Tiam1 協(xié)調(diào)突觸結(jié)構(gòu)和功能可塑性是神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病基礎

一、背景

神經(jīng)病理性疼痛是一種因神經(jīng)損傷或疾病導致軀體感覺傷害環(huán)路病理性興奮過度引起的慢性疼痛，并對生活質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。目前神經(jīng)病理性疼痛的治療方案主要集中在癥狀抑制方面，由于對癥治療的低療效和不良反應在臨床使用中受到限制。因此，目前疼痛研究的一個主要挑戰(zhàn)是闡明神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機制，并利用這些機制來制訂有效的鎮(zhèn)痛策略，以實現(xiàn)持久的疼痛治療。

盡管有多種病理誘因（如神經(jīng)損傷、糖尿病和化療藥物），但神經(jīng)病理性疼痛一般都是由脊髓背角突觸功能和結(jié)構(gòu)可塑性異常引起的中樞致敏而導致的痛覺超敏。神經(jīng)病理性疼痛的功能可塑性涉及脊髓背角神經(jīng)元突觸抑制的減弱和突觸興奮的增加。在結(jié)構(gòu)上，樹突棘（興奮性突觸的主要突觸后部位）大小和密度的增加，已在各種神經(jīng)性病理疼痛模型被報道，并解釋了神經(jīng)病理性疼痛發(fā)病時間長的特點。然而，持續(xù)傷害性信號如何驅(qū)動脊髓背角突觸可塑性的機制，以及在神經(jīng)病理性疼痛發(fā)展過程中突觸結(jié)構(gòu)和功能可塑性如何協(xié)調(diào)的機制尚不清楚。

在神經(jīng)元中，Rho 家族GTP 酶1 (Rho-family small GTPase 1, Rac1) 通常促進肌動蛋白聚合，從而驅(qū)動樹突棘的形成、生長和穩(wěn)定，而RhoA 誘導放線酶肌球蛋白收縮，導致樹突棘收縮和丟失。Rho GTP 酶通過在活性GTP 結(jié)合和非活性GDP 結(jié)合形式之間循環(huán)發(fā)揮作用，其激活狀態(tài)與下游信號傳導受到鳥嘌呤核苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange factors, GEFs，激活劑）和GTP 酶激活蛋白（GTPase activating proteins, GAPs，抑制劑）的嚴格控制。本文作者之前發(fā)現(xiàn)多功能的Rac1-GEF Tiam1 是海馬神經(jīng)元中Rac1 依賴性樹突棘和興奮性突觸發(fā)育的關鍵調(diào)節(jié)因子。Tiam1 被募集到活化的N-甲基-D-天冬氨酸型谷氨酸受體(N-methyl-D-aspartatetype glutamate receptors, NMDARs)，原肌球蛋白受體激酶B (tropomyosin receptor kinase B, TrkB) 和產(chǎn)生紅細胞生成素的肝細胞癌(erythropoietin-producing hepatocellular carcinoma B, EphB)受體酪氨酸激酶上，在此Tiam1 誘導局部Rac1 激活和肌動蛋白聚合，導致樹突棘重塑。值得注意的是，這三種突觸受體均在脊髓背角表達并與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生有關。此外，一項對1708 對同卵和異卵高加索雙胞胎的全表觀基因組關聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，Tiam1 與廣泛的慢性疼痛顯著相關。本文證據(jù)表明，Tiam1 通過重組肌動蛋白細胞骨架和穩(wěn)定脊髓背角神經(jīng)元突觸NMDAR，從而調(diào)節(jié)持續(xù)傷害性活動誘導的結(jié)構(gòu)和功能可塑性，這兩者共同支撐神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機制。此外，本文作者開發(fā)了一種針對脊髓Tiam1 的反義寡核苷酸(antisense oligonucleotide,ASO)，用于治療神經(jīng)病理性疼痛。

