两年三篇高水平论文：空军军医大学罗层和武胜昔团队在疼痛研究领域取得连续突破！

2022年2月，空军军医大学基础医学院罗层教授和武胜昔教授团队在国际知名期刊Nature Communications在线发表了题为“Presynaptic NMDARs on spinal nociceptor terminals state-dependently modulate synaptic transmission and pain”的研究论文。

研究工作由空军军医大学基础医学院神经生物学教研室完成，第一作者为解柔刚、褚文广、刘大路和王旭，通讯作者为罗层教授和武胜昔教授。该文章得到了国家自然科学基金、科技部重大项目计划的资助。

2021年8月，空军军医大学基础医学院罗层教授和武胜昔教授团队在国际知名期刊The Journal of Clinical Investigation发表了题为“Extracellular matrix protein laminin β1 regulates pain sensitivity and anxiodepression-like behaviors in mice”研究论文，并受邀发表Video abstract。

研究工作由空军军医大学基础医学院神经生物学教研室独立完成，第一作者为博士研究生李珍珍、韩文娟讲师和孙智川医师，通讯作者为罗层教授和武胜昔教授。

2021年1月发表于Pain的一项研究“Nociceptor-localized cGMP-dependent protein kinase I is a critical generator for central sensitization and neuropathic pain”被推选为“Editor’s choice”，受邀发表Video abstract。该研究工作在武胜昔教授和罗层教授的指导下完成，论文第一作者为神经生物学教研室博士研究生王菲、马绥斌和田志成。

罗层教授和武胜昔教授团队长期从事慢性痛及其共病的神经机制与干预新策略研究，研究成果先后发表于J Clin Invest, Nat Commun, Brain, PLoS Biol, Pain等国际权威期刊，并受邀在Trends Neurosci发表特邀综述。

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第一篇 Nat Commun

慢性痛是临床上常见的慢性疾病，发病率居高不下，其反复发作、迁延难治的特性使患者长期备受折磨。近年来，慢性痛的机制研究虽然取得了长足的进展，但临床治疗依旧面临巨大挑战，传统的镇痛药常因镇痛效果不佳或毒副作用大而使用受限。因此，研发能有效控制疼痛、减少毒副作用的新型理想镇痛药仍是需要迫切解决的重大问题。

课题组系列研究发现伤害性感受器敏化是疼痛持续慢性化的始动因素，其与脊髓背角神经元形成的第一级突触——伤害性初级传入突触的可塑性改变是进一步驱动慢性疼痛进展的“放大器”。

因此，深入探讨脊髓背角伤害性初级传入的突触传递及可塑性改变的产生机制和编码规律，揭示伤害性感受器上介导该突触传递及可塑性改变的关键突触前分子通路，有望从源头上消除疼痛信号的放大效应，为慢性痛治疗找到“源头堵截”的最佳措施。

NMDA受体（N-甲基-D-天冬氨酸受体）作为重要的同步事件检测器，在突触可塑性改变和慢性痛中的重要作用不言而喻。然而，由于其广泛分布于中枢神经系统，临床上NMDA受体拮抗剂作为镇痛药的应用却因严重的中枢毒副作用而使用受限。

研究报道外周伤害性感受器上还大量表达有NMDA受体，并在中枢突末梢大量分布。相对于突触后NMDA受体的大量研究，伤害性感受器中枢突末梢突触前NMDA受体在痛觉信息的突触传递及可塑性改变乃至疼痛敏化中的功能却鲜有报道，其主要原因在于传统的药理学方法难以特异性地干预突触前NMDA受体。

课题组应用Cre-loxP技术在Nav1.8启动子下（特异性表达于伤害性DRG神经元）成功构建了条件性敲除伤害性感受器NMDA受体的转基因动物模型（Sensory-Neuron-Specific NR1^-/-, SNS-NR1^-/-小鼠），使特异性研究突触前NMDA受体在突触可塑性和疼痛发生中的作用成为可能。

