Piezo2/RA机械门控通道的调节机制及在细胞毒性抗癌药所致神经痛中的作用

Piezo mechano-gated ion channel is the only accepted candidate for mammalian mechanosensitive channel which is crucial for the proprioception, touch, hearing, pain and vascular structure. Our previous study indicated that Piezo2/RA channel in merkel cells mediated light touch. Piezo2/RA channel is dominantly expressed in mammalian DRG neurons and mediated low-threshold touch sensation. However, the molecular mechanisms underlying the modulation of Piezo2/RA channel and its pathological roles remains unclear. Based on our own and others` studies, we proposed the following hypothesis: membrane tension is the molecular mechanism for the modulation of Piezo2/RA channel; augmentation of the Piezo2/RA channel function in DRG neurons plays an important role in the cytotoxic anti-cancer drugs (e.g., Vincristine) induced neuropathic pain. This project is designed to provide the support for our hypothesis through the following studies: 1) to study the modulation of membrane tension on Piezo2/RA channel and its charactristics. 2) to study the effect of cytotoxic anti-cancer drugs (e.g., Vincristine) on Piezo2/RA channel, whether their effect is through changing cellular membrane tension. 3) to study whether there exists the interaction between Piezo2/RA channel and cytoskeleton. 4) to study the role of Piezo2/RA channel of DRG neurons through the animal nocifensive behavioral test.

新克隆的Piezo通道是迄今唯一公认的哺乳动物机械门控离子通道，在本体感觉、触觉、听觉、痛觉及血管构成等生命过程中至关重要。我们的前期工作表明默克尔细胞的Piezo2/RA通道介导机体轻触觉。已知背根神经节（DRG）感觉神经元Piezo2/RA通道丰富表达且介导机体低阈值触觉，但其分子调节机制及病理生理学意义仍属未知。根据我们及他人的前期工作，我们提出假设：细胞膜张力是调节Piezo2/RA通道的分子基础；DRG神经元Piezo2/RA通道功能增强是长春新碱等细胞毒性抗癌药物所致神经痛的分子基础。本项目将通过以下研究内容来验证我们的假设：1、确立细胞膜张力调节Piezo2/RA通道功能的作用及作用特征。2、长春新碱等细胞毒性抗癌药物对Pieoz2/RA通道的作用。3、Piezo2/RA通道与细胞骨架蛋白有无相互作用。4、DRG神经元Piezo2/RA通道在动物痛觉行为学中的作用。

本课题主要研究Piezo机械门控通道通道的功能调节及其相关生理学和病理学意义。所关注的两个关键问题，其一是确定细胞膜张力的变化是Piezo2/RA通道功能调节的分子基础；二是明确Piezo2/RA通道在细胞毒性抗癌药所致神经痛中的作用。在解决上述两个关键问题的基础上深入探讨Piezo2机械门控通道的膜动力学动态平衡过程及其生理病理学意义。研究结果表明，细胞渗透压改变促使细胞膨胀,可显著增强DRG神经元细胞膜张力和Piezo2/RA机械门控电流，增强机械刺激所诱发的神经元兴奋性并诱发机械性痛觉异常。细胞毒性抗癌药长春新碱（Vincristine，VCR）通过增强细胞膜张力导致Piezo2/RA电流显著增大从而介导VCR所致神经病理性痛。而紫杉醇（Paclitaxel，TAXEL）对Piezo2/RA通道无作用，可能利用其他机制介导致神经痛产生。VCR通过下调DRG神经元M/Kv7通道的表达而增强DRG神经元兴奋性，从而介导VCR所致自发性痛。Piezo2/RA通道在细胞膜及细胞膜内陷结构均有分布并具有随内陷结构上膜-内化的动态膜动力学过程，病理情况下（如炎症、神经损伤等）细胞膜内陷结构中的Piezo2/RA通道因细胞膜张力增加而上膜增加（即膜转位），使其数目增加从而增大Piezo2/RA电流，介导病理性机械痛。Piezo1通道在前列腺癌细胞和人的前列腺癌组织高表达，Piezo1通过激活Akt/mTOR通路、加速细胞有丝分裂而促进前列腺癌发病。