导读
长春新碱是一种广泛用于治疗不同癌症的化疗药物，常导致严重的周围神经病理性疼痛。长春新碱引起的周围神经病理性疼痛的常见症状是机械性痛觉过敏和痛觉过敏。然而，长春新碱引起的机械性超敏和痛觉过敏的机制还不是很清楚。在本研究中，我们通过对大鼠的行为学评估表明，长春新碱以Piezo2通道依赖的方式诱导机械性痛觉过敏和痛觉过敏，因为Piezo2通道的基因敲除或药物抑制可以减轻长春新碱诱导的机械性超敏反应。电生理结果显示，长春新碱增强大鼠背根神经节(DRG)神经元的Piezo2快速适应(RA)机械激活(MA)电流。我们发现长春新碱诱导的Piezo2MA电流的增强是由于长春新碱处理后这些细胞的静态质膜张力(SPMT)的增加。用肌动蛋白细丝的断裂剂细胞松弛素D(CD)减少DRG神经元的SPMT，取消长春新碱诱导的Piezo2MA电流的增强，并抑制长春新碱诱导的大鼠机械超敏反应。总之，增强SPMT并随后增强初级传入神经元上的Piezo2MA电流可能是长春新碱诱导的大鼠机械性痛敏和痛敏的潜在机制。靶向抑制Piezo2通道可能是减轻长春新碱诱导的机械超敏反应的有效止痛方法。
论文ID
题目：Potentiation of PIEZO2 mechanically-activated currents in sensory neurons mediates vincristine-induced mechanical hypersensitivity
译名：Piezo2机械激活电流在长春新碱诱导的机械超敏反应中的作用
期刊：Acta Pharmaceutica Sinica B
IF：14.5
发表时间：2023.8
通讯作者单位: 河北医科大学
DOI号：https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.05.010
主要内容
长春新碱(VCR)是一种有效的细胞抑制生物碱，可以阻止微管蛋白从可溶性二聚体聚合成微管，被广泛用作治疗各种癌症的化疗药物。VCR在化疗中常引起周围神经病理性疼痛，是限制VCR治疗癌症有效剂量的主要不良反应。VCR脂质体是近年来发展起来的一种新型载体智能给药形式，旨在提高VCR的治疗效果，减少VCR的全身不良反应。VCR诱导的神经病理性疼痛在人类中通常表现为机械过敏、感觉异常和麻木，呈袜子和手套分布。在实验哺乳动物中，全身注射小剂量VCR(<100 mg/kg/d)可引起机械性痛觉异常和痛觉过敏，无运动功能障碍，也未观察到热过敏反应。然而，VCR诱导的机械超敏反应的机制仍不清楚。在临床上，机械性超敏是指由刷牙、轻触等无害的机械刺激引起的疼痛；机械痛敏是指由轻微的、有害的机械刺激如捏和按压引起的夸大的痛感。这些异常的感觉反应发生在许多病理条件下，包括接受化疗的患者，如VCR治疗。
本研究的主要发现如下：i)VCR通过增加大鼠DRG神经元的SPMT而显著增强Piezo2MA电流；ii)减少SPMT，或下调Piezo2通道的表达，或阻断Piezo2MA通道的活动，显著抑制VCR诱导的机械性痛觉过敏和痛敏；iii)VCR诱导的大鼠DRG神经元Piezo2MA电流的增强不是由于Piezo2表达增加所致。本研究表明，VCR通过增加DRG神经元的SPMT增强Piezo2MA电流可能在介导VCR诱导的机械超敏反应中起重要作用。这些发现也可能有几个临床意义。首先，Piezo2可能成为消除VCR诱导的机械过敏的治疗靶点。第二，在尚未发现选择性安全的Piezo2通道抑制剂的情况下，降低SPMT可作为消除VCR诱导的机械超敏反应的另一种选择。第三，发展选择性抑制Piezo2的小分子可能是治疗VCR诱导的机械过敏的有用的药物干预。
阻断背根神经节Piezo2MA通道可抑制VCR诱导的机械超敏反应
本研究的一个关键观察结果是，PIEZO2 MA通道活性的增强有助于vcr诱导的机械超敏反应。Gd3þ抑制PIEZO2通道或shRNA干扰DRG神经元中PIEZO2的局灶性敲低均可消除vcr诱导的机械异常性痛和痛觉过敏。此外，感觉神经元特异性敲低PIEZO2可显著提高触觉阈值。PIEZO2而非酸感离子通道或瞬时受体电位通道是一类真正意义上的哺乳动物MA通道，主要表达于初级感觉神经元和皮肤默克尔细胞。已经证实，Piezo2对于形成温和的触觉是必不可少的。在感觉神经元中，Piezo2介导的RA-MA电流在超过95%的低阈值机械感受器、W90%的异凝素B4阳性的非肽能伤害性感受器、W70%的降钙素基因相关肽阳性的肽能伤害性感受器和76%的高阈值机械感受器中表达。此外，在接受神经生长因子治疗的背根节伤害性神经元中，Piezo2也介导了对MA电流的中间适应，甚至是缓慢适应，尽管在正常情况下，这些表达Piezo2的烟碱型乙酰胆碱受体α-3阳性的伤害性DRG神经元对机械刺激是“沉默的”。这些先前的研究表明，Piezo2广泛分布在感觉神经元中，并对炎症条件做出积极反应。