研究sestrin2基于AMPK/mTOR通路在大鼠脊髓损伤后中枢性疼痛中的作用

It is full of challenge to treat stubborn central pain clinically. The treatment of peripheral pain based on peripheral pain is not effective for central pain, thus the mechanism of central pain needs to be studied. Spinal cord injury is a more common traumatic disease with a high incidence of central pain. Elevated synaptic glutamate concentration is the main cause of neuronal excitability increased, which leading to central pain after spinal cord injury. It was reported that AMPK can increase the activity of glutamate transporter and accelerate the metabolism of glutamate, inhibiting mTOR is shown to up-regulate expression of glutamate transporter. Furthermore, sestrin2 is an important upstream molecule that activates AMPK, and our previous studies showed that sestrin2 plays protective effect on central neurons during ischemia-anoxia stress. Thus, we hypothesize that sestrin2 regulates glutamate transporter activity based on AMPK/mTOR pathway in central pain following SCI in rats, thereby inhibiting synaptic glutamate concentration, reducing neuronal excitability, and improving central pain. This study intends to use SCI model in rats, intrathecal administration of exogenous sestrin2 or gene knockout sestrin2, using AMPK agonist or inhibitor, and mTOR inhibitors to prove the above hypothesis, and provides new target for central pain treatment.

临床上治疗顽固性中枢性疼痛充满了挑战，基于外周性疼痛的治疗方法对中枢性疼痛疗效不佳，中枢性疼痛的机制亟待研究。脊髓损伤是一种较常见的创伤性疾病，中枢性疼痛的发生率高。脊髓损伤后突触间谷氨酸浓度增加致使神经元兴奋增高，导致中枢性疼痛。谷氨酸代谢主要依赖谷氨酸转运体。实验发现AMPK可提高谷氨酸转运体活性从而加快谷氨酸代谢，抑制mTOR能上调谷氨酸转运体表达。此外，sestrin2是激活AMPK的重要上游分子，前期研究显示在缺血缺氧应激时，sestrin2对中枢神经元具有保护作用。因此，我们假设在大鼠脊髓损伤后中枢性疼痛中，sestrin2基于AMPK/mTOR通路调节谷氨酸转运体活性，从而抑制突触间谷氨酸浓度，降低神经元的兴奋性，改善中枢性疼痛。本课题拟采用大鼠脊髓损伤模型，经鞘内给予外源性sestrin2或基因敲除sestrin2等方法来证明上述假说，为临床治疗中枢性疼痛提供新的靶点。

疼痛是一种极其复杂、多感觉的现象，涉及许多神经轴通路。但人们对于疼痛的研究还远不足以攻克临床上面临的难题，导致一些疼痛领域始终处于较初级的状态，例如，脊髓损伤（SCI）后中枢性疼痛，婴幼儿期早期疼痛引起成年后严重的痛觉过敏，男女之间存在疼痛差异等。本课题基于前期对sestrin2研究上展开，探究sestrin2在SCI中作用，最初设想sestrin2作用靶点是脊髓后角神经元，但我们发现在SCI中，sestrin2的主要靶点是脊髓星形胶质细胞。于是我们将课题拓展到新生大鼠，发现sestrin2在新生鼠急性疼痛中的主要作用靶点是脊髓后角神经元。因此，本课分成两部分：.（1）sestrin2在大鼠SCI中的作用与机制：1）SCI导致大鼠运动障碍和自发性疼痛，外源性rh-sestrin2显著改善自发性疼痛；2）sestrin2在损伤侧的脊髓星形胶质细胞中表达增加。sestrin2通过AMPK/mTOR途径调控GLT1表达；3）GLT1抑制剂消除了sestrin2对脊髓损伤的镇痛作用。. 在大鼠SCI中枢性疼痛中，sestrin2基于AMPK/mTOR信号通路调控GLT1表达，从而降低神经元兴奋行，改善中枢性疼痛。.（2）sestrin2在新生大鼠急性切割痛，及成年大鼠再切割时增强的痛觉过敏中的作用与机制：1）乳鼠急性切割痛后中，脊髓背角神经元内sestrin2表达增加，western blot检测显示sestrin2含量快速升高并迅速下降；2）rh-sestrin2显著减轻乳鼠的机械性痛觉过敏；3）sestrin2通过调控AMPK/ERK信号通路发挥作用；4）经历急性疼痛的乳鼠成年后再次切割时，出现更严重的痛觉过敏，而rh-sestrin2治疗的乳鼠成年后不会出现严重的痛觉过敏；5）小胶质细胞抑制剂消除成年雄鼠再切割时增强的痛觉过敏，雌鼠则无作用。但是基因敲减sestrin2后，小胶质细胞在雄鼠中的保护作用消失。. 在新生大鼠急性切割疼痛中，sestrin2具有镇痛作用；成年大鼠再切割时出现痛觉过敏增强，小胶质细胞参与了不同性别的疼痛调控。雄鼠可能通过脊髓小胶质细胞和sestrin2通路调控增强的痛觉过敏，而雌鼠则可能通过sestrin2和其他细胞信号通路。因此，sestrin2可能是治疗新生儿期急性疼痛的新靶点，同时也为“男女疼痛有别”机制提供了理论基础。

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