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    Cx43及GLT-1對三叉神經(jīng)痛大鼠疼痛行為學變化的調控作用*

    2018-03-13 07:46:50熊櫻嵐閻雪彬
    中國疼痛醫(yī)學雜志 2018年2期
    關鍵詞:三叉神經(jīng)痛造模次數(shù)

    熊櫻嵐 羅 驍 李 欣 閻雪彬 黃 東△

    (1中南大學湘雅三醫(yī)院疼痛科,長沙410000;2中南大學疼痛醫(yī)學研究所,長沙410000)

    縫隙連接蛋白43 (connexin-43, Cx43)是縫隙連接的主要構成蛋白之一,在星形膠質細胞中表達豐富??p隙連接使星形膠質細胞間可以進行快速的物質交換,從而構成星形膠質細胞網(wǎng)絡,形成一個廣泛的合胞體。有研究證明Cx43在骨癌痛、脊髓損傷疼痛以及各種病理性疼痛中發(fā)揮重要作用[1~3]。在三叉神經(jīng)痛的研究中,Ohara等[4]運用RNA干擾技術減少眶下神經(jīng)慢性縮窄損傷(chronic constriction injury of infraorbital nerve, ION-CCI)模型大鼠中Cx43的表達,發(fā)現(xiàn)大鼠的疼痛行為也相應減少。但Cx43是如何影響ION-CCI模型大鼠的疼痛樣行為,尚不清楚。Unger等[5]運用基因敲除技術將小鼠的Cx43敲除后,發(fā)現(xiàn)大腦皮層星形膠質細胞的谷氨酸轉運體-1 (glutamate transporter-1, GLT-1)表達水平增加。GLT-1是高親和力谷氨酸轉運體(high-affinity glutamate transporters/Excitatory amino acid transporters, EAATs)中的一種。谷氨酸是痛覺信號傳入通路中的重要興奮性遞質,突觸間隙中的谷氨酸主要通過神經(jīng)元和膠質細胞膜上的EAATs進行重攝取和清除。許多研究表明慢性神經(jīng)病理性疼痛與GLT-1的表達或功能異常有關[6~9]。因此,研究Cx43是否通過調控GLT-1的表達影響三叉神經(jīng)痛大鼠的疼痛行為學變化對闡明三叉神經(jīng)痛的作用機制具有十分重要的意義。

    方 法

    1.實驗動物及分組

    選取成年健康雄性SD大鼠(體重200~220 g)42只,大鼠由中南大學湘雅三醫(yī)院動物學部提供。12小時晝夜周期,維持室溫20~25℃,相對濕度為50%~60%。清潔飲水,標準飼養(yǎng)。所有實驗對象在實驗開始前1周用4~15 g的von Frey hairs疼痛測試棒適應性刺激大鼠待手術側眶下神經(jīng)(infraorbital nerve, ION)支配的顏面部觸須墊,每日連續(xù)刺激3次,選用對8~15 g測試棒刺激有反應但無過度反應的大鼠造模,以排除應激干擾(若大鼠對8 g的刺激無反應則選用10 g,若還無,則增加至15 g,若還無則棄用,大鼠對4 g的測試棒有反應則棄用)。

    實驗分組:將42只SD大鼠隨機分為正常組(Normal, N)、假手術組(Sham, S)、模型組(ION-CCI)、ION-CCI +生理鹽水1組(ION - CCI + Normal saline1, NS1)、ION-CCI + Gap26組 (ION-CCI +Gap26, Gap26)、ION-CCI +生 理 鹽 水 2組 (IONCCI + Normal saline 2, NS2)、ION-CCI +頭孢曲松組(ION-CCI + ceftriaxone, Cef),每組6只。采用鉻腸線疏松結扎大鼠眶下神經(jīng)造成ION-CCI來建立三叉神經(jīng)痛的動物模型,造模成功后,相應組于術后第8天分別腹腔注射Cx43阻滯劑Gap26、GLT-1激動劑頭孢曲松或生理鹽水;假手術組僅暴露神經(jīng),不結扎。

    2.三叉神經(jīng)痛動物模型制備

    根據(jù)Kenisant M[10]等的描述來制作三叉神經(jīng)痛大鼠模型。使用鉻腸線將大鼠左側的ION疏松結扎,結扎的松緊程度標準為手術顯微鏡下可見結扎線使神經(jīng)的直徑略微變細,但不能完全阻斷其傳導,且神經(jīng)外膜的血液循環(huán)必須暢通。術后用5-0絲線縫合切口。

