脊髓损伤后AADC细胞发生表型改变的机制研究

Spasticity is a common symptom following spinal cord injury (SCI), the underlying mechanism is unclear but supersensitivity of motor neurons to monoamines is believed to be a major cause. AADC is the enzyme that catalyzes the decarboxylation of 5-hydroxytryptophan (5-HTP) to 5-HT and L-dopa to dopamine(DA). AADC positive cells in the spinal cord are usually inactive, but are activated post-SCI and undergo a phenotypic change to produce 5-HT/DA, we have previously found that 5-HT1B receptors play an important role in the enhanced ability of AADC cells to produce 5-HT.Thus in this project, we try to answer the following questions: What is the possible mechanism for the phenotypic change of AADC cells to produce DA after spinal cord injury? What is the action of AADC cells in the pathogenesis of spasticity after spinal cord injury? We ask whether AADC cells have the same phenotypic change in different level of spinal cord injury. The aim of our study is to investigate the mechanism of spasticity and to provide new clue for clinical treatment.

痉挛是脊髓损伤后常见的症状，运动神经元对单胺的敏感性增强被认为是痉挛发生的主要机制。芳香族氨基酸脱酸酶（AADC）是催化5 - 羟色氨酸转化为5-羟色胺（5 – HT）、左旋多巴转化成多巴胺（DA）的一种必需酶。传统观念认为脊髓组织中的AADC没有活性，我们近期研究取得突破性进展，首次发现脊髓损伤能诱导AADC细胞发生表型转变合成5-HT/DA，并发现脊髓损伤诱导AADC细胞产生5-HT的机制与5-HT自身受体5-HT1B相关。那么为什么脊髓损伤后AADC细胞能够发生表型改变合成DA？在痉挛的发生发展中AADC 细胞又发挥怎样的作用？不同节段脊髓损伤后AADC细胞是否发生相同的表型改变？本项目重点研究以上问题，旨在进一步揭示痉挛发生机制，为临床脊髓损伤后的康复治疗提供新思路。

痉挛是脊髓损伤后一种常见的症状，痉挛发生机制复杂，其中脊髓损伤后运动神经元对单胺类神经递质的敏感性增高从并产生持续性内向电流被认为是一种主要机制，但确切机制不清。哺乳类动物的脊髓中，几乎所有的单胺神经递质如 5羟色胺（5-HT）、去甲肾上腺素（NA）和多巴胺（DA）都来源于脑下行性纤维。令人惊奇的是慢性脊髓全横断后，损伤平面以下的脊髓组织中仍然含有少量的单胺类递质，我们前期的研究显示这些少量的单胺可由脊髓损伤后芳香族 氨 基 酸 脱 酸 酶 （AADC）细胞产生。本课题主要揭示为什么脊髓损伤后AADC细胞能够发生表型改变产生DA，具体机制如何？本项目以大鼠脊髓骶2（S2）水平全横断为切入点，主要研究：① DA自身受体DRD2和DRD3是否与脊髓完全损伤后AADC细胞发生表型改变合成DA的机制相关？②脊髓损伤后AADC细胞基因的变化特征；③脊髓损伤不同时间点，AADC细胞产生DA动态变化特征； ④脊髓损伤后AADC细胞产生的DA/NA是否能够增强运动神经元的兴奋性从而产生痉挛。我们的研究结果显示： ① 慢性脊髓S2损伤后，应用免疫荧光和western blot发现损伤平面以下脊髓灰质中的DA受体DRD2和DRD3 与假手术组比较，表达量均显著降低。② 免疫荧光双染发现，正常大鼠和损伤的大鼠脊髓中AADC细胞均可表达DRD2和DRD3，脊髓损伤后部分AADC细胞表达DRD2或DRD3的量减少；③ 对慢性脊髓损伤大鼠给与外源性L-DOPA后，电生理反应显著增强，大鼠尾部痉挛明显。形态学也证实注射L-DOPA后，损伤平面以下的AADC细胞可产生DA和NA。但当药物兴奋DRD2和DRD3后，电生理结果出现改变。电生理结合药理学研究发现，脊髓损伤后DA、NA及其他们受体会影响运动神经元的兴奋性。④ 脊髓损伤8h后AADC细胞可产生DA或NA，2天AADC细胞产生DA/NA量明显增多，5天变化达到顶峰并持续到术后60d。⑤ 脊髓损伤后，并未检测到AADC蛋白水平变化，但mRNA表达水平出现变化。通过我们的研究提示，脊髓损伤后AADC发生表型改变产生DA的机制与自身受体DRD2和DRD3相关，DA的其他亚型受体和NA受体等也可能参与运动神经元的兴奋性，脊髓损伤诱导AADC细胞产生的DA/NA均能增强运动神经元的兴奋性在痉挛发生发展中发挥着重要作用。