鞘内注射甘珀酸对糖尿病神经病理性疼痛大鼠疼痛阈值及缝隙连接蛋白43表达的影响

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研究背景与目的:  糖尿病(diabetes mellitus,DM)已经成为21世纪全球最大卫生保健问题之一,是一种由多种病因引发的一种慢性代谢异常综合征。糖尿病神经病,而最严重的并发症之一就是糖尿病神经病理性疼痛(Diabetic Neuropathic Pain,DNP)。DNP易引起痛觉过敏痛觉超敏以及自发痛等能导显著降低生活质量的并发症。目前,DNP的发病机制复杂且具体机制尚不详。近来的研究发现DNP模型伴随着脊髓星形胶质细胞(astrocyte)的激活,而且抑制星形胶质细胞的激活能够减轻DNP大鼠的机械性痛敏。在外周神经病变后,脊髓背角的感觉神经元兴奋性加强,成为传导和调节痛觉的重要位点。而背角感觉神经元周围的星形胶质细胞在神经元兴奋性增强,痛觉敏感传递增强,尤其是在神经病理性疼痛(Neuropathic Pain,NP)的维持中也起到重要作用。同样,外周神经神经病变时,背根神经节(Dorsal Root Ganglion,DRG)同样可发现卫星胶质细胞(satallite glialcells,SGCs)的激活。  星型胶质细胞是中枢神经系统(Central Nervous System,CNS)中数目最多的细胞类型,历来都被认为是在中枢神经系统中对神经元起支持作用。星形胶质细胞和神经元之间解剖关系紧密,两者之间的互相作用是形成NP的重要机制。星型胶质细胞之间通过胶质细胞对神经元的激活形成快速电反应。周围神经病变后星形胶质细胞会被激活,缝隙连接(gap junction,GJ)互相连接,组成功能合胞体,形成网络结构形成细胞之间的钙离子波动,从而使星形胶质细胞表现为增殖、肥大,在脊髓背角可见。神经损伤相关的星形胶质细胞激活与行为学痛觉敏感相关,而抑制星形胶质细胞活性可以减轻痛觉敏感。  胶质纤维酸性蛋白(Glialfibrillary acidic proteins,GFAP)主要分布在中枢神经系统的成熟星形胶质细胞,在各种慢性疼痛模型中免疫组化染色GFAP后可在脊髓背角清晰的见到肥大增生的星形胶质细胞。DRG中的SGCs也特异表达GFAP。  GJ是细胞间的一种特殊蛋白质连接通道,负责细胞间大小在1kDa以内小分子物质的快速交换,如离子,细胞信号分子,代谢物质和营养物质等。普遍存在于实质性脏器组织中。Cx处于动态变化过程中,对缝隙连接通道的调节,如磷酸化,可以改变GJ通道的通透性和对通透物质的选择性,进而影响细胞之间的物质交换和信号传递而导致细胞功能异常。Cx43是特异性表达在星形胶质细胞上的一种Cx。有文献表明在DNP大鼠上脊髓组织上星形胶质细胞的Cx43生成增高,神经元与胶质细胞之间的GJ沟通功能加强。但脊髓胶质细胞间的GJ在维持DNP中的具体机制并不清楚,尤其是特异性表达在星形胶质细胞之间的Cx43在DNP的具体机制。DRG中的神经元为假单极神经细胞,是躯体和内脏感觉传入神经纤维的初级神经元。有较多的文献证明,DRG在感觉神经受损后电活动和神经元形态等发生变化而产生NP。DRG中卫星胶质细胞间的GJ也参与NP的发生,但在DNP上如何变化尚未见文献报道。  GJ阻断剂甘珀酸(Carbenoxolone,CBX),18-甘草次酸的衍生物,是被研究最多的阻断剂。它能阻碍由于神经损伤而引起的缝隙连接偶合,减轻由神经损伤引起的神经病理性疼痛行为,在慢性疼痛的多种动物模型中产生镇痛作用,目前,有关连续鞘内注射不同剂量CBX对DNP大鼠痛觉反应的影响及与脊髓背角和DRG中Cx43表达的关系的研究未见报道。因而,本研究拟建立DNP大鼠模型,采用连续鞘内注射CBX的方法,观察不同剂量CBX对糖尿病神经病理性疼痛大鼠痛觉反应及Cx43表达的量效和时效关系,探讨CBX对DNP的治疗作用及可能镇痛机制,为开展临床研究及疼痛治疗提供理论依据。  方法:  清洁级雄性SD大鼠60只,8-10周龄,体重180~220 g,由广东省动物实验中心提供。造模前12小时禁食不禁饮。于造模当天用天平称大鼠体重,尾静脉取血测空腹血糖值。将STZ按照2%浓度加入柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中(PH4.2,0.01mmol/L),现配现用,溶解过程注意无菌。随机选取40只SD大鼠,用2%STZ以60mg/kg腹腔注射。30分钟内注射完毕。