外周神经损伤后TNF-α对脊髓和海马BDNF表达差异调控及其机制

我们最近研究发现，外周神经损伤（SNI）的病理性疼痛模型大鼠中海马CA1区LTP被抑制、空间工作记忆受损，但具体机制不明。进一步研究显示，SNI后大鼠脊髓背角和海马TNF-α蛋白表达上调，而BDNF出现部位差异性变化：脊髓上调，海马却下调；腹腔给予Thalidomide抑制TNF合成后可防止工作记忆减退和海马LTP抑制；在培养细胞中，重组TNF-α能上调脊髓神经元中BDNF表达，却下调海马神经元BDNF表达。因此，我们提出以下假设：神经损伤后过表达的TNF-α可能对脊髓和海马BDNF表达存在差异调控从而导致病理性疼痛和记忆障碍。本项目拟用分子生物学、电生理及形态学等方法，研究神经损伤后TNF-α是否差异调控脊髓和海马BDNF表达；并从TNF-α和/或BDNF相关的信号通路入手探讨其分子机制，为进一步阐明外周神经损伤同时引起病理性疼痛和海马记忆功能损害提供新的证据和细胞分子机制。

临床研究显示全世界约1/3的人口患有慢性疼痛，而慢性疼痛病人无明显脑病的情况下又有2/3会出现工作记忆受损；这些功能障碍严重影响他们的生活质量、智力水平和工作能力。但目前对于慢性疼痛出现工作记忆障碍的研究很少，机制还不清楚。.我们率先在经典的神经病理性疼痛模型——证实坐骨神经部分损伤（SNI）也可同时引起海马工作记忆受损。利用膜片钳和神经元形态重构技术，我们发现与假手术组相比，SNI 7天后小鼠海马CA1区锥体神经元形态顶树突和基树突长度下降，分支数减少，而且形成突触的树突棘密度也减少。与之相反，脊髓背角NK1阳性神经元（即痛觉投射神经元）却增加的。我们还发现海马NMDA/AMPA比值海马下降，脊髓却增加的。因此，神经损伤后海马和脊髓背角神经元突触连接和功能的反向变化是记忆障碍和慢性疼痛产生的基础。.同行和我们的研究显示脊髓和海马TNF-α上调在病理性疼痛和记忆障碍中起着至关重要的作用。我们还发现TNF受体1敲除（TNFR1KO）后，SNI并未使海马CA1锥体神经元与脊髓背角的NK1阳性神经元的形态结构和NMDA/AMPA比值发生改变。而在培养组织片上给予TNF-α刺激3天后，海马与脊髓背角神经元树突分支/树突棘和NMDA/AMPA比值出现与神经损伤相一致的变化。表明神经损伤通过上调TNF-α改变海马和脊髓突触连接引起记忆障碍和疼痛的。.那么TNF-α又是怎样改变突触连接的呢？大量研究表明BDNF是中枢神经系统神经元结构和功能最为关键的调质。我们发现，正常小鼠神经损伤7-10天后，海马和脊髓背角BDNF表达与ERK和CREB磷酸化水平出现了部位差异性的变化：海马下降而脊髓增加。有趣的是，TNFR1KO抑制该变化产生，给予TNF-α却引起与神经损伤一样的效果。以上结果表明外周神经损伤后上调的TNF-α部位差异性调控ERK/CREB/BDNF信号通路改变海马和脊髓背角的突触连接导致记忆障碍和病理性疼痛。此外，我们发现给予美满霉素抑制小胶质细胞激活不仅防止机械触诱发痛，治疗记忆缺失，还可扭转SNI或TNF-α引起的海马和脊髓BDNF差异性变化。.综上，TNF-α经胶质细胞部位差异性调控BDNF表达是神经损伤后海马和脊髓突触连接反相变化的原因。那么，抑制TNFR1信号通路或小胶质细胞的激活将是治疗周围神经损伤引起的慢性疼痛和认知障碍的靶点。