课题组研究发现，伤害性感受器突触前NMDARs(以下简称PreNMDARs)状态依赖性地调控脊髓背角痛信息的传入（图1）。具体表现为，在生理状态下PreNMDARs抑制脊髓背角突触传递，而在炎症诱致的病理状态下则介导突触传递增强。

图1 伤害性感受器PreNMDARs状态依赖性调控脊髓背角突触传递的机制模式图

这种状态依赖性的调节过程依赖于PreNMDARs介导的突触前Ca²⁺内流。在生理状态下，通过PreNMDAR介导的Ca²⁺内流激活SK通道，从而导致脊髓背角初级传入突触的突触前抑制。

相反，在病理状态下，伤害感受器中枢突末梢上调的PreNMDARs导致Ca²⁺内流大量增加，并激活下游级联信号PKG-I，进而诱致BDNF产生和分泌增加，后者则抑制SK通道活性，导致SK通道功能下调，从而将突触前抑制转化为突触前易化。行为学研究进一步发现病理状态下，抑制伤害性感受器PreNMDARs可有效缓解慢性痛过敏。

该研究结果解析了脊髓背角伤害感受器中枢突PreNMDARs在调节痛信息传入的状态依赖性特征，并揭示了一种潜在的状态依赖性转变的新机制和功能意义。即在生理状态下，伤害性感受器PreNMDARs通过“突触前抑制”的负反馈调控方式控制传入痛信息量的多少，以维持机体的稳态平衡；而在病理状态下，其则通过“突触前易化”的正反馈调控方式不断增强痛信息的传入量，诱发突触可塑性增强，从而导致痛信号的过度传入进而加剧疼痛敏化的发生。

该研究揭示了伤害性感受器PreNMDARs在痛觉信息传递和可塑性改变以及疼痛持续慢性化进程中的功能意义，为研发针对伤害性感受器PreNMDARs的新型外周镇痛药提供了重要的科学依据和理论指导。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28429-y

第二篇 JCI

慢性痛是临床上常见的慢性疾病，发病率居高不下，其反复发作、迁延难治的特性使患者长期备受折磨。更为严重的是，持久不愈的慢性痛常常导致高发的焦虑、抑郁等精神障碍。同时，异常的精神障碍又可加剧疼痛的强度和时程，二者相互调控、交互敏化，在疼痛和精神障碍之间形成恶性循环和共病状态，带来治疗难度大、疾病转归差、医疗费用高等窘境，使患者“痛”不欲生。

尽管镇痛药和抗抑郁类药物多种多样，然而遗憾的是，由于慢性痛诱发精神障碍共病的发病机制仍未阐明，导致治疗还未取得根本性突破。因此开发一种新的、有效的治疗慢性痛与精神障碍共病的治疗方案仍然是一项重大挑战。

前扣带回皮层（Anterior cingulate cortex, ACC）的细胞可塑性被认为是介导疼痛感知和情绪情感的关键脑区。但迄今为止，更多的关注点主要集中在细胞内的可塑性机制上，而触发和易化细胞内机制的细胞外变化长期被忽视。

细胞外基质（Extracellular matrix, ECM）不仅作为细胞结构的支架蛋白，同时又是感受和向细胞内传递细胞外信息的特殊的第一信使。层粘连蛋白（Laminin）作为ECM的关键组成部分，其是由α亚基、β亚基和γ亚基构成的异三聚体糖蛋白家族，参与调控多种病理生理过程。

课题组前期RNA测序结果显示外周神经损伤诱致慢性疼痛并伴发精神障碍共病发生后，ACC中的Laminin β1（LAMB1）发生显著下调。然而，ACC脑区的LAMB1是否以及如何参与慢性疼痛与精神障碍共病的发生发展，其潜在的细胞外-细胞内的相互作用机制又如何，目前尚不清楚。

