星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭在口面炎症性和神经性疼痛中的作用

In light of previous work by others and ourselves, we hypothesize the astrocyte-neuron lactate shuttle is involved in orofacial inflammatory and neuropathic pain and inhibition of the astrocyte-neuron lactate shuttle suppresses the pain. We propose to establish animal models for orofacial inflammatory and neuropathic pain first and then record neuronal activities in the subnucleus caudalis of the rat, and use immunohistochemistry and western blotting methods to test 1) whether the astrocyte-neuron lactate shuttle is involved in orofacial inflammatory and neuropathic pain; 2) whether the inhibitory effects of carbonic anhydrases on pain are due to the inhibition of astrocyte-neuron lactate shuttle; 3) whether L-lactate or glucose can reverse the effects of inhibitors of astrocyte-neuron lactate shuttle; 4) whether inflammatory and neuropathic pain could change the expression of monocarboxylate and glucose transporters. This project will provide first documentation regarding the role of neuron-glia lactate shuttle in inflammatory and neuropathic pain, and therefore help us understand the roles of astrocyte-neuron lactate shuttle, improve and enrich the relevant knowledge, discover the potential drug target as well as lay an excellent theoretical and experimental foundation for further research and development of drugs for treatment of pain.

在总结前人和自身工作基础上，我们假设：星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭参与口面炎性和神经性疼痛的过程，抑制乳酸穿梭能够抑制口腔炎性和神经性疼痛。拟先建立口腔炎性和神经性疼痛动物模型，采用在体细胞外记录延髓尾核神经元放电、免疫组化及免疫印迹等方法来研究 1）星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭是否参与疼痛过程；2）碳酸酐酶抑制剂所致的疼痛缓解是否是通过抑制乳酸穿梭所致；3）是否L-乳酸或葡萄糖可以逆转乳酸穿梭抑制剂和碳酸酐酶抑制剂的作用；4）疼痛时，星形胶质细胞和神经元上葡萄糖转运蛋白和单羧酸转运蛋白的表达是否会变化。这将有助于全面、深入了解乳酸穿梭在疼痛中的作用，完善、丰富相关知识和理论，阐明可能的新的药物之靶点，为治疗疼痛的新药的研发奠定良好的理论和实验基础。

疼痛时，神经元对能量的需求增多。星形胶质细胞对葡萄糖的摄取增加，增加糖酵解和乳酸释放。乳酸通过星形胶质细胞的单羧酸转运蛋白1和4（MCT1和MCT4）释放至细胞外，然后由神经元通过神经元上的单羧酸转运蛋白-2（MCT2）转运至神经细胞内。在星形胶质细胞细胞中，HCO3-通过产电的碳酸氢钠共转运体进入细胞内，可以激活可溶性腺苷酸环化酶（sAC），增加细胞内cAMP水平，从而导致糖原分解，增加糖酵解和星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭。抑制碳酸酐酶也被证明能减轻炎症性疼痛及神经性疼痛。吗啡和一些环氧合酶抑制剂可能是通过抑制碳酸酐酶，减少碳酸氢根（HCO3-）的产生，从而抑制sAC的活性，使星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭减少。.本研究主要研究了MCT抑制剂、sAC抑制剂及碳酸酐酶抑制剂对炎症性牙痛相关的三叉神经尾核神经元活动和组织化学的影响。同时也研究了这三种抑制剂对眶下神经切断所致的神经性疼痛相关的行为、三叉神经尾核神经元活动和组织化学的影响。我们的研究结果显示：炎症性牙痛时，大鼠延髓三叉神经尾核神经元的MCT2, 星形胶质细胞MCT1和MCT4表达增加；同时，GLUT1的表达上调。给予碳酸酐酶抑制剂后，大鼠延髓三叉神经尾核的MCT1、MCT2、MCT4和GLUT1表达均明显下调，MCT抑制剂显著下调星形胶质细胞的MCT4的表达。炎症性牙痛模型建立后，三叉神经尾核的活动增加，对机械刺激的阈值降低，感受野增大。 MCT、sAC和碳酸酐酶的抑制剂均可以明显抑制这些变化。眶下神经部分切断后，在术后第1-7天给予MCT、sAC和碳酸酐酶的抑制剂均能明显提高机械刺激阈值，上调延髓三叉神经尾核的PERK、MCT1、MCT2、MCT4和GLUT1的表达，MCT、sAC和碳酸酐酶等的抑制剂均能明显下调其表达。.本项目实验结果基本阐明了星形胶质细胞和神经元之间的乳酸穿梭参与疼痛过程，对于寻找有效的手段缓解疼痛，阐明新的药物靶点促进疼痛的新药的研发具有重要意义。.