外周感觉神经元组蛋白修饰参与神经病理痛的表观遗传学机制研究

Potassium channel gene expression in primary sensory neurons of dorsal root ganglion (DRG) were downregulated followed by increased neuronal excitability and ectopic discharge in neuropathic pain conditions. This is thought to be a key factor which contributes to neuropathic pain. Therefore, it is an important way to control neuropathic pain development by regulating the potassium channel gene expression. Histone modification is one of the main epigenetic mechanisms for gene expression. RNA sequencing showed that the expression of enzymes for histone demethylation were changed in injuried DRGs of mouse neuropathic pain model. Furthermore, lysine-specific demethylase 1 (LSD1) was increased in bilateral DRGs in chronic compression DRG rat neuropathic pain model. LSD1 inhibitors could relieve pain hypersensitivities in this model. Based on these results, we hypothesize that LSD1 may transcriptionally suppress potassium channel genes expression, increase neuronal excitability, eventually leading to central sensitization and neuropathic pain symptoms in neuropathic pain conditions. This study will use qPCR, Western blot, immunohistochemistry, animal pain behaviors, ChIP, Co-IP, patch clamp and RNA sequencing, and other techniques for validation of this hypothesis. The study will elucidate the role of histone demethylation in neuropathic pain development, enrich epigenetic mechanisms of neuropathic pain, and provide new targets for clinical treatment.

神经病理痛状态下，背根神经节（DRG）初级感觉神经元钾通道基因表达下调，神经元兴奋性增加，产生异位放电，这被认为是神经病理痛发生的关键因素，因此调控钾通道基因表达是控制神经病理痛发生的重要途径。组蛋白修饰是调控基因表达的主要表观遗传学机制之一，RNA测序显示神经病理痛模型鼠受损DRG组蛋白去甲基化相关酶类表达上调，其中赖氨酸特异性去甲基化酶1（LSD1）在慢性压迫DRG模型大鼠双侧DRG表达上调，抑制其活性可以镇痛，据此我们设想LSD1表达上调转录抑制钾通道基因表达，增加神经元兴奋性，最终导致中枢敏化和神经病理痛症状。本研究将利用qPCR、Western blot、免疫组织化学、动物痛行为学、ChIP、Co-IP、膜片钳和RNA高通量测序等多种技术手段对此假说进行验证，阐释组蛋白去甲基化在神经病理痛中的作用，丰富神经病理痛的表观遗传学机制，并为临床治疗提供新的靶点。

神经病理性疼痛是由躯体感觉神经系统的损伤或疾病而直接造成的疼痛，是临床难治性疼痛，可表现为自发性疼痛及对机械、热等刺激的诱发性痛觉过敏。神经病理痛病因多样，机制不清，难以治愈。本项目关注了初级感觉神经元聚集部位背根神经节（DRG）在神经病理痛发生中的分子机制，探索了组蛋白去甲基化对神经病理痛的表观遗传学调控，主要发现如下：1）神经损伤性神经病理痛模型动物DRG中组蛋白去甲基化酶1 LSD1及其转录抑制复合物之一RE1沉默转录因子共抑制因子CoREST参与调控神经病理痛行为发生。受损DRG中LSD1和CoREST表达上调，抑制LSD1活性或敲低DRG中LSD1表达可显著减轻慢性压迫DRG模型大鼠及脊神经结扎诱导的神经损伤性神经病理痛模型小鼠的痛觉过敏反应，敲低DRG中CoREST表达也可显著减轻神经损伤性神经病理痛模型小鼠的痛觉过敏反应。2）通过对比神经病理痛模型小鼠和炎性痛模型小鼠DRG和脊髓背角总乙酰化组蛋白水平，发现不同疼痛模型总乙酰化组蛋白AcH3和AcH4存在不同的表达模式。3）通过对比不同神经病理痛模型小鼠DRG中全基因组测序结果，发现其差异化表达基因存在比较大的差异，提示不同神经病理痛状态需要根据病因精准治疗。4）DRG中载脂蛋白E也参与神经病理性疼痛发生的分子机制。通过该项目，主要证明了外周DRG中组蛋白去基化酶LSD1及其转录抑制复合物CoREST在神经病理痛发生中的调控作用，丰富神经病理痛的表观遗传学机制，确定了LSD1、CoREST等为神经病理性疼痛治疗的新的靶点。