二、結(jié)果

1.神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生需要Tiam1 被激活

為了確定Tiam1 在神經(jīng)病理性疼痛中的作用，該研究首先建立了小鼠坐骨神經(jīng)分支選擇性結(jié)扎(spared nerve injury, SNI)模型，探究小鼠脊髓背角中的Tiam1 是否被激活。給予Rac1G15A 蛋白（一種無鳥嘌呤的Rac1 形式，可以與活化的GEF 結(jié)合）添加谷胱甘肽S 移換酶標簽，隨后通過親和沉淀分離出與Rac1G15A 結(jié)合的蛋白，并檢測其中Tiam1 的含量。實驗結(jié)果表明，造模3 周后SNI小鼠脊髓背角中，盡管總的Tiam1 表達量不變，但Rac1G15A 結(jié)合的Tiam1 顯著高于假手術(shù)組，據(jù)此可以證明神經(jīng)病理性疼痛小鼠的脊髓背角中Tiam1被激活。

接下來，培育了Tiam1 基因全身敲除小鼠以進一步探究Tiam1 在神經(jīng)病理性疼痛中的功能。培育的Tiam1 基因敲除小鼠脊髓和背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglion, DRG)中均未檢測到Tiam1 的表達，且神經(jīng)系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)育正常，可存活與生育，同時行為學研究發(fā)現(xiàn)其與野生型小鼠在運動功能和疼痛敏感性（包括機械痛與熱痛）方面均無顯著性差異。對Tiam1 基因敲除小鼠和野生型小鼠進行SNI手術(shù)，并進行一系列的行為學測試發(fā)現(xiàn)，SNI 手術(shù)導致野生型小鼠對于非傷害性機械刺激（vonFrey 試驗）、傷害性機械刺激（針刺試驗）以及低溫刺激（丙酮蒸發(fā)試驗）都變得更為敏感，而Tiam1 基因敲除小鼠在手術(shù)后對這些刺激的敏感性無顯著改變。為了避免反射性疼痛行為的干擾，設計并實施了機械性沖突避免試驗(mechanical conflict-avoidance, MCA)來評估Tiam1 對于非反射性疼痛行為的影響。小鼠被安置在一個明亮的隔間中，并可以自由經(jīng)過一條設有傷害性探針的通道進入另一個陰暗的隔間，對于機械性疼痛敏感的小鼠則需要更長的潛伏期才會由其厭惡的明亮環(huán)境逃避到其喜好的陰暗環(huán)境。在進行SNI 手術(shù)前，野生型小鼠和Tiam1 基因敲除小鼠的逃避潛伏期無顯著差異。但手術(shù)后野生型小鼠從明亮隔間的逃避潛伏期顯著增加，而Tiam1基因敲除小鼠的逃避潛伏期并無顯著改變，這表明Tiam1 基因的缺失也阻止了非反射性疼痛行為的發(fā)展。此外，在另一種周圍神經(jīng)損傷誘導的神經(jīng)病理性疼痛模型—坐骨神經(jīng)慢性壓迫損傷(chronic constriction injury, CCI)模型中也觀察到類似的現(xiàn)象，即敲除Tiam1 基因可以阻止機械痛閾值和熱痛閾值的降低。這些數(shù)據(jù)表明，Tiam1 在周圍神經(jīng)損傷引起的神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病中起重要作用。

除了周圍神經(jīng)損傷誘導的神經(jīng)病理性疼痛外，在化學治療誘導的周圍神經(jīng)病變模型和鏈脲霉素(streptozotocin, STZ)誘導的糖尿病周圍神經(jīng)病變模型中再次驗證了Tiam1 的作用，以證明Tiam1 的作用在不同類型神經(jīng)病理性疼痛中的普適性。經(jīng)過紫杉醇（每日2 mg/kg 腹腔注射，連續(xù)5 天）或STZ（150 mg/kg 腹腔注射，單次給藥）處理的野生型小鼠對非傷害性的vonFrey 纖維刺激表現(xiàn)出明顯的超敏反應，同時，增加了丙酮蒸發(fā)引起的抬爪次數(shù)和針刺刺激引起的縮爪持續(xù)時間。與前面的結(jié)論一致，在敲除Tiam1 后，紫杉醇或STZ 并未引起小鼠這些行為學指標的改變，結(jié)果表明，Tiam1 也是化療或糖尿病引起的神經(jīng)病理性疼痛所必需的因素之一。

2.脊髓背角神經(jīng)元中表達的Tiam1 對神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生至關重要，而不是DRG 和興奮性前腦神經(jīng)元

