神經(jīng)病理性疼痛是由神經(jīng)損傷、糖尿病、化療等引起的難治性慢性疼痛。由于現(xiàn)有治療方法療效不佳且有較多的副作用，疼痛研究領(lǐng)域亟需闡明該疾病的病理生理機(jī)制并利用其機(jī)制開(kāi)發(fā)長(zhǎng)效鎮(zhèn)痛療法。

脊髓后角區(qū)突觸功能和結(jié)構(gòu)的可塑性導(dǎo)致的中樞敏化被認(rèn)為是多種神經(jīng)病理性疼痛的共同病理基礎(chǔ)。突觸功能的可塑性表現(xiàn)為抑制性突觸的減弱和興奮性突觸的增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的可塑性表現(xiàn)為興奮性突觸區(qū)的樹(shù)突棘數(shù)量和大小的增加。但是結(jié)構(gòu)和功能可塑性如何協(xié)調(diào)發(fā)生尚未可知。

過(guò)往研究表明鳥(niǎo)苷酸交換因子Tiam1通過(guò)激活Rho家族GTP酶Rac1，促進(jìn)發(fā)育期的海馬神經(jīng)元的興奮性突觸區(qū)域的肌動(dòng)蛋白聚合及樹(shù)突棘重構(gòu)。此外，臨床的全表觀基因組關(guān)聯(lián)研究揭示了Tiam1與慢性廣泛性疼痛顯著相關(guān)。

阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校Lingyong Li和貝勒醫(yī)學(xué)院Kimberley F. Tolias于2023年5月4日在Neuron合作發(fā)表原著論文，揭示了脊髓后角興奮性神經(jīng)元中的Tiam1-Rac1信號(hào)通過(guò)協(xié)調(diào)突觸結(jié)構(gòu)和功能的可塑性參與多種神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生、轉(zhuǎn)化和維持。

研究人員首先利用親和沉積試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SNI術(shù)后脊髓后角中能與Rac1發(fā)生親和沉積的Tiam1的表達(dá)顯著升高，說(shuō)明Tiam1與神經(jīng)病理性疼痛的相關(guān)性。在功能分析上，Tiam1敲除小鼠在SNI術(shù)后的機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏行為顯著減輕?；熕幬镆鸬纳窠?jīng)病理性疼痛模型和糖尿病性疼痛模型中的機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏行為同樣被Tiam1的敲除所緩解。上述結(jié)果表明，Tiam1對(duì)于多種神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生是必要的。

圖1、Tiam1對(duì)于神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生是必要的

研究人員進(jìn)一步利用選擇性敲除分析了Tiam1參與疼痛發(fā)生的具體部位。利用Advillin-Cre小鼠選擇性敲除外周傷害感受器神經(jīng)元中的Tiam1、及利用CaMKIIa-Cre小鼠選擇性敲除前腦興奮性神經(jīng)元中的Tiam1均未對(duì)SNI術(shù)后的痛覺(jué)過(guò)敏產(chǎn)生顯著影響。相反，在脊髓后角注射hSyn依賴(lài)的Cre表達(dá)病毒選擇性地敲除脊髓后角神經(jīng)元的Tiam1后，痛覺(jué)過(guò)敏行為被顯著抑制。因此，脊髓后角神經(jīng)元的Tiam1參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。

圖2、下調(diào)脊髓后角神經(jīng)元中的Tiam1能抑制神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生

進(jìn)一步，研究人員探究了脊髓后角中何種神經(jīng)元的Tiam1參與其中。分別利用vGluT2-Cre小鼠和vGat-Cre小鼠選擇性敲除興奮性神經(jīng)元和抑制性神經(jīng)元中的Tiam1的表達(dá)，研究人員發(fā)現(xiàn)只有vGluT2神經(jīng)元中Tiam1的敲除顯著抑制了SNI引起的痛覺(jué)過(guò)敏。該結(jié)果表明，興奮性神經(jīng)元中的Tiam1參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。

圖3、下調(diào)興奮性神經(jīng)元中的Tiam1能抑制神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生

那么，Tiam1通過(guò)何種機(jī)制影響疼痛的發(fā)生？高分辨率共聚焦顯微成像結(jié)果顯示Tiam1的敲除顯著降低了神經(jīng)病理性疼痛模型小鼠的脊髓后角神經(jīng)元的樹(shù)突棘密度的增高和F/G肌動(dòng)蛋白比值的升高，說(shuō)明Tiam1調(diào)控神經(jīng)病理性疼痛中的突觸結(jié)構(gòu)的可塑性。

圖4、Tiam1介導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛的突觸結(jié)構(gòu)的可塑性

另一方面，免疫印跡和電生理研究的結(jié)果表明，Tiam1敲除顯著降低了SNI導(dǎo)致的脊髓后角NMDA受體亞單位GluN1和GluN2B的升高以及NMDA受體電流幅值的升高。因此，Tiam1介導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛中突觸NMDA受體活動(dòng)的增強(qiáng)。

圖5、Tiam1調(diào)控神經(jīng)病理性疼痛的突觸功能的可塑性

由于Tiam1通過(guò)Rac1發(fā)揮作用，研究人員進(jìn)一步驗(yàn)證了Tiam1是否通過(guò)Rac1影響疼痛。利用Tiam1敲除小鼠構(gòu)建SNI疼痛模型，然后在脊髓后角注射活性Rac1，研究人員發(fā)現(xiàn)Rac1復(fù)原了SNI導(dǎo)致的痛覺(jué)過(guò)敏行為及NMDA受體功能的增強(qiáng)。該數(shù)據(jù)表明，Tiam1依賴(lài)于Rac1參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。

圖6、Tiam1通過(guò)Rac1調(diào)控神經(jīng)病理性疼痛行為

更細(xì)致地，通過(guò)在SNI術(shù)后的初期、急性向慢性轉(zhuǎn)化期和疼痛維持期分別抑制Tiam1-Rac1信號(hào)，研究人員發(fā)現(xiàn)Tiam1-Rac1參與疼痛的發(fā)生、轉(zhuǎn)化和維持的全過(guò)程。

圖7、抑制Tiam1-Rac1信號(hào)通路能抑制神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生、急性到慢性的轉(zhuǎn)化及慢性疼痛的維持

最后，研究人員設(shè)計(jì)了靶向脊髓Tiam1的反義寡核苷酸，抑制Tiam1信號(hào)，發(fā)現(xiàn)靶向Tiam1能夠顯著減輕神經(jīng)病理性疼痛的痛覺(jué)過(guò)敏。

圖8、靶向脊髓Tiam1的反義寡核苷酸能減輕神經(jīng)病理性疼痛的痛覺(jué)過(guò)敏

綜上，該研究發(fā)現(xiàn)了Tiam1信號(hào)通路在多種神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生、轉(zhuǎn)化和維持中發(fā)揮重要作用，靶向Tiam1可能有助于開(kāi)發(fā)長(zhǎng)效的鎮(zhèn)痛藥物。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.04.010

參考文獻(xiàn)

Li L, Ru Q, Lu Y, Fang X, Chen G, Saifullah AB, Yao C, Tolias KF. Tiam1 coordinates synaptic structural and functional plasticity underpinning the pathophysiology of neuropathic pain. Neuron. 2023 Apr 27:S0896-6273(23)00282-9. doi: 10.1016/j.neuron.2023.04.010. Epub ahead of print. PMID: 37146610.

編譯作者：Hong Chaoli（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）