    3.給藥方法

    將造模成功的三叉神經(jīng)痛大鼠隨機分為以下幾組:①Gap26組:造模成功的大鼠于術后第8天腹腔注射Gap26 3.5 mg/Kg,1天1次,連續(xù)注射7天;②NS1組:作為Gap26組的對照組,將造模成功的大鼠于術后第8天腹腔注射相同劑量的生理鹽水,1天1次,連續(xù)注射7天;③Cef組:造模成功的大鼠于術后第8天腹腔注射頭孢曲松200 mg/Kg,1天1次,連續(xù)注射7天;④NS2組:作為Cef組的對照組,將造模成功的大鼠于術后第8天腹腔注射相同劑量的生理鹽水,1天1次,連續(xù)注射7天。

    4.行為學測試

    所有實驗大鼠應提前適應環(huán)境一周,于術前1天及術后1、3、5、7、9、11、14天進行疼痛行為學測定。

    (1)機械痛閾測定:參考Vos[11]等的標準,將大鼠置于鼠籠中安靜放置10 min待大鼠平靜后,持von Frey hairs疼痛測試棒緩慢接近大鼠術側ION支配區(qū)域觸須墊,使細絲彎曲,刺激過程中測試棒強度緩慢增加,每個刺激強度刺激3次,2次刺激至少間隔30 s。當大鼠出現(xiàn)以下任何一種行為學變化時記為陽性反應:①退縮反應,受刺激后動物表現(xiàn)為快速后退,躲避刺激物,以免面部再受攻擊。②搔臉行為,表現(xiàn)為連續(xù)搔抓面部刺激區(qū)域。③攻擊行為,表現(xiàn)為大鼠快速抓撓刺激物,做出攻擊動作。使大鼠產(chǎn)生陽性反應的細絲強度的最小值即為術側觸須墊機械痛閾值。

    (2)視頻行為學檢測:將大鼠放置在一個透明有機的玻璃格子里,攝像機放置在籠子前面1米處,待大鼠適應周圍環(huán)境5 min后錄像30 min,記錄大鼠搔抓面部的次數(shù)。搔抓面部動作包括用前肢或者后肢騷擾面部及頭部。錄像過程中保持安靜,以免驚嚇大鼠影響實驗結果。

    5.Western blotting 分析

    術后第15天,低溫無菌條件下迅速取大鼠三叉神經(jīng)脊束核,放入離心管內,加入含蛋白酶抑制劑的裂解液,將組織裂解勻漿后放入4℃離心機中,12 000 rpm離心15 min后,取上清液,應用BCA定量法測定樣品蛋白含量。加入上樣緩沖液并100℃干浴5 min使蛋白變性。十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺電泳(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis, SDS-PAGE)及電轉膜將蛋白轉移至PVDF膜上后,封閉2 h。相應膜上分別加入兔抗大鼠Cx43多克隆抗體(1:1 000)、兔抗大鼠GLT-1多克隆抗體(1:500)和小鼠抗大鼠β-actin(1:5 000),4℃過夜。洗膜后分別加入鼠抗(1:5 000)二抗,室溫搖床上孵育1 h后進行ECL顯色及曝光。以β-actin作為內參進行半定量分析。

    6.統(tǒng)計學分析

    使用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。行為學測試結果用均數(shù)±標準差(±SD)表示。各組大鼠的機械痛閾值和視頻行為學采用雙因素重復測量方差分析(Two-way Repeated measurement, ANOVA)并對同一時間點進行組間比較,P< 0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。Western blot的結果用Image J進行灰度分析,灰度值用均數(shù)±標準差(±SD)表示。各組灰度值差異采用單因素方差分析后行Tukey法進行兩兩比較,P< 0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。使用Graph pad Prism進行作圖。

    結 果

    1.疼痛行為學測試結果

    ION-CCI組大鼠術側的機械痛閾值在術后第1、3、5天有短暫性的升高,第7天開始下降,于術后第14天降到最低。ION-CCI組大鼠術側的機械痛閾值與N組及S組大鼠比,在術后1、3、5、7、9、11、14天均有統(tǒng)計學差異(機械痛閾值中主體間效應檢驗F= 24.213、P< 0.001,交互效應F= 152.614、P< 0.001,術后第 1、3、5、7、9、11、14天F值分別為292.389、207.969、214.724、105、9.895、41.290、45.053,術后第9天P= 0.002其余P值均小于0.001);而N組及S組大鼠術側的機械痛閾值在術前術后波動不大,無統(tǒng)計學差異。