眾所周知，慢性神經(jīng)病理性疼痛是由外周、脊髓和腦傷害性感覺回路的不良變化介導的。該研究首先通過將Tiam1 基因敲除小鼠與Advillin-Cre 驅(qū)動系小鼠雜交，從而特異性地敲除DRG 神經(jīng)元中的Tiam1 基因，并測試傷害感受器中Tiam1 的基因缺失是否會影響神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。研究結(jié)果顯示，無論是SNI 手術(shù)，亦或是紫杉醇和STZ 處理的Advillin-Tiam1 條件性敲除小鼠，其機械性痛敏和溫覺痛敏反應均與對照組無差異。這些數(shù)據(jù)表明，Tiam1 在DRG 神經(jīng)元中的表達對于慢性神經(jīng)病理性疼痛是非必要的。

現(xiàn)有文獻報道，Tiam1 可以調(diào)節(jié)海馬興奮性突觸發(fā)育和脊柱形態(tài)發(fā)育，接下來將Tiam1 基因敲除小鼠與CaMKIIa-Cre 轉(zhuǎn)基因小鼠雜交，從而特異性地敲除前腦興奮性神經(jīng)元中的Tiam1 基因。與DRG神經(jīng)元條件性敲除Tiam1 的結(jié)果類似，前腦興奮性神經(jīng)元條件性敲除Tiam1 并不會影響小鼠對機械痛與熱痛的敏感性。

最后，為了研究脊髓背角Tiam1 在神經(jīng)病理性疼痛發(fā)展中的作用，向Tiam1 基因敲除小鼠脊髓背角顯微注射攜帶有Cre-GFP 的重組腺相關病毒(rAAV8-hSyn-Cre-GFP)，并添加神經(jīng)元特異性啟動子人突觸蛋白(hSyn) 以選擇性地調(diào)控神經(jīng)元中Tiam1 地表達。注射rAAV8-hSyn-Cre-GFP 導致脊髓背角Tiam1 水平降低約60%，且不影響小鼠基礎痛閾值。然而，在SNI 手術(shù)后，與對照組小鼠相比，脊髓背角Tiam1 缺失的小鼠在機械刺激和低溫刺激下出現(xiàn)的疼痛超敏反應明顯減少。此外，脊髓背角神經(jīng)元中Tiam1 的缺失阻止了化療和糖尿病誘導的周圍神經(jīng)病變的發(fā)展。這些結(jié)果表明，Tiam1 在脊髓背角神經(jīng)元中的表達是神經(jīng)病理性疼痛發(fā)展所必需的。

3.在興奮性神經(jīng)元而非抑制性神經(jīng)元中表達的Tiam1 是神經(jīng)病理性疼痛發(fā)展所必需的

既往的研究表明，所有脊髓背角神經(jīng)元均表達囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運體(vesicular glutamate transporter,vGluT2)或囊泡γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運體 (vesicular γ-aminobutyric acid transporter, vGat)，分別是谷氨酸能興奮性中間神經(jīng)元或GABA 能抑制性中間神經(jīng)元的標記物。為了研究Tiam1 在哪些細胞類型中起調(diào)節(jié)神經(jīng)病理性疼痛的作用，該研究分別通過將Tiam1 敲除小鼠與vGluT2-Cre 系小鼠或vGat-Cre 系小鼠雜交，從而選擇性地在興奮性或抑制性神經(jīng)元中刪除Tiam1。在反射性疼痛實驗和非反射性疼痛實驗中，SNI 均未引起vGluT2-Tiam1 條件性敲除小鼠的疼痛超敏反應，但vGat-Tiam1 條件性敲除小鼠表現(xiàn)出了神經(jīng)病理性疼痛超敏反應。這些數(shù)據(jù)表明，興奮性神經(jīng)元中的Tiam1 表達決定了神經(jīng)性疼痛的發(fā)展。