无论是感觉神经元特异性Piezo2基因敲除小鼠还是人类Piezo2基因功能缺失突变患者的研究都表明，抑制Piezo2基因会导致轻微的触摸障碍、两点辨别能力的丧失以及周围神经损伤引起的机械性痛觉过敏和痛觉过敏的抑制。在本研究中，通过shRNA干扰敲除Piezo2显著提高了von Frey试验中的阈值，而RandalleSelitto试验中的伤害性阈值与正常水平相比没有变化。Piezo2基因的敲除肯定会抑制其作为光触摸感受器的作用，导致触摸延迟，因此阈值被提高到高水平，甚至克服了VCR的影响。而Piezo2基因的敲除也减轻了其在抑制机械性疼痛中的作用(RandalleSelitto模型)，因此伤害性阈值不应增加，甚至不应降低。到目前为止，伤害性机械感受器(压力感受器)还没有明确的确定。伤害性机械感受器的分子基础及其功能调控有待于进一步研究。
药物抑制Piezo2MA通道活性可抑制VCR诱导的机械超敏反应
本研究的另一个关键观察结果是，DRG神经元SPMT的增加可能介导了VCR诱导的Piezo2MA电流的增强和机械超敏。膜张力模型(脂质作用力模型)在包括压电通道在内的MA通道的调节中起着关键作用。Stomatin-like Protein 3(STOML3)与Piezo2通道相互作用，在共表达的异源系统中促进Piezo2MA电流。STOML3促进Piezo2MA电流是由于招募膜胆固醇增加膜张力所致。我们先前的研究提供了进一步的证据，渗透性肿胀通过增加大鼠背根神经节神经元的SPMT而显著增强Piezo2 mA电流。CD降低SPMT不仅能降低渗透性肿胀引起的大鼠背根神经节细胞Piezo2-MA电流的增强，而且还能消除渗透性肿胀引起的机械超敏反应。与细胞内高渗引起的DRG神经元肿胀相似，本研究中应用VCR也可引起DRG神经元肿胀。这一观点已被先前的观察所支持，即VCR显著引起初级传入轴突和脊神经节感觉神经元的肿胀。此外，无论是VCR处理的DRG神经元还是从VCR疼痛模型大鼠分离的DRG神经元，SPMT水平都显著升高。应用CD降低DRG神经元的SPMT，或应用高渗浴溶液逆转DRG神经元细胞内外的渗透梯度，均可消除VCR对Piezo2MA电流的增强作用。更重要的是，Cd处理消除了VCR诱导的机械过敏。这些结果有力地支持了VCR通过增加DRG神经元的SPMT来增强Piezo2MA电流的可能机制，这在介导VCR诱导的机械性痛敏和痛敏中起着至关重要的作用。另一方面，不能完全排除系留蛋白模型(细丝力模型)在Piezo2 MA通道调制中的可能性。例如，STOML3在哺乳动物的感觉神经元中表达。它是线虫MEC-2的哺乳动物同源物，MEC-2是一种连接MA通道和秀丽线虫细胞骨架的系链蛋白。据报道，DRG神经元中的RA-MA通道通过一条W100 nm长的蛋白细丝与细胞外基质相连。Piezo2与系链蛋白连接的可能性还需要进一步的研究。
VCR增强大鼠背根神经节神经元和转Piezo2基因的HEK 293T细胞的Piezo2MA电流
在本研究中使用的几种细胞骨架靶向剂确定了细胞骨架对膜张力和piezo2ma电流调制的贡献。令我们惊讶的是，VCR或NDZ增强了SPMT，从而增强了大鼠背根神经节神经元的Piezo2 MA电流。相反，紫杉醇作为微管的稳定剂，对SPMT和Piezo2MA电流没有影响。以往的研究表明，Cd通过破坏大鼠背根神经节神经元的肌动蛋白细丝，显著减少SPMT并抑制Piezo2 mA电流。在本研究中，Cd还能降低VCR对SPMT和Piezo2MA电流的增强作用。这些数据强烈地表明，膜-细胞骨架相互作用对质膜力学和Piezo2 MA电流调制有重要贡献。Cd对SPMT的影响此前已有报道。然而，本研究中微管干扰物VCR或NDZ对SPMT的影响与以前的研究不一致。例如，VCR显著增加人血小板的变形能力，通过微管吸入法评估；NDZ显著增加鸡胚胎成纤维细胞或T3成纤维细胞的系绳长度，通过激光镊子操作来评估。这些结果表明，VCR或NDZ具有潜在的降低膜张力的作用，尽管缺乏直接的证据。作为VCR的类似物，长春花碱使HeLa细胞的膜张力增加了40%，激光镊子操作测得。但长春花碱在非常低的浓度下使用，仅阻止细胞周期，而不会引起微管解聚。此外，以前的研究表明，VCR和紫杉醇对小鼠Merkel细胞的Piezo2MA电流具有相反的作用。结合VCR对细胞大小和肿胀的影响，有必要进一步研究微管调节剂对不同细胞膜力学和Piezo2MA电流的不同影响及其机制。
VCR致痛模型大鼠背根神经节神经元Piezo2MA电流增强，SPMT升高
总结
本研究提出的假设是，VCR导致DRG神经元肿胀，增加其SPMT，从而导致Piezo2MA电流的增强，从而介导VCR诱导的机械超敏反应。研究结果有力地表明，Piezo2可能成为缓解VCR诱导的机械性神经病变的新的治疗靶点。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.05.010
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