14天后,选取血糖值大于300mg/dL,且双侧后足50%机械缩足阈值(50%paw withdraw threshold,PWT)小于4g者为DNP大鼠成功模型。在整个实验过程中每3天测一次随机血糖,血糖值<16.7mmol/L的大鼠予以剔除,以免影响实验结果。从对照组大鼠中随机选取24只,分为C-C组(n=18,各选6只大鼠鞘内分别注射甘珀酸10u、25ug、50ug,注射容量均为10ul);C组(n=6,大鼠鞘内注射等容量的灭菌PBS溶液)。从DNP模型大鼠中随即选取24只,分为D-C组(n=18,各选6只DNP大鼠鞘内分别注射甘珀酸10ug、25ug、50ug,注射容量均为10ul);D组(n=6, DNP大鼠鞘内注射等容量灭菌PBS溶液;分别测定大鼠造模前、造模后14天测机械痛阈、每次鞘内注射前、每次鞘内注射后1h、3h、6h的机械痛阈。采用western blot等检测技术观察脊髓背角和DRG中Cx43、GFAP表达。  结果:  1.造模后大鼠生理和活动的改变  造模前测四组大鼠基础空腹血糖值无显著差异(P>0.05),接受腹腔注射柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液后,无多食多饮等糖尿病症状,尿量正常,毛发柔顺,体重正常,两周后血糖值较接受腹腔注射前的基础血糖值无明显变化(P>0.05);而D-C组和D组即逐渐表现出糖尿病症状:表现出不同程度的多食、多饮、多尿,体重减轻,毛发稀少,毛色暗淡,性格暴躁,两周后测血糖值显著升高(P<0.05)。  2.机械疼痛阈值的变化  2.1.造模前后各组大鼠机械疼痛阈值变化造模前四组大鼠的基础50%PWT差异无统计学意义(P>0.05)。C组和C-C组腹腔注射14天后的50%PWT较各自基础50%PWT差异无统计学意义(P>0.05)。D-C组与D组腹腔注射STZ14天后的50%PWT较基础50%PWT均显著降低(P<0.05),两组间比较差无统计学意义(P>0.05);与C-C组及C组比较,D-C组与D组腹腔注射STZ14天后的50%PWT均明显降低(P<0.05)。  2.2.各组大鼠第一天鞘内注药后不同时间点痛阈值变化 C组鞘内注药后各时间点未见明显变化(P>0.05)。C-C组鞘内注射后1h、6h各时间点%PWT与造模前%PWT比较无明显变化(P>0.05),但C-C组中在鞘内注射CBX(10ug、25ug、50ug)后3h的%PWT均较C组降低(P<0.05)。D-C组鞘内注射CBX(10ug、25ug、50ug)1h、3h、6h后与给药前%PWT对比呈剂量依赖性增加(P<0.05);与D组比较,D-C组在1h、3h、6h的%PWT均升高(P<0.05)。  2.3.各组大鼠鞘内注药不同天数不同时间点痛阈值变化 D-C组后一天给药后1h、3h、6h的%PWT较前一天同时间点的%PWT都明显增高(P<0.05),表现出明显的时间累加效应。另外,C-C组每次给药后%PWT都明显降低(P<0.05),在第三天表现最明显,第五天恢复正常。  3.脊髓背角Cx43和GFAP蛋白的表达水平比较  四组均有Cx43和GFAP蛋白表达。与C组比较,D组Cx43和GFAP表达明显增加(P<0.05)。与D组比较,D-C组在连续5天鞘内注射CBX后,Cx43、GFAP表达呈剂量依赖性降低(P<0.05)。与C组比较,C-C组在连续5天鞘内注射CBX后Cx43和GFAP表达无明显变化(P>0.05),而且不同剂量组间比较也无明显差异(P>0.05)  4.背根神经节Cx43和GFAP蛋白的表达水平比较  四组均有Cx43和GFAP蛋白表达。与C组比较,D组Cx43和GFAP表达明显增加(P<0.05)。与D组比较,D-C组在连续5天鞘内注射CBX后,Cx43、GFAP表达呈剂量依赖性降低(P<0.05)。与C组比较,C-C组在连续5天鞘内注射CBX后Cx43和GFAP表达有下降,但不明显(P>0.05),而且不同剂量组间比较也无明显差异(P>0.05)。  结论:  1.鞘内注射不同剂量甘珀酸,可剂量依赖性增加糖尿病神经病理性疼痛大鼠的机械痛阈,且镇痛效果有累积效应。  2.糖尿病神经病理性疼痛大鼠脊髓背角和背根神经节Cx43、GFAP蛋白表达明显增加,提示高表达Cx43、GFAP蛋白的星型胶质细胞和卫星胶质细胞可能被激活,并参与糖尿病神经病理性疼痛的发生和维持。  3.鞘内注射甘珀酸可剂量依赖性下调Cx43蛋白表达,提示糖尿病神经病理性疼痛大鼠的机械痛阈提高与抑制Cx43蛋白表达有关。
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