4.Tiam1 介導神經(jīng)病理性疼痛的突觸結(jié)構(gòu)可塑性

該研究前面的研究結(jié)果表明，脊髓背角興奮性神經(jīng)元中的Tiam1 信號是發(fā)生神經(jīng)病理性疼痛所必需的，因此進一步研究了Tiam1 促進神經(jīng)病理性疼痛的潛在機制。Tiam1 通過調(diào)節(jié)肌動蛋白動力學功能從而調(diào)節(jié)大腦發(fā)育過程中的樹突棘重塑。樹突棘通常存在于脊髓中間神經(jīng)元上，用來接收信號輸入，占興奮性突觸連接的90%以上。新的證據(jù)表明，脊髓損傷、周圍神經(jīng)損傷、糖尿病周圍神經(jīng)病變以及創(chuàng)傷性燒傷等因素引起的神經(jīng)病理性疼痛中的傷害性信號異常興奮都與脊髓背角神經(jīng)元樹突棘發(fā)育不良有關，于是接下來研究了Tiam1 是否在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)展過程中調(diào)節(jié)樹突棘重塑。

為了可視化神經(jīng)元形態(tài)，在野生型和Tiam1敲除小鼠脊髓背角內(nèi)注射了表達GFP 的腺相關病毒(rAAV8-hSyn-GFP)以標記神經(jīng)元。注射病毒2周后，對小鼠進行假手術(shù)或SNI 手術(shù)，并在術(shù)后3周，對小鼠進行灌注和切片。采用高分辨率共聚焦成像技術(shù)分析脊髓背角表達GFP 的廣動力閾(wide dynamic range, WDR)神經(jīng)元上的樹突棘。與先前的研究結(jié)果一致，神經(jīng)損傷增加了野生型小鼠WDR神經(jīng)元上樹突棘的密度。肌動蛋白聚合反應是樹突棘重塑的驅(qū)動力。肌動蛋白以兩種形式存在：一種是單體球狀肌動蛋白(G-actin)，另一種是聚合絲狀肌動蛋白(F-actin)。F-actin 與G-actin 的比值反映了肌動蛋白聚合與解聚之間的平衡。在野生型小鼠中，SNI 手術(shù)增加了脊髓背角中F-actin 與G-actin 的比值，說明其聚合能力增加，與神經(jīng)損傷誘導樹突狀脊棘的結(jié)論一致。

與野生型小鼠相比，Tiam1 敲除小鼠的神經(jīng)損傷沒有改變表達GFP 的WDR 神經(jīng)元上樹突棘的密度，也沒有改變脊髓背角中F-actin與G-actin的比值。同樣，Tiam1 缺失也減弱了紫杉醇和STZ 誘導的脊髓背角肌動蛋白聚合現(xiàn)象。此外，與野生型的假手術(shù)小鼠相比，敲除Tiam1 的假手術(shù)小鼠脊髓背角神經(jīng)元的樹突棘密度略有降低。有文獻報道稱Tiam1是通過影響海馬樹突棘或突觸的發(fā)育從而發(fā)揮作用的，那是否有可能在脊髓中也是通過類似的方式而非通過調(diào)控樹突棘重塑發(fā)揮作用的呢？為了解答這個問題，該研究在成年小鼠中敲除或抑制Tiam1 表達觀察到的行為學數(shù)據(jù)與繁育的Tiam1 基因敲除小鼠的行為學表現(xiàn)高度一致，因此可以排除Tiam1 對發(fā)育的影響涉及其在神經(jīng)病理性疼痛中的作用。這些結(jié)果表明，Tiam1 調(diào)節(jié)神經(jīng)病理性疼痛脊髓背角神經(jīng)元突觸結(jié)構(gòu)的可塑性從而影響痛行為。

5.Tiam1 調(diào)控神經(jīng)病理性疼痛中突觸功能的可塑性

突觸離子型谷氨酸受體NMDAR 介導的脊髓背角中樞致敏在神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)展中起關鍵作用。由于Tiam1 的缺失減弱了神經(jīng)損傷引起的肌動蛋白聚合，而肌動蛋白聚合促進了突觸NMDAR的活性，接下來研究了這些NMDAR 的變化是否與Tiam1 相關。與先前的報道一致，發(fā)現(xiàn)在野生型小鼠中，SNI 手術(shù)顯著增加了突觸中NMDAR 亞基GluN1 和GluN2B 的表達水平，而對其他離子型谷氨酸受體表達沒有影響。相比之下，神經(jīng)損傷并未改變Tiam1 敲除小鼠突觸中NMDAR 亞基的表達水平。電生理記錄顯示，SNI 顯著提高了野生型小鼠脊髓背角神經(jīng)元中NMDA 電流的振幅，而該現(xiàn)象在Tiam1 敲除小鼠中被消除。這些發(fā)現(xiàn)表明，Tiam1 對神經(jīng)病理性疼痛模型脊髓背角神經(jīng)元突觸中NMDAR 的活性增加至關重要。

