轴突起始段的电生理特性及其电压门控钠通道在神经病理性疼痛中的作用及机理研究

Neural hyperexcitability is an important feature in neuropathic pain (NPP). The axon initial segment (AIS) is a key subregion in the control of neuronal excitability, but it is not clear whether AIS is involved in neural hyperexcitability under neuropathic pain state. We solved the problem of patch clamp recording at AIS by Bleb recording, and observed increased intrinsic neuronal excitability and abnormal electrophysiological properties at AIS under neuropathic pain state. Voltage-gated sodium channels (VGSC) is the molecular basis for controlling electrophysiological characteristics of AIS. We hypothesize that electrophysiological characteristics of AIS and VGSC at AIS play an important role in neuropathic pain. We focus on layer V pyramidal cells in anterior cingulate cortex in this study. By immunofluorescence staining, Western blot and Bleb recording, we will explore the changes in electrophysiological properties of AIS and VGSC function at AIS under neuropathic pain state. We will investigate the role of VGSC at AIS in neuropathic pain, by RNAi-mediated knockdown of Nav1.2 or Nav1.6 combined with pain behavior analysis. The results will provide significant insight into the mechanisms for neural hyperexcitability controlled by AIS and its VGSC under neuropathic pain state, as well as theoretical basis for treating neuropathic pain.

神经元高兴奋性是神经病理性疼痛（NPP）的重要特征；轴突起始段（AIS）作为控制神经元兴奋性最重要的区域，其是否介导NPP状态下神经元高兴奋性目前未知。本实验室引入Bleb recording解决了AIS膜片钳记录的难题，观察到NPP状态下神经元内在兴奋性升高及AIS电生理特性出现异常；电压门控钠通道（VGSC）是控制AIS电生理特性的分子基础。我们据此推测：AIS电生理特性及其VGSC在NPP中可能起重要作用。本项目聚焦前扣带回皮层Ⅴ层椎体细胞，通过免疫荧光、Western blot及Bleb recording，检测NPP状态下AIS电生理特性及AIS区VGSC的改变；采用Nav1.2 或Nav1.6 RNAi手段、结合疼痛行为学检测结果，分析AIS区VGSC在NPP中的作用。预期结果可阐明NPP状态下AIS及其VGSC介导神经元高兴奋性的机理，为诊治NPP提供理论依据。

疼痛通路中神经元的高兴奋性是神经病理性疼痛的重要特征，目前的研究多集中于突触传递的变化，表现为兴奋性突触传递的增加及抑制性突触传递的减少，而神经病理性疼痛状态下神经元内在兴奋性的变化目前尚不明确。本项目在前期工作的基础上，构建了SNI神经病理性疼痛小鼠模型，以前扣带回皮层（ACC）为研究对象，研究了神经病理性状态下ACC区II/III层椎体细胞与中间神经元内在兴奋性及轴突电生理特征的变化。我们发现：①在神经病理性疼痛状态下，ACC区II/III层椎体细胞的内在兴奋性升高，包括动作电位产生能力变强以及ISI、阈值、不应期变小；并且神经病理性疼痛状态下动作电位时相的精确度下降，表现为SDST的增加。我们的研究首次系统性的揭示了ACC区椎体细胞的内在兴奋性可能参与了神经病理性疼痛。②在神经病理性疼痛状态下，ACC区II/III层中间神经元的内在兴奋性降低，包括动作电位产生能力减弱以及ISI、阈值、不应期增加。中间神经元是神经网络的调控者，中间神经元内在兴奋性的降低可能通过中间神经元-椎体细胞微网络影响椎体细胞的内在兴奋性。③通过Bleb Recording记录ACC区II/III层椎体细胞轴突的电生理特征，发现轴突上电压敏感钠通道可能参与了神经病理性疼痛。④除神经病理性疼痛之外，我们还研究了局麻药物罗哌卡因治疗癌性痛的可能机制，发现局麻药物罗哌卡因联合限制卡路里饮食具有抗肿瘤及减轻癌性痛的作用。我们的研究揭示，除了突触传递的改变，疼痛通路神经元内在兴奋性的改变也是神经病理性疼痛的重要特征，我们的研究可能为神经病理性疼痛的防治提供一定的理论依据。