针刺诱导神经环路激活及中脑导水管周围灰质基因差异表达研究

【摘要】：电针(Electroacupuncture,EA)是一种治疗疼痛的有效方法。通过传统物理和药理学手段已经确定许多参与针刺镇痛的神经核团和区域,但单个核团或区域并不能阐明针刺镇痛的神经机制,针刺镇痛激活的神经环路还有待研究。大量的研究表明电针可以诱导多种镇痛物质(如脑啡肽、内啡肽、强啡肽等)和抗镇痛物质(如胆囊收缩素、孤啡肽、血管紧张素Ⅱ等)的释放。显然,针刺镇痛是中枢多种物质共同作用的综合表现。由于在不同神经核团中神经元功能各异,神经元内信号分子参与调节针刺镇痛的机制还不清楚。因此,本研究旨在探索针刺镇痛的相关神经环路、物质及分子信号通路。1.针刺不同穴位激活的共同神经环路为探索针刺镇痛的相关神经环路,本研究通过标记激活的神经元,比较分析针刺不同穴位激活的中枢神经核团或区域。选取28只杂交雄性山羊(30±2 kg),随机分为四组:空白对照组,“百会-三台”假针组,“百会-三台”电针组,双侧后三里电针组。电针组山羊电针1次(60 Hz,30 min);对照组山羊仅做保定处理;假针组山羊只扎针、不通电。采用钾离子透入法测定山羊痛阈。记录电针前后的山羊痛阈值,计算痛阈变化率。待测痛后山羊迅速处死,采取大脑和脊髓组织样。采用免疫酶组织化学方法检测尾核、伏核、外侧隔区、内侧隔区、下丘脑室旁核、下丘脑腹内侧核、弓状核、基底杏仁核、僵核、臂旁核、蓝斑、孤束核、垂体、中脑导水管周围灰质腹外侧(vlPAG)、中缝大核(NRM)、巨细胞网状核(Gi)和脊髓背角(SCDH)中c-Fos蛋白表达水平。试验结果显示,“百会-三台”和后三里电针组山羊痛阈在电针后显著升高(p0.05)。“百会-三台”电针组山羊的痛阈变化率显著高于后三里电针组(p0.05)。与空白组相比,电针后三里或“百会-三台”组穴都能诱导c-Fos免疫样阳性神经元在内侧隔区、下丘脑腹内侧核、弓状核、基底杏仁核、缰核、垂体前叶、臂旁核、蓝斑、vlPAG、NRM、Gi和SCDH内显著增加(p0.05)。与后三里电针组相比,电针“百会-三台”组穴诱导c-Fos免疫样阳性神经元在基底杏仁核内显著增加(p0.05),但在内侧隔区、下丘脑室旁核、缰核和SCDH内显著减少(p0.05)。这些结果提示弓状核-中脑导水管周围灰质-中缝大核/蓝斑-脊髓背角和下丘脑-垂体是电针不同穴位激活的共同神经环路。2.电针山羊中脑导水管周围灰质基因差异表达为全面了解电针对中枢神经系统基因表达的影响,本研究采取电针山羊PAG进行转录组高通量深度测序,运用q PCR方法对测序结果进行验证,并通过侧脑室微注射技术进一步研究差异基因胸腺素β4在电针镇痛中的作用。选取三对纯种波尔山羊(30±2 kg),按照配对试验方法进行同窝配对,每对山羊中一只接受电针为电针组,另一只接受对照处理为对照组。电针组山羊接受1次电针(60Hz,30min)。采用钾离子透入法测定山羊痛阈。记录电针前和电针0 h和4 h后的山羊痛阈,计算痛阈变化率。在4 h测完痛阈后,6只山羊迅速处死,取PAG分别进行测序建库。利用生物信息学方法对电针组与对照组的差异表达基因进行功能富集分析。在q PCR验证试验中,选取测序结果中表达量高的15个差异基因进行验证。选取差异基因胸腺素β4进行进一步研究。在探索胸腺素β4(Tβ4)在电针镇痛中的作用试验中,分别建立生理模型和炎症模型进行侧脑室注射。在生理模型试验中,选取72只SD大鼠(250±20 g)随机分为两组(n=36),即电针组与对照组,各组大鼠分别接受侧脑室注射1μg/μL Tβ4、0.1μg/μL Tβ4、0.01μg/μL Tβ4、Lip-Tβ4-si RNA(Tβ4沉默用si RNA)、Lip-C-si RNA(negative si RNA)或PBS(每6只大鼠注射同一种药物)。注射后,电针组大鼠接受1次电针。每组大鼠注射前和电针后测定鼠甩尾反射时间(TFL),计算TFL变化率。在炎症模型试验中,选取54只SD大鼠(250±20 g)随机分为三组,即炎症电针组(CFA+EA,n=24)、炎症对照组(CFA+CON,n=24)和生理对照组(Saline+CON,n=6)。CFA+EA或CFA+CON组大鼠足底注射CFA(0.1m L/只),各组大鼠分别接受侧脑室注射0.1μg/μL Tβ4、Lip-Tβ4-si RNA、Lip-C-si RNA或PBS注射(每6只大鼠注射同一种药物)。生理对照组大鼠足底注射生理盐水(0.1m L/只),侧脑室注射PBS。CFA+EA组分别于0 d、2 d、4 d、6 d、8 d、10 d和13 d施予电针。所有大鼠于足底注射药物前和注射后1 d、3 d、7 d、14 d测定足底机械痛阈(PWT),计算PWT痛阈变化率。结果显示,电针后电针组山羊痛阈显著高于对照组山羊痛阈(p0.05)。测序分析得到2651个差异表达基因(DEGs),其中1709个基因上调,852个基因表达下调。这些差异基因富集在30条KEGG pathways和149条GO terms。进一步q PCR验证结果显示,甲硫脑啡肽、阿黑皮素原、前强啡肽原、κ-阿片肽受体、谷氨酸受体、兴奋性氨基酸转运体1、γ氨基丁酸B型受体、酸性纤维蛋白、芳香族氨基酸脱羧酶、突触结合蛋白1、安定绑定蛋白、前蛋白转换酶1抑制剂、胸腺素β4、胸腺素β10和前列腺F合酶基因的表达趋势与高通量测序结果一致,验证了测序结果的可靠性。测序结果提示,电针上调的谷氨酸受体及转运体、γ氨基丁酸受体及转运体、丝裂原激活的蛋白激酶、突触结合蛋白可能通过谷氨酸能突触、γ氨基丁酸能突触、MAPK、核糖体、泛素蛋白体等途径参与调节针刺镇痛。生理模型侧脑室注射结果显示,EA+Tβ4组大鼠TFL显著低于EA+PBS组大鼠TFL(p0.05)。在炎性模型中,CFA+EA+Tβ4组大鼠PWT在注射CFA后第1 d、7 d和14 d都显著低于CFA+EA+PBS组大鼠PWT(p0.05)。CFA+EA+Lip-Tβ4-si RNA组大鼠PWT在注射CFA后第1 d、3 d、7 d和14 d都显著低于CFA+EA+PBS组大鼠PWT(p0.05)。提示Tβ4在生理和炎症情况下都参与调节电针镇痛。