6.Tiam1 介導的神經(jīng)病理性疼痛依賴于Rac1

Tiam1 作為GEF 可以激活參與疼痛的小GTP酶 Rac1。為了確定Tiam1 介導的神經(jīng)病理性疼痛是否依賴于Rac1 信號，在Tiam1 敲除小鼠脊髓背角內(nèi)注射腺病毒以表達一個可持續(xù)激活的Rac1 突變體。在接受SNI 手術(shù)的Tiam1 敲除小鼠的脊髓背角中，表達Rac1 突變體可以使小鼠重新表現(xiàn)出反射性與非反射性的超敏反應。電生理記錄還顯示，在造模的Tiam1 敲除小鼠中，脊髓背角的Rac 突變體的表達恢復了被破壞的突觸NMDAR 活性。這些數(shù)據(jù)表明，Tiam1 介導的脊髓背角神經(jīng)病理性疼痛表型依賴于Rac1 的信號傳導。

7.Tiam1-Rac1 信號對于神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生、轉(zhuǎn)變和維持至關重要

盡管該研究已經(jīng)證實了Tiam1 介導的神經(jīng)病理性疼痛依賴于Tiam1-Rac1 信號傳導，但Tiam1-Rac1 信號傳導在慢性神經(jīng)病理性疼痛不同階段的確切作用尚不清楚。為了直接評估Tiam1-Rac1 信號在神經(jīng)病理性疼痛起始階段中的作用，注射了可以防止Rac1 被Tiam1 激活的小分子抑制劑NSC23766（5 mg/kg 腹腔注射，連續(xù)4 天），并測試痛行為。結(jié)果表明，NSC23766 完全消除了SNI 引起的持續(xù)性機械性異常疼痛，表明Tiam1-Rac1 信號是神經(jīng)病理性疼痛起始階段所必需的。

SNI 模型中神經(jīng)病變引起的痛覺超敏反應在周圍神經(jīng)損傷后的前3 天逐漸發(fā)展，3 周后完全建立為慢性疼痛狀態(tài)。接下來驗證了神經(jīng)病理性疼痛的維持是否也需要Tiam1-Rac1 信號傳導。在神經(jīng)病理性疼痛的過渡期和維持期，即SNI 手術(shù)后3 天和3 周左右，分別用NSC23766 治療SNI 小鼠，并測量疼痛行為。結(jié)果表明，從SNI 后第4 天開始連續(xù)注射NSC23766 共4 天可以阻止從急性神經(jīng)病理性疼痛向慢性神經(jīng)病理性疼痛的轉(zhuǎn)變，從SNI 后第22天開始連續(xù)注射NSC23766 共4 天逆轉(zhuǎn)了已建立的神經(jīng)病理性疼痛。作為對照，NSC23766 并沒有影響假手術(shù)小鼠的疼痛行為。有報道稱NSC23766 介導的Rac1 抑制導致了肌萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS)模型中的運動神經(jīng)元死亡，因此該研究測量了NSC23766治療小鼠脊髓前角中凋亡標志物的活性，但并未發(fā)現(xiàn)其活性差異。同樣，也沒有在Tiam1 敲除小鼠中檢測到任何細胞死亡或運動缺陷的現(xiàn)象。但發(fā)現(xiàn)NSC23766 減弱了SNI 誘導的肌動蛋白聚合，逆轉(zhuǎn)了突觸中NMDAR 亞基GluN1 和GluN2B 表達水平的升高，并減小了脊髓背角NMDA電流的幅度。綜上所述，Tiam1-Rac1 信號通過調(diào)控突觸可塑性，對神經(jīng)病理性疼痛的開始、轉(zhuǎn)變和維持起重要作用。