为此，本研究从LAMB1在小鼠痛情绪ACC脑区中的表达变化入手，综合采用神经病理性慢性痛动物模型、RNA测序、行为药理学、分子生物学、电生理记录以及光纤钙成像等神经科学研究技术，揭示了LAMB1在神经病理性痛与精神障碍共病中的关键作用和作用机制。

研究发现，敲除ACC中LAMB1可显著增强疼痛敏感性，并引发焦虑抑郁样行为。进一步的机制研究显示，神经损伤诱致的LAMB1下调通过作用于integrin β1依赖的Src/RhoA/LIMK/cofilin信号通路，调控F-actin细胞骨架发生重排，从而导致突触前递质释放几率增加和突触后树突棘结构重塑，最终诱致ACC锥体神经元的功能可塑性和结构可塑性显著增强，二者协同加剧痛觉敏化和焦虑抑郁样行为共病的发生。行为药理学研究显示激活LAMB1- integrin β1系统可显著缓解神经病理性痛与精神障碍共病的程度。

本研究阐明了LAMB1作为ECM的关键组分在调节疼痛可塑性中的新作用，揭示了细胞外变化传递至细胞内可塑性改变的关键桥梁分子，为神经病理性疼痛和精神障碍共病的治疗提供了新的干预靶点和科学依据。

原文链接：

https://doi.org/10.1172/JCI146323

第三篇 Pain

慢性神经病理性痛患者常表现为严重的疼痛反应并伴随疼痛相关的负性情绪。外周敏化和中枢敏化是介导疼痛持续慢性化的重要机制，研究表明中枢敏化可以自主触发疼痛超敏反应，并且不依赖持续的外周伤害性传入。但目前临床大量研究数据表明，外周神经损伤引起外周伤害性信息进行性传入到中枢神经系统在神经病理性痛的发生中也至关重要。一旦去除外周伤害性传入，就消除了由外周神经损伤引起的痛觉过敏反应和相关的厌恶情绪。

那么这种现象背后的机制以及是外周何种分子负责调控中枢敏化导致痛觉过敏的呢？武胜昔教授和罗层教授课题组发现外周伤害性感受器PKG-I在慢性神经病理性痛与负性情绪共病的发生发展中发挥关键作用,并参与调控神经病理性痛的中枢敏化的功能及分子机制。

研究采用在外周伤害性感受器特异性敲除PKG-I的小鼠，构建神经病理性痛模型SNI（外周神经部分损伤模型），结合电生理，分子生物学，免疫荧光，药理学等方法，发现外周伤害性感受器PKG-I在慢性神经病理性痛与负性情绪共病的发生发展中发挥关键作用。在慢性痛状态下，外周伤害性感受器PKG-I的持续激活引发ACC神经元发生超兴奋和突触可塑性增强，进而诱致疼痛的持续慢性化和负性情绪的恶化。进一步机制研究显示上述作用是通过激活ACC的BDNF信号通路来完成的，为以外周伤害性感受器PKG-I 为靶点的镇痛策略提供了坚实的理论基础。

原文链接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32773598/

Li ZZ, Han WJ, Sun ZC, Chen Y, Sun JY, Cai GH, Liu WN, Wang TZ, Xie YD, Mao HH, Wang F, Ma SB, Wang FD, Xie RG, Wu SX, Luo C. Extracellular matrix protein laminin β1 regulates pain sensitivity and anxiodepression-like behaviors in mice. J Clin Invest. 2021 Aug 2;131(15):146323. doi: 10.1172/JCI146323. PMID: 34156983.

Wang F, Ma SB, Tian ZC, Cui YT, Cong XY, Wu WB, Wang FD, Li ZZ, Han WJ, Wang TZ, Sun ZC, Zhang FL, Xie RG, Wu SX, Luo C. Nociceptor-localized cGMP-dependent protein kinase I is a critical generator for central sensitization and neuropathic pain. Pain. 2021 Jan;162(1):135-151. doi: 10.1097/j.pain.0000000000002013. PMID: 32773598.