酪氨酸磷酸酶PTP1B恶化脊髓NMDA受体痛觉传递的分子机制

Protein Tyrosine Phosphatases (PTPs) control a series of pathophysiological processes by reducing the phosphorylation levels of substrates. In spinal dorsal horn, inhibition of PTPs is able to block the synaptic transmission of nociceptive signals and produce effective analgesia against pathological pain, suggesting that some PTPs might exert "excitatory" regulation of nociceptive conveyance. However, either the identities of PTPs or the mechanisms by which they exacerbate pain sensitization are largely unknown as yet. Our preliminary experiment tested a line of PTPs members expressed in spinal dorsal horn, and revealed for the first time that PTP1B, a protein tyrosine phosphatase that localizes at endoplasmic reticulum (ER), positively regulated the activity of Src family protein tyrosine kinases and selectively potentiated the nociceptive synaptic transmission mediated by NR2B subunit-containing NMDA receptors. The entry of ER-bound PTP1B into synapses might require the membrane-associated guanylate kinases (MAGUKs) SAP102, which possibly targeted PTP1B to synaptic NR2B receptors. Based on these observations, the applicants proposed the hypothesis that protein tyrosine phosphatase PTP1B, by the aid of SAP102, might initiate Src/NR2B signaling to evoke pathological pain.

蛋白酪氨酸磷酸酶(PTPs)，通过降低底物的磷酸化水平，控制着一系列病理生理过程。在脊髓背角，抑制PTPs的活性，会阻断痛觉的突触传递、有效缓解病理性疼痛症状，提示：某些PTPs可能具有"兴奋性"的痛觉调控作用。但究竟哪些PTPs、以何种机制参与痛觉敏感化的形成，目前尚不清楚。申请者的预实验，从众多表达于脊髓背角的PTPs分子中，首次鉴定并发现：一种分布于内质网的酪氨酸磷酸酶PTP1B(Protein Tyrosine Phosphatase 1B)，能够正性调节Src家族酪氨酸激酶的活性，特异性增强"包含NR2B亚基的NMDA受体"介导的痛觉突触传递；而内质网中的PTP1B之所以能够进入突触、实现对NR2B的靶向性调节，可能与一种膜相关鸟苷酸激酶SAP102的引导有关。基于此，本项目提出以下假设：酪氨酸磷酸酶PTP1B可能以SAP102为桥梁，启动Src/NR2B通路，诱发病理性疼痛。

由GluN2B亚基构成的脊髓背角NMDA受体（GluN2B受体），在病理性疼痛的形成和维持中发挥重要作用。但外周损伤诱导GluN2B受体向突触表达的分子机制仍有待于深入研究。本项目的主要内容，是研究一种分布于内质网的蛋白酪氨酸磷酸酶PTP1B在脊髓痛觉调制与整合中的作用，揭示PTP1B对NMDA受体突触传递的调控机制，探讨PTP1B在慢性疼痛治疗中的潜在价值。研究结果显示：PTP1B特异性分布于脊髓神经元中；PTP1B的N-末端的一段氨基酸序列，能够选择性结合于突触后致密质蛋白SAP102的一段特殊功能结构域。外周组织损伤之后，脊髓背角PTP1B的蛋白表达显著增强，并在SAP102的特异性引导之下，向兴奋性突触再分布；以SAP102为桥梁，PTP1B选择性增强GluN2B受体的突触表达水平，促进GluN2B受体介导的痛觉传递，易化脊髓突触可塑性的形成，恶化炎性疼痛症状；干扰PTP1B的活性，能够产生明显的镇痛作用。本项目在此基础之上，合成了一段PTP1B的模拟小分子多肽链，发现：鞘内注射这一模拟肽，能够干扰炎性疼痛动物脊髓背角PTP1B与SAP102的分子结合，降低PTP1B的突触分布，阻断PTP1B对突触GluN2B受体的调节作用，减弱GluN2B受体介导的痛觉突触传递，有效缓解慢性炎性疼痛症状。这一项目的研究，不仅揭示了PTP1B在中枢敏化中的作用机制，而且为慢性疼痛的治疗提供了一个潜在的治疗手段。