8.靶向脊髓Tiam1 的反義寡核苷酸可以減輕神經(jīng)病理性疼痛

上述研究結(jié)果表明，Tiam1 是一個治療神經(jīng)病理性疼痛的潛在藥物靶點。反義寡核苷酸ASO 是一類短的、合成的單鏈寡核苷酸，可以通過調(diào)節(jié)mRNA 的加工或降解來改變靶蛋白的表達。為了確定是否可以通過局部敲低Tiam1 來治療神經(jīng)病理性疼痛，共設計了5 個針對大鼠Tiam1 mRNA 不同位點的ASOs，用來敲低大鼠Tiam1。由于大鼠體型較大，便于鞘內(nèi)注射，并且具有比小鼠更復雜的認知能力和行為能力，因此后續(xù)采用了大鼠模型進行Tiam1 ASOs 的功能驗證。培養(yǎng)大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元，并通過轉(zhuǎn)染Tiam1 ASOs 篩選出敲低效果最顯著的藥物—ASO-1，其蛋白水平降低了約75%。由于單次的中樞藥物注射已被證明可以長時間影響脊髓的活動，因此給予大鼠單次鞘內(nèi)注射ASO-1 或其對照藥物，以驗證ASO-1 在體內(nèi)的抑制效果。在鞘內(nèi)注射100 mg ASO-1 2 周后，發(fā)現(xiàn)ASO-1 導致脊髓背角Tiam1 蛋白水平降低約50%。為了測試ASO-1治療是否減輕了大鼠神經(jīng)病理性疼痛模型的超敏反應，在SNI 手術(shù)后第3 周鞘內(nèi)注射ASO-1 或?qū)φ誂SO。對照ASO 不影響SNI 大鼠的機械痛閾值或熱痛閾值，而ASO-1 可以顯著減輕SNI 誘導的大鼠疼痛超敏反應，且這種作用可以持續(xù)2 周。相比之下，ASO-1 和對照ASO 治療均未影響假手術(shù)大鼠的基礎痛閾值。這些數(shù)據(jù)表明，ASO 可以靶向脊髓Tiam1 從而減輕神經(jīng)病理性疼痛超敏反應。

三、討論

Rac1-GEF Tiam1 是調(diào)節(jié)樹突棘和突觸發(fā)育的關鍵因子，其在腦發(fā)育期間將突觸NMDAR、TrkB和EphB 受體與海馬神經(jīng)元中的Rac1 活化和細胞骨架重構(gòu)相聯(lián)系。該研究發(fā)現(xiàn)Tiam1-Rac1 信號傳導對于神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)展和維持也是必不可少的，其通過脊髓背角中的興奮性神經(jīng)元的細胞骨架重構(gòu)和突觸NMDAR 穩(wěn)定化來協(xié)調(diào)突觸結(jié)構(gòu)和功能可塑性。此外，還發(fā)現(xiàn)針對脊髓Tiam1 應用特異性的ASO 是一種可以有效緩解神經(jīng)病理性疼痛超敏反應的策略。因此，該研究揭示了引發(fā)、傳遞和維持神經(jīng)病理性疼痛的病理生理機制，并確定了一個有希望治療神經(jīng)病理性疼痛的藥物靶點。

脊髓背角痛覺回路中的突觸可塑性異常是慢性疼痛發(fā)展的關鍵機制。痛覺信號網(wǎng)絡的功能改變伴隨著骨架重構(gòu)和突觸、細胞和回路的重組，這種結(jié)構(gòu)可塑性可能解釋了慢性疼痛的長期性質(zhì)。特別是樹突棘重塑，提供了一種基于結(jié)構(gòu)的機制來解釋了突觸功能的長期改變和維持。多種信號傳導途徑調(diào)節(jié)樹突棘的形成和結(jié)構(gòu)，通常是通過調(diào)節(jié)潛在的細胞骨架重構(gòu)。在幾種神經(jīng)病理性疼痛的動物模型中，已有研究報道淺層脊髓中樹突棘密度的增加是由Rac1 信號介導的。該研究發(fā)現(xiàn)，為了響應各種形式的神經(jīng)損傷，Rac1-GEF Tiam1 信號誘導脊髓背角的肌動蛋白聚合，F(xiàn)-肌動蛋白相對于G-肌動蛋白的比例增加，并驅(qū)動樹突棘生長。出乎意料的是，Tiam1 還控制突觸NMDAR 水平，但不控制TrkB 或EphB 受體，從而調(diào)節(jié)NMDAR 介導的突觸傳遞。鑒于肌動蛋白除了調(diào)節(jié)樹突棘結(jié)構(gòu)之外還充當突觸蛋白的支架，因此除了樹突棘形態(tài)發(fā)育之外，Tiam1 誘導的肌動蛋白聚合還可能促進突觸NMDAR 活性和穩(wěn)定性。該研究確定了Tiam1 是神經(jīng)病理性疼痛發(fā)病過程中的重要參與者，其協(xié)調(diào)細胞骨架重構(gòu)動力學、樹突棘形態(tài)發(fā)育和脊髓背角興奮性神經(jīng)元中響應神經(jīng)損傷的突觸受體功能。

