采用誘導性多潛能干細胞(iPSC)研究疼痛個體差異的機制

慢性痛嚴重危害人類健康。臨床資料發(fā)現(xiàn)，即使接受同樣的痛刺激，病人對疼痛的評估存在明顯的個體差異。疼痛的個體差異，目前還缺乏實驗室模型，其機制也不甚清楚。遺傳性紅斑肢痛(IEM)是一種常染色體顯性疾病，遠端肢體給予溫熱刺激，病人會出現(xiàn)劇烈的燒灼痛。研究發(fā)現(xiàn)，IEM的分子機制是：外周感覺神經(jīng)系統(tǒng)的電壓門控NaV1.7通道出現(xiàn)功能獲得型突變(gain-of-function)，從而導致背根神經(jīng)節(jié)(DRG)的神經(jīng)元興奮性增加。臨床發(fā)現(xiàn)一個意思的現(xiàn)象，即使病人攜帶相同的NaV1.7通道突變，疼痛程度也存在差異。其原因是什么呢？這也是研究者想要回答的問題。方法：研究者選擇一個獨特的家系：母親和兒子均攜帶NaV1.7-S241T的功能獲得型突變，并均有慢性痛。與母親相比，兒子的疼痛程度更厲害，表現(xiàn)為疼痛次數(shù)多、持續(xù)時間長和晚上疼醒的次數(shù)多。父親無此突變，也無明顯疼痛。結(jié)果：（1）采集母親、兒子和父親的外周血，將誘導性多潛能干細胞(iPSC)分化成外周感覺神經(jīng)元(iPSC-SN)。（2）采用微電極陣列(MEA)，記錄不同溫度下（33℃、37℃和40℃）iPSC-SN的興奮性。母親和兒子的iPSC-SN細胞呈現(xiàn)溫度依賴性地興奮性增加，父親的iPSC-SN細胞無此反應。更有意思的是，雖然母親和兒子的iPSC-SN均攜帶NaV1.7-S241T的功能獲得型突變，但是二者的興奮性存在明顯差異。與母親（疼痛程度低）的iPSC-SN相比，兒子（疼痛程度高）的iPSC-SN興奮性明顯增加。進一步的分析發(fā)現(xiàn)，三組iPSC-SN靜息膜電位(RMP)存在差異（兒子約-54 Mv、母親約-58 Mv、父親約-61 Mv）。（3）采用全外顯子組測序(WES)及分析發(fā)現(xiàn)：與神經(jīng)元興奮性相關的KCNQ2基因（編碼KV7.2通道）存在變異。 在母親存在KV7.2-T730A的功能獲得型突變，但兒子無此突變。KV7.2-T730A的功能獲得型突變，會降低母親細胞的興奮性。結(jié)論：通過體外建立病人iPSC-SN細胞模型，結(jié)合WES和電生理技術，可以培養(yǎng)皿里(disease-in-a-dish)研究疼痛個體差異的分子機制。