髓背角星形胶质细胞谷氨酸转运体表达降低，而组蛋白去乙酰化酶（HDACs)表达上调并在星形胶质细胞高表达。结合他人研究，我们推测脊髓背角HDACs能够调控谷氨酸转运体表达而参与疼痛慢性转化。本课题拟首先运用染色体免疫共沉淀技术观察慢性痛条件下脊髓背角组蛋白乙酰化及谷氨酸转运体启动子组蛋白乙酰化，进而以神经行为学手段观察抑制HDACs的表达对慢性痛行为的影响，随后运用神经形态学和电生理学技术探讨HDACs对谷氨酸转运体表达的调控作用以及相关的生理效应，最后采用离体和在体研究相结合的方法分析导致HDACs改变的上游机制。本项目希望通过以上研究，进一步阐明疼痛慢性化的机制，从而为慢性痛的预防和治疗提供新策略。

慢性痛严重危害人类身心健康和生活质量。谷氨酸转运体（GLT-1）表达降低是疼痛慢性转化的重要机制，但发生机制不清。组蛋白乙酰化/去乙酰化调控是外因导致基因表达改变的重要方式。以脊神经结扎（SNL）模型为基础，我们观察到：1、在脊髓背角组蛋白乙酰化酶（HDAC）1-6均有高表达，而HDAC4在疼痛过程中持续高表达，鞘内给予HDAC抑制剂SAHA能够显著的抑制SNL诱导的疼痛反应。2、SNL后不同时间点乙酰化组蛋白H3、H4的表达均升高，但GLT-1启动子区域组蛋白乙酰化水平显著降低，且GLT-1与乙酰化H3在脊髓背角大量共存。HDAC抑制剂4-PB和SAHA均能有效的抑制疼痛过程中GLT-1启动子区域H3乙酰化水平降低。SAHA能够有效的抑制神经损伤后谷氨酸的增加以及NMDA受体亚单位NR1和NR2B的磷酸化。3、磷酸化JNK、GLT-1以及乙酰化H3在脊髓背角共表达。在此基础上，发现JNK抑制剂D-JNKI-1能有效的抑制SNL后HDAC4的表达，且SNL导致的GLT-1的降低能够被JNK抑制剂有效的逆转。SNL后小胶质细胞活化，且肿瘤坏死因子（TNF）-α表达显著升高。TNF-α受体阻断剂etanercept或者小胶质细胞抑制剂米诺环素均能够显著的抑制神经损伤后HDAC4的高表达。星形胶质细胞培养，TNF-α处理后，我们观察到星形胶质细胞发生显著激活，GLT-1的表达降低，而HDAC4的表达显著升高，并且三者大量共存。TNF-α导致的这些改变均能够被HDAC抑制剂和JNK抑制剂所阻断。通过本项目的研究，我们可以初步的得出结论：外周神经发生损伤后炎症反应引起星形胶质细胞内JNK 等信号通路激活，导致HDAC4的表达升高。组蛋白去乙酰化酶的升高导致造成GLT-1乙酰化水平降低而影响其转录而表达降低，造成突触间隙的谷氨酸积聚，突触后谷氨酸受体持续活化，促进中枢敏化而导致疼痛慢性迁延。这或许是神经病理性痛发展的一个重要原因。对星形胶质细胞组蛋白乙酰化水平的干预或许是疼痛治疗的一个潜在有效的手段。