Tiam1 通過調(diào)節(jié)脊髓背角神經(jīng)元突觸，傳遞傷害性刺激信號，并引起神經(jīng)病理性疼痛超敏反應。Tiam1 作為一種將突觸受體與Rac1 信號相偶聯(lián)的蛋白，在脊髓、發(fā)育中的腦和成人腦中都有高表達。在大腦發(fā)育過程中，Tiam1 被招募并激活突觸的NMDAR、TrkB 和EphB 受體，導致其磷酸化激活，使Tiam1 能夠誘導局部的Rac1 信號和細胞骨架重構(gòu)，從而驅(qū)動樹突棘的發(fā)育。在神經(jīng)病理性疼痛的背景下，傷害性活動激活突觸NMDAR、TrkB 和EphB 受體。在脊髓背角中，Tiam1 可能作為一個匯聚點整合多種信號輸入，通過激活這些下游的受體發(fā)揮作用，促進脊髓背角神經(jīng)元中高Rac1 依賴性的突觸結(jié)構(gòu)和功能的可塑性異常，導致疼痛超敏和神經(jīng)病理性疼痛的長期維持。這個過程中，除了TrkB 和EphB 受體偶聯(lián)的酪氨酸激酶上的酪氨酸被磷酸化之外，Tiam1 的絲氨酸和蘇氨酸也被磷酸化，并在谷氨酸刺激的NMDARs 引起Ca2+內(nèi)流后被激活。值得注意的是，Tiam1 最近被證明與CaMKIIα形成相互激活的信號復合體 (reciprocally activating signaling complex, RAKEC)，該復合體穩(wěn)定地激活CaMKIIα 和Rac1 并維持樹突棘形態(tài)的擴大。Tiam1也可能在突觸可塑性的痛覺信號依賴性調(diào)節(jié)中起放大信號的作用。由于Tiam1 是一種酶，可能只需要少量的Tiam1 分子就可以激活多個Rac1 分子，這將導致細胞骨架重構(gòu)增強。由于Tiam1 同時控制樹突棘密度和突觸功能，它可能在協(xié)調(diào)依賴痛覺信號的突觸結(jié)構(gòu)和功能可塑性中起到關鍵作用。

該研究結(jié)果表明，Tiam1 介導了脊髓背角突觸的可塑性，這是神經(jīng)病理性疼痛的病理生理基礎，提示靶向Tiam1 可能是治療神經(jīng)病理性疼痛的有效策略。與晚期干預相比，早期干預在減少疼痛超敏方面產(chǎn)生了更持久、更有力的效果。這可能是因為在神經(jīng)病理性疼痛發(fā)展的早期階段，痛覺信號激活了脊髓Tiam1，從而誘導下游信號通路促進突觸結(jié)構(gòu)和功能可塑性，導致疼痛超敏。在神經(jīng)病理性疼痛發(fā)展的后期，Tiam1 介導的突觸結(jié)構(gòu)和功能的可塑性異常已經(jīng)與疼痛超敏和持續(xù)性有關。因此，在早期治療中，減少疼痛超敏反應只需預防Tiam1 誘導的突觸可塑性異常即可；而在后期治療中，減輕疼痛超敏反應不僅需要阻止持續(xù)的痛覺信號引起的突觸可塑性異常，還需要逆轉(zhuǎn)已建立的突觸可塑性異常。

綜上所述，該研究的發(fā)現(xiàn)揭示了不同類型神經(jīng)病理性疼痛發(fā)生和維持的病理生理機制，并確定了一種新的治療靶點Tiam1，可能為臨床治療慢性神經(jīng)病理性疼痛帶來新的希望。