GPCRs对酸敏感离子通道的调制：痛觉过敏的一个新分子机制

The modulation of G-protein coupled receptors (GPCRs) of pain-related ion channels is an important mechanism underlying hyperalgesia in pathological pain. Acid sensing ion channels (ASICs), extracellular H+ sensors, are abundantly expressed in primary sensory neurons and involve in a variety of pain. But these are still not clear whether ASICs are modulated by GPCRs and the modulation is involved in pathological pain. So we put forward a hypothesis: ASICs are the target of a variety of inflammatory mediators, which modulate the functional activity of the co-expressed ASIC through their GPCRs in nociceptive primary sensory neurons, and this GPCRs-ASICs signaling axis contributes to hyperalgesia in pathological pain. First, we studied the regulatory effects of inflammatory mediators on the electrophysiological activity of ASIC in separated dorsal root ganglion neurons in order to reveal whether ASICs are their target. Second, ASICs and GPCRs are co-expressed in CHO cell lines and the regularity and characteristics of GPCRs modulation of ASICs are studied. Finally, the effect of inflammatory mediators on acidosis-induced nociceptive behaviors was studied in rats, and we observe the role of GPCRs modulation of ASICs in chronic inflammatory pain. GPCRs modulation of ASICs provides a new molecular mechanism underlying hyperalgesia.

G-蛋白耦联受体（GPCRs）对痛觉相关离子通道的调制是病理性疼痛产生痛觉过敏的重要机制。酸敏感离子通道（ASICs）是细胞外H+感受器，在初级感觉神经元丰富表达，参与多种疼痛过程。但GPCRs是否调制ASICs并参与病理性疼痛尚不太清楚。本项目提出假说：在伤害性初级感觉神经元，ASICs是多种炎症介质调制的靶点，它们激活相应的GPCRs调制共存ASICs的功能活动，这种GPCRs-ASICs信息轴参与病理性疼痛产生的痛觉过敏。拟：①在伤害性初级感觉神经元，研究炎症介质对ASICs电生理活动的调制，揭示ASICs是多种炎症介质调节的靶点；② 在CHO细胞株，共表达ASICs和GPCRs，探究炎症介质激活GPCRs调制的规律和特点；③在整体动物，观察炎症介质对酸致痛行为的影响，及GPCRs调制ASICs在慢性炎症痛中的作用。GPCRs对ASICs的调制为揭示痛觉过敏提供了一个新的分子机制。

酸敏感离子通道（ASICs）是细胞外H+感受器，在初级感觉神经元丰富表达，参与多种疼痛过程。G-蛋白耦联受体（GPCRs）对痛觉相关离子通道的调制是病理性疼痛产生痛觉过敏的重要机制。但GPCRs是否调制ASICs尚不太清楚。本项目发现在背根神经节（DRG）神经元，ASICs是多种炎症介质和镇痛药物的调制靶点，它们通过激活相应的GPCRs调制ASICs介导的电生理活动和痛行为反应。我们发现：蛋白酶激活受体（PAR2）激活肽和胰蛋白酶/ PAR2、内皮素/内皮素A型受体（ETAR）、转化生长因子β（TGF-β）/I型受体（TGF-βR I）以及PGE2/前列腺素E受体1（EP1）通过Gq/11-蛋白-PLC-PKC-ASICs信息轴，PGE2/EP4通过Gs-蛋白-PKA-ASICs信息轴正向调制ASICs的功能活动。调制的特点：① 这些GPCRs的激动剂能剂量依赖地增强ASICs介导的H+激活的内向电流；② 它们不改变ASICs对H+的亲和力，但上移H+浓度-反应曲线，增加其最大反应的效能。③ 增强作用可被相应的GPCRs阻断剂、胞内透析GDP-β-S、PLC抑制剂U-73122、PKC的抑制剂GF109203X或PKA抑制剂H89所阻断。④GPCRs激动剂对酸性刺激引起的膜电位去极化及动作电位也有增强作用。⑤ 足趾预处理这些激动剂激活其相应的GPCRs，剂量依赖地加剧醋酸引起的ASICs介导的痛行为反应。我们还发现：镇痛药octreotide激活Gi-蛋白偶联的生长抑素受体（SST2），通过Gi-蛋白-cAMP-PKA-ASICs信息轴负向调制ASICs的功能活动，即下调胞内cAMP和PKA信号通路，抑制ASICs介导的H+激活的电生理活动及醋酸引起的痛行为反应。此外，在CHO细胞共表达ASIC3及GPCRs，（如PAR2、ETAR或SST2a），发现ASIC3介导的H+激活电流可被PAR2激活肽和内皮素增强，被octreotide抑制，即模拟它们在DRG中的作用；如果在CHO细胞仅表达ASIC3，不表达GPCRs，这些物质对H+激活电流没有调制作用；表明这些物质只能通过其相应的GPCRs起作用。总之，本项目研究成果“在伤害性初级感觉神经元，多种炎症介质通过激活GPCRs及胞内信号对共存ASICs的调制”为揭示外周痛觉过敏提供了一个新的重要分子机制。