脊髓水平BMPs-Smads-p300/CBP-GFAP信号通路在骨癌痛维持中的作用

Bone cancer pain is one kind of severe pain status. Its mechanism has not a breakthrough up to now. Central sensitization is one important mechanism of chronic pain. Previous studies have found that the activation of astrocytes is closely related to the development of hyperalgesia and constant pain status. Our previous studies also confirmed the activation of astrocytes play an important role in the formation of bone cancer pain. The intra-cellular mechanism underlying astrocytes activation is unclear to this day.The existent gliocyte inhibiters are impossible for the clinical use.Our preliminary experiments confirmed the expression of spinal bone morphogenetic proteins (BMPs) increased during the development of bone cancer pain.BMP can activate the downstream signaling molecules: Smad. The transcription factors Smad and the coactivator p300/CBP promoted the expression of astrocyte cytoskeletal protein GFAP by activating the promoter of GFAP gene.BMP can also promote the development and metastasis of malignant tumors. In this study, we use the antisense locked nucleotides in cell experiments and the mouse bone cancer pain model experiments to explore the role of BMPs-Smads-p300/CBP-GFAP signaling pathway regulating astrocyte activation in the maintenance of bone cancer pain. In our experiments, the behavior, molecular biology techniques and so on will be used. The purpose of this study is to provide new ideas for the treatment of cancer pain.

骨癌痛疼痛剧烈，其机制至今未取得突破。中枢敏化是慢性疼痛的重要机制。以往研究发现星形胶质细胞活化与痛觉过敏的产生和疼痛状态的持续密切相关。前期研究证实星形胶质细胞在骨癌痛形成中起重要作用。星形胶质细胞持续活化的细胞内机制尚不清楚，现有胶质细胞抑制剂无法应用于临床。我们的预实验证实骨癌痛时脊髓水平骨形成蛋白（BMP）表达增加。BMP可激活Smad信号。转录因子Smad在共激活因子p300/CBP辅助下作用于星形胶质细胞骨架蛋白GFAP启动子促进GFAP的表达。BMP还可以促进肿瘤的发生和转移。本研究在细胞实验和骨癌痛模型上应用分子生物学、行为学等技术，反义锁核苷酸等制剂，探讨BMPs-Smads-p300/CBP-GFAP信号通路调控星形胶质细胞活化在骨癌痛维持中的作用，为治疗骨癌痛提供新的思路。

骨癌痛严重影响患者的生活质量和治疗依从性，但其发生和维持机制尚未突破。临床现有治疗措施的局限性及其不可克服的毒副作用，使得约45%的癌症患者其疼痛不能得到有效控制。有研究表明，星形胶质细胞活化在慢性疼痛的发生和维持过程中具有重要作用。前期研究也发现，骨癌痛时小鼠脊髓水平星形胶质细胞大量活化。因此，调控星形胶质细胞的持续活化可能能够改善骨癌痛患者的痛行为。骨形成蛋白 (BMPs) 是一组分泌性、疏水性、酸性糖蛋白。BMPs激活的信号转导途径之一为转录因子Smads途径。Smads进入细胞核后，与转录共激活因子p300/CBP协同作用可以调控星形胶质细胞骨架蛋白GFAP的表达。本研究的细胞实验结果发现，与对照组（培养基加重组BMP4的溶剂4 mM HCL）相比，BMP4 组（培养基中加重组BMP 4) GFAP mRNA 表达增加（P < 0.05)，与以往研究结果类似。而应用BMPs受体抑制剂DMH 2、Smad3抑制剂SIS 3或p300/CBP抑制剂C 646预处理 （加BMP 4半小时前，分别加入上述抑制剂），可以降低BMP 4诱导GFAP mRNA表达的水平（P < 0.05)。动物研究发现，骨癌痛组小鼠脊髓水平BMP2/4、Smad1/3/5/8 和GFAP mRNA和蛋白表达逐渐增加（P < 0.05) 。与正常小鼠（术前基础值）相比，假手术组术后14天及21天脊髓水平BMP2/4、Smad1/3/5/8 和GFAP mRNA和蛋白表达差异均无统计学意义。假手术组小鼠术后早期（10天之前）患肢也有痛觉过敏（P < 0.05) ，但在术后14天痛觉过敏即消失；而癌痛组小鼠疼痛呈进行性发展，且在术后14天开始出现明显的骨质破坏，与我们先前的研究发现类似。因此，假手术组早期的痛觉过敏可能与手术创伤本身有关。同时，研究结果发现鞘内注射BMP受体、Smad和p300/CBP蛋白抑制剂具有抗癌痛作用，同时抑制星形胶质细胞增殖活化，表现为痛缩足潜伏期（PWTL)增加（P < 0.05)，脊髓水平星形胶质细胞骨架蛋白GFAP表达减少（P < 0.05)。从调控星形胶质细胞活化的细胞内机制探讨骨癌痛发生、发展与防治是本研究的创新点。项目研究结果为骨癌痛机制的阐明和开发临床应用的BMP受体、Smad和p300/CBP抑制剂治疗骨癌痛提供了思路和依据。