脊髓“胶质-神经”调控分子IL-17A介导骨癌痛的中枢敏化

Cancer pain is one of the most severe forms of chronic pain, and the current clinical approaches are inadequate, only produce pain relief in half of patients suffering from cancer pain, due to incomplete understanding of cellular and molecular mechanisms of the pathogenesis of cancer pain. In this project, using multidisciplinary approaches, especially chemical genetics, optogenetics and conditional knockin/knockdown etc., we will explore whether proinflammatory cytockine IL-17A, especially the astrocyte-derived in the spinal dorsal horn， is involved in central sensitization of bone cancer pain via modulating synaptic transmission and plasticity of spinal nociceptive neurons in mice. In particular, we seek to uncover whether IL-17RA (a receptor of IL-17A) that specifically expressed in vGluT2 excitatory neurons and PV inhibitory neurons in the dorsal horn, directly modulates excitatory or inhibitory synaptic transmission via ACT1-NF-kB or p38/ ERK/MAPKs signaling pathways. The proposed studies will reveal new insights into the role of astrocytes-to-neurons communication in cancer pain, which could eventually lead to development of novel therapeutic strategies for treating cancer pain.

癌痛是最严重的慢性痛之一，由于机理不明，约半数患者得不到有效控制。胶质细胞活化介导的中枢神经炎可能是癌痛产生的重要机制。最近的研究提示，促炎性细胞因子IL-17A不仅来源于外周免疫细胞，参与外周炎症过程，中枢胶质细胞亦可释放IL-17A参与对中枢神经系统功能的调控。本研究拟采用多学科方法，特别是光遗传学和化学遗传学方法选择性激活脊髓星形胶质细胞及条件性敲减脊髓特定细胞亚群表达的受体IL-17RA，精准操控从脊髓星形胶质细胞到神经元的通讯联系，并探讨IL-17RA/ACT1/NF-kB 或IL-17RA/p38/ERK信号通路对脊髓神经元兴奋或抑制性突触传递的调控。该研究将首次揭示IL-17A/IL-17RA介导的脊髓“星型胶质细胞 - 神经元”信息传递在骨癌痛产生中的重要作用，从而加深我们对脊髓胶质细胞与神经元之间相互作用的认识，揭示骨癌痛的中枢敏化机制，为难治性癌痛提供潜在的治疗靶点。

癌痛是一类机制复杂且区别于神经病理性疼痛和炎症痛的慢性疼痛。脊髓背角的胶质细胞活化与慢性疼痛的发生和维持密切相关。本研究采用 C57BL/6 小鼠股骨骨髓腔内接种 Lewis 肺癌细胞的方法建立了稳定、重复性高、有明显痛觉敏化行为的小鼠骨癌模型。在造模后 7-28 天，脊髓背角星形胶质细胞持续性大量激活，鞘内给予胶质细胞抑制剂氟代柠檬酸可明显抑制骨癌引起的热痛过敏和触诱发痛；化学遗传学方法选择性抑制小鼠脊髓背角浅层星形胶质细胞明显延迟骨癌疼痛的发生；化学遗传学激活星形胶质细胞可直接引起痛觉敏化。这些结果提示脊髓背角星形胶质细胞活化在小鼠骨癌痛发生、发展过程中发挥重要作用。小鼠骨癌 7-28 天未见明显激活的小胶质细胞，鞘内给予选择性小胶质细胞抑制剂米诺环素对小鼠骨癌引起的痛觉敏化亦无影响。该结果提示脊髓背角小胶质细胞可能不参与小鼠骨癌痛。对脊髓星形胶质细胞参与小鼠骨癌痛的机制研究，我们主要关注了星形胶质细胞产物，一种促炎性细胞因子白细胞介素 17A（IL-17A）。IL-17A 在外周通常由 CD34+T 细胞亚群中的 T 辅助 17 细胞（Th17）产生，与免疫系统相关疾如多发性硬化密切相关。但对其在神经系统中的作用研究较少，有证据显示脊髓IL-17A 可能参与痛觉调控，但相关机制尚不清楚。本研究结果显示，脊髓背角IL-17A 几乎无例外地表达在星形胶质细胞，且在小鼠骨癌 7-28 天持续上调；脊髓星形胶质细胞中过表达 IL-17A 可以直接引起痛觉敏化行为；IL-17A 的受（IL-17RA）主要表达在脊髓背角神经元，包括兴奋性（vGluT2 阳性）神经元和抑制性（PAX2 阳性）神经元，极少量表达在星形胶质细胞本身；药理学手段或遗传学手段阻断脊髓背角 IL-17A/IL-17RA 信号可以有效缓解小鼠骨癌痛。上述研究结果表明：脊髓背角星形胶质细胞活化并释放促炎性细胞因子IL-17A，通过表达在神经元上的受体 IL-17RA，参与小鼠骨癌痛的中枢敏化过程。IL-17A 作为重要的信使分子介导了星形胶质细胞对神经元的功能调控，可能成为癌痛治疗的潜在靶点。