    ION-CCI組大鼠的抓臉次數(shù)在術后第1天急劇升高,第3、5、7天慢慢下降,第9天又逐漸升高持續(xù)至第14天;S組大鼠的抓臉次數(shù)在術后第1~5天出現(xiàn)一過性升高,7~14天無明顯差異,這符合大鼠術后早期急性疼痛的表現(xiàn)。N組大鼠的抓臉次數(shù)在術前術后無明顯改變。ION-CCI組大鼠與N組大鼠比,在術后第1、3、5、7、9、11、14天有統(tǒng)計學差異;與S組大鼠比,僅在術后第5、7、9、11、14天有統(tǒng)計學差異;且S組大鼠在術后第1、3天與N組大鼠比有統(tǒng)計學意義(抓臉次數(shù)中主體間效應檢驗F= 63.202、P< 0.001,交互效應F= 9.246、P< 0.001,術后第1、3、5、7、9、11、14天F值分 別 為 29.291、14.780、9.620、10.838、19.224、39.537、21.301,術后第5天P= 0.002,術后第7天P= 0.001其余P值均小于0.001,見圖1)。綜上所述,疏松結扎眶上神經(jīng)的ION-CCI組大鼠術側疼痛反應敏感性較另外兩組對照組明顯增加,可以判斷ION-CCI組大鼠造模成功。

    Gap26組大鼠術側的機械痛閾值及抓臉次數(shù)在術后前7天變化趨勢與ION-CCI組及NS1組一致,無統(tǒng)計學差異。進行注藥干預后,術后9~14天Gap26組大鼠的機械痛閾值不再下降,維持在一定水平,與ION-CCI組和NS1組存在明顯差異。而Gap26組大鼠的抓臉次數(shù)于術后第9天即給藥后第一天逐漸減少,第14天降到最低,ION-CCI組及NS1組大鼠抓臉次數(shù)逐漸增加至第14天。

    術后第9、11、14天Gap26組大鼠術側的機械痛閾值及抓臉次數(shù)與ION-CCI組及NS1組大鼠相比有統(tǒng)計學差異(機械痛閾值中主體間效應檢驗F= 26.322、P< 0.001,交互效應F= 15.222、P< 0.001,術后第9、11、14天F值分別為17.034、36.646、105.497,P值均小于0.001;抓臉次數(shù)中主體間效應檢驗F= 10.862、P= 0.001,交互效應F= 6.842、P< 0.001,術后第9、11、14天F值分別為3.910、18.588、22.194,術后第9天P= 0.043其余P值均小于0.001,見圖2)。綜上,Gap26組大鼠較其他兩組相比疼痛行為明顯減少,可以判斷Gap26能在一定程度上減輕大鼠的三叉神經(jīng)痛。

    圖1 N,S及ION-CCI組大鼠機械痛閾和抓臉次數(shù)的變化 (n = 6,±SD)(A)術后第9天,ION-CCI組大鼠術側機械痛閾值較N組及S組降低,**P < 0.01及 ###P < 0.001;術后第11、14天,ION-CCI組大鼠較N組及S組降低,***P < 0.001(B)術后第9、11、14天,ION-CCI組大鼠抓臉次數(shù)較N組及S組增加,***P < 0.001Fig.1 The changes of the mechanical pain threshold and face-grooming actions in N, S and ION-CCI groups (n = 6,±SD)(A) Compared with N and S groups, surgical side mechanical pain threshold of ION-CCI rats was signi ficantly reduced at the 9th day after operation, **P < 0.01and ###P < 0.001.Compared with N and S groups, surgical side mechanical pain threshold of ION-CCI rats was signi ficantly reduced at the 11th ,14th day after operation, ***P < 0.001.(B) Compared with N and S groups, face-grooming actions of ION-CCI rats were signi ficantly increased at the 9th,11th and 14th day after operation, ***P < 0.001.

    Cef組大鼠術側的機械痛閾值及抓臉次數(shù)在術后前7天變化趨勢與ION-CCI組及NS2組一致,無統(tǒng)計學差異。進行注藥干預后,術后9~14天Cef組大鼠的機械痛閾值不再下降,維持在一定水平,與ION-CCI組和NS2組存在明顯差異。而Cef組大鼠的抓臉次數(shù)于術后第9天即給藥后第一天逐漸減少,第14天降到最低,ION-CCI組及NS2組大鼠抓臉次數(shù)逐漸增加至第14天。

