Nrf2/mTOR调控腰交感神经元向DRG芽生耦联和表型转化参与糖尿病神经病理性疼痛的机制研究

Painful diabetic neuropathy (PDN) is associated with significant morbidity and its specific mechanism has not yet elucidated, and poorly relieved by available treatment. We, taking the lead in the establishment of animal model of PDN, have confirmed that DRG mTOR regulates neuronal excitability and is the key regulatory protein in the pathogenesis of PDN.Our previous research also had found that sympathetic nerve fibers sprout into the DRG and regulates the excitability of DRG neurons, which is crucial for pain sensitization in PDN. Moreover, sympathetic sprouting into the DRG and sympathetic neuron phenotypic switching are structural basis of sympathetic-sensory coupling. Studies have confirmed the Nrf2 and mTOR play a key role in nerve growth and development, while Nrf2 directly regulates mTOR activity. Therefore, according to our previous research and the latest reports, we suppose that Nrf2/mTOR regulates lumbar sympathetic neurons phenotype switch and sprouting into the DRG contributing to hyperalgesia in PDN. In this study, we adopt Nrf2 over-expression and shRNA recombinant Lentivirus technology, immunohistochemical and immunofluorescence technique, quantitative image analysis in situ hybridization to confirm this conjecture, and provide a new theoretical basis and therapeutic targets for the prevention and treatment of clinic PDN.

糖尿病神经病理疼痛（PDN）发病率高，其机制仍未阐明，暂缺乏有效治疗方法。申请人国内率先建立PDN动物模型，发现DRG雷帕霉素靶蛋白（mTOR）调控神经元的兴奋性，是PDN发病中关键性调控蛋白；前期研究表明腰交感神经向DRG芽生，调控DRG感觉神经元的兴奋性，参与PDN痛觉敏化，但其具体机制尚未明确。而交感神经向DRG芽生和表型转换是交感神经元与DRG感觉神经元突触间信息传递的结构基础。已有研究证实转录因子Nrf2和mTOR在神经生长和发育中具有重要调节作用，并且Nrf2直接调控mTOR的活动。因此，结合前期研究和最新报道，我们猜想：Nrf2/mTOR调控腰交感神经元向DRG芽生耦联和表型转换，是PDN发病的新机制。并采用Nrf2过表达和shRNA重组慢病毒构建与转染、免疫组化、免疫荧光、Riboprobe原位杂交技术定量分析等证实这一猜想，为PDN的防治提供新的理论依据和治疗靶点。

糖尿病神经病理疼痛（PDN）发病率高，尚缺乏有效治疗方法。我们前期研究表明背根神经节（DRG）雷帕霉素靶蛋白（mTOR）调控神经元的兴奋性，是PDN发病中关键性调控蛋白。而腰交感神经向DRG芽生，调控DRG感觉神经元的兴奋性，参与PDN痛觉敏化，但其具体机制尚未明确。交感神经向DRG芽生和表型转换是交感神经元与DRG感觉神经元突触间信息传递的结构基础。在前期研究的基础上，本项目主要研究PND发病时mTOR信号异常活化的具体机制及其在交感神经元-感觉神经元异常突触形成中的作用。我们通过构建PDN动物模型，发现腰交感神经元表型转化参与PDN的发病，腰交感神经节脉冲射频抑制其表型转化，可缓解PDN痛行为；临床上，我们同样证实腰交感神经节脉冲射频有效缓解PDN。在此基础上，我们发现糖尿病时脊髓背角表层脂联素衔接蛋白（APPL1）的缺乏通过Rab5/Akt 和 AMPK通路激活mTOR，介导痛觉敏化。另外我们通过PDN、顺铂化疗以及CCI多个神经病理性疼痛模型明确脊髓胰岛素样生长因子（IGF-1）主要表达于星形胶质细胞，其受体IGF-1R主要表达神经元，IGF-1/IGF-1R通路介导星形胶质细胞-神经元通讯，调节mTOR的活动，参与痛觉敏化。并且，我们通过脊髓背角神经元分离培养和动物模型进一证实高糖和（TNF-α）通过激活mTOR，促进突触素Ⅱ的表达和神经元外生，调控神经元的兴奋性，参与了PDN的发病。本项目揭示腰交感神经节、APPL1、 IGF-1靶标在PDN防治中的作用，阐明糖尿病时介导mTOR信号异常活化的具体机制及其在突触外生与痛觉敏化中的作用，为PDN的防治提供新的理论依据和治疗靶点。