    術后第9、11、14天Cef組大鼠術側的機械痛閾值及抓臉次數(shù)與ION-CCI組及NS2組大鼠相比有統(tǒng)計學差異(機械痛閾值中主體間效應檢驗F= 54.848、P< 0.001,交互效應F= 23.312、P< 0.001,術后第9、11、14天F值分別為25.8、54.896、138.453,P值均小于0.001;抓臉次數(shù)中主體間效應檢驗F= 20.394、P< 0.001,交互效應F= 9.291、P< 0.001,術后第9、11、14天F值分別為9.215、28.098、30.454,術后第9天P= 0.002其余P值均小于0.001)(見圖3)。綜上,Cef組大鼠較其他兩組相比疼痛行為明顯減少,可以判斷Cef能在一定程度上減輕大鼠的三叉神經(jīng)痛。

    2.Western Blot結果

    術后第15天與N組及S組相比,ION-CCI組大鼠Cx43表達增加,GLT-1表達減少,差異有統(tǒng)計學意義且與其行為學變化相符(Cx43和GLT-1相對灰度的F值分別為10.98與21.01,P值分別為0.0012與< 0.001)。連續(xù)7天給予腹腔注射Cx43抑制劑Gap26后,Gap26組大鼠與ION-CCI組及NS1組相比,Cx43表達減少,同時伴有GLT-1表達增加,差異有統(tǒng)計學意義且疼痛行為減少(Cx43和GLT-1相對灰度的F值分別為4.311與15.62,P值分別為0.0332與< 0.001)。同樣,連續(xù)7天給予腹腔注射GLT-1激動劑頭孢曲松后,Cef組大鼠與ION-CCI組及NS2組相比,GLT-1表達增加,差異有統(tǒng)計學意義且與疼痛行為減少,但Cx43表達無統(tǒng)計學差異(Cx43和GLT-1相對灰度的F值分別為0.9607與33.83,P值分別為0.4049與< 0.001,見圖4、圖5)。

    圖2 ION-CCI、NS1及Gap26組大鼠機械痛閾和抓臉次數(shù)的變化 (n = 6,±SD)(A)術后第9天,Gap26組大鼠術側機械痛閾值較NS1與ION-CCI組增加,##P < 0.01及***P < 0.001;術后第11、14天Gap26組大鼠術側機械痛閾值較ION-CCI及NS1組增加,***P < 0.001(B)術后第9天,Gap26組大鼠抓臉次數(shù)較ION-CCI組及NS1組減少,*P < 0.05,術后第11、14天Gap26組大鼠抓臉次數(shù)與ION-CCI組及NS1組減少,***P < 0.001Fig.2 The changes of the mechanical pain threshold and face-grooming actions in ION-CCI, NS1 and Gap26 groups (n = 6,±SD)(A) Compared with ION-CCI and NS1 groups, surgical side mechanical pain threshold of Gap26 rats was signi ficantly increased at the 9th day after operation, ##P < 0.01 and ***P < 0.001.Compared with ION-CCI and NS1 groups, surgical side mechanical pain threshold of Gap26 rats was signi ficantly increased at the 11th ,14th day after operation, ***P < 0.001.(B) Compared with ION-CCI and NS1 groups, Gap26 rats’ face-grooming actions were statistically reduced at the 9th day after operation, *P < 0.05.Compared with ION-CCI and NS1 groups, Gap26 rats' face-grooming actions were statistically reduced at the 11th ,14th day after operation, ***P < 0.001.

    圖3 ION-CCI、NS2及Cef組大鼠機械痛閾和抓臉次數(shù)的變化(n = 6,±SD)(A) 術后第9、11、14天,Cef組大鼠術側機械痛閾值較ION-CCI組及NS2組比增加,***P < 0.001(B)術后第9、11、14天,Gap26組大鼠抓臉次數(shù)較ION-CCI組及NS2組比減少,***P < 0.001Fig.3 The changes of the mechanical pain threshold and face-grooming actions in ION-CCI, NS2 and Cef groups (n = 6,±SD)(A) Compared with ION-CCI and NS2 groups, surgical side mechanical pain threshold of Cef rats was signi ficantly increased at the 9th, 11th, 14th day after operation , ***P < 0.001.(B) Compared with ION-CCI and NS2 groups, Cef rats' face-grooming actions were statistically reduced at the 9th,11th, 14th day after operation, ***P < 0.001.

    討 論

    三叉神經(jīng)痛的發(fā)病機制目前仍不清楚,目前多數(shù)認為三叉神經(jīng)根尤其是鄰近腦橋的后根部分受到機械壓迫(如周圍微血管)是其主因。臨床上大多數(shù)病人存在此現(xiàn)象,且運用微血管減壓術解除壓迫可以有效地緩解疼痛,這說明三叉神經(jīng)痛和神經(jīng)受壓存有一定的關聯(lián)。故選擇ION-CCI模型模擬臨床三叉神經(jīng)痛。本研究發(fā)現(xiàn),結扎神經(jīng)的大鼠在術后1~5 d出現(xiàn)痛閾值顯著增高(> 26 g),可能的原因是結扎后阻礙了神經(jīng)信號傳入通路的通暢。有學者[12]對坐骨神經(jīng)進行結扎后發(fā)現(xiàn)術后早期(1~3 d),Aβ和Aδ纖維嚴重受影響,神經(jīng)沖動不能通過結扎處傳導的軸突占90%。從術后第9天開始在眶下神經(jīng)所支配的面部區(qū)域出現(xiàn)機械性疼痛過敏,術后第14天達高峰,這與Vos[11]等所報道的結果基本一致。

    圖4 各組術側三叉神經(jīng)脊束核Cx43及GLT-1蛋白的表達Fig.4 The expression of Cx43 and GLT-1 protein of spinal trigeminal nucleus in each group

    圖5 不同組別術側三叉神經(jīng)脊束核Cx43及GLT-1蛋白表達的差異(n = 6,±SD)(A) ION-CCI組大鼠與N組及S組比,Cx43表達明顯增加,**P < 0.01,GLT-1表達明顯減少,***P < 0.001(B) Gap26組大鼠與ION-CCI組比,Cx43表達明顯減少,*P < 0.05, GLT-1表達增加,***P < 0.001,與NS1組比,Cx43表達明顯減少,###P < 0.001, GLT-1表達增加,##P < 0.01(C) Cef組大鼠與ION-CCI組及NS2組比,GLT-1表達明顯增加, ***P < 0.001,而Cx43表達無統(tǒng)計學差異。Fig.5 The protein expression of Cx43 and GLT-1 in spinal trigeminal nucleus of surgery side in different groups (n = 6,±SD)(A) Compared with N and S, the expression of Cx43 in ION-CCI group was significantly increased, **P < 0.01, and GLT-1' s expression was signi ficantly reduced, ***P < 0.001.(B) Compared with ION-CCI, the expression of Cx43 in Gap26 group was signi ficantly reduced, *P < 0.05, and GLT-1' s expression was signi ficantly increased, ***P < 0.001.Compared with NS1, the expression of Cx43 in Gap26 group was signi ficantly reduced, ###P < 0.001, and GLT-1' s expression was signi ficantly increased, ##P < 0.01.(C) Compared with ION-CCI and NS2, the expression of GLT-1 in Cef group was signi ficantly increased,***P < 0.001, but there were no differences with Cx43' s expression among the three groups.

    本研究顯示:應用Cx43阻滯劑Gap26組大鼠與ION-CCI/NS1組大鼠相比,Cx43表達明顯減少且伴有GLT-1表達明顯上調;而應用GLT-1激動劑頭孢曲松(Cef)組大鼠與ION-CCI/NS2組大鼠相比,GLT-1表達明顯上調,而Cx43表達無明顯改變。這表明Cx43能夠影響大鼠體內GLT-1的表達,并導致相應的行為學變化,是Cx43通過調控GLT-1表達參與了三叉神經(jīng)痛大鼠疼痛行為學變化,這與近年的相關研究發(fā)現(xiàn)相似。如Cx43可以通過影響膜通道和轉運體的表達對離子和神經(jīng)遞質的穩(wěn)態(tài)起到調節(jié)作用[13]。Liqian Sun等人報道[14]星形膠質細胞內的磷酸化Cx43可以導致GLT-1表達的下調,運用了縫隙連接阻斷劑CBX(甘珀酸)可以增加GLT-1的表達。Ning Shen等[15]報道Cx43被Gap26阻滯時,會引起GLT-1的表達增加。頭孢曲松(Ceftriaxone, Cef)是一種β-內酰胺類抗生素,除有抗菌作用外還可激活GLT-1的表達及活性,進而阻斷興奮性神經(jīng)毒性而發(fā)揮神經(jīng)保護作用[16]。Pottabathini R等人已經(jīng)在動物實驗中證實Cef可以減輕慢性神經(jīng)病理性疼痛[17]。分析本研究中,用Cx43阻滯劑Gap26減少Cx43的表達后GLT-1表達增加,導致對谷氨酸的攝取增加,大量積聚在突觸間隙的谷氨酸被轉運或重吸收,使神經(jīng)元過度興奮性下降,從而減輕了三叉神經(jīng)痛大鼠的疼痛行為學表現(xiàn)。

    本研究顯示:三叉神經(jīng)脊束核Cx43可能通過調控GLT-1的表達來參與三叉神經(jīng)痛大鼠疼痛行為的變化,這將為進一步探討三叉神經(jīng)痛的發(fā)病機制奠定基礎。

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