慢性疼痛是一個普遍的醫(yī)學問題，它的分子基礎仍然知之甚少。前期研究表明，跨膜蛋白Tmem160在小鼠DRG神經(jīng)元中富集，并且均勻分布在各種神經(jīng)元亞群中。然而Tmem160在DRG神經(jīng)元中以及在疼痛條件下的功能目前尚不清楚。
基于這一目的，德國明斯特大學醫(yī)院麻醉科，重癥監(jiān)護和疼痛醫(yī)學系丹尼爾·塞格爾克教授課題組在Cell Reports雜志上發(fā)表了題為“Tmem160 contributes to the establishment of discrete nerve injury-induced pain behaviors in male mice”的文章，闡述說明跨膜蛋白(Tmem)160在神經(jīng)損傷誘導的神經(jīng)病理性疼痛中的意義，他們的研究結果表明，Tmem160有助于雄性小鼠離散神經(jīng)損傷誘導的疼痛行為的建立，而不僅僅是維持。
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首先作者團隊通過CRISPR-Cas 9技術獲得Tmem160-/-基因敲除小鼠，并且進一步研究發(fā)現(xiàn)Tmem160存在于DRG神經(jīng)元的線粒體中，并且很可能被整合到線粒體內膜上（圖1）。
圖1 Tmem160在小鼠DRG神經(jīng)元中表達，定位于線粒體
隨后作者研究基因敲除Tmem160-/-是否對觸摸痛和熱刺激誘發(fā)痛有影響。研究者發(fā)現(xiàn)KO小鼠和WT同窩小鼠DRG神經(jīng)元中的外周蛋白Peripherin和NF200表達方式和頻率無明顯差異，且KO小鼠和WT同窩小鼠的運動能力以及對觸摸和熱刺激都有著相似的閾值。
作者也發(fā)現(xiàn)在注射Caps/MO后，KO小鼠和WT同窩小鼠對觸覺刺激(觸覺超敏性)都表現(xiàn)出明顯的急性疼痛反應。隨后作者也發(fā)現(xiàn)KO小鼠和WT小鼠對單側切指以及CFA誘發(fā)的疼痛反應沒有差異。
這些結果表明Tmem160-/-基因敲除雄性小鼠在軀體感覺、化學誘發(fā)的急性疼痛、切指痛以及炎性疼痛中不發(fā)揮重要作用。
在神經(jīng)病理性疼痛模型雄性小鼠中，作者研究發(fā)現(xiàn)SNI術后7天，Tmem160-/-基因敲除雄性小鼠對觸摸刺激不敏感，然而WT小鼠仍表現(xiàn)出高敏反應。
在SNI手術14-28天后，Tmem160-/-基因敲除雄性小鼠與WT小鼠又表現(xiàn)出相似的超敏反應。這些結果表明，神經(jīng)病理性疼痛的建立依賴于Tmem160，而其維持過程不依賴于Tmem160(圖2和3)。
圖3 缺乏Tem160基因延遲了神經(jīng)病理性疼痛雄性小鼠對觸摸痛誘發(fā)的超敏反應的建立
其次作者也通過檢測線粒體復合物IV的活性，耗氧率以及線粒體膜電位的整合發(fā)現(xiàn)線粒體功能似乎不受Tmem160缺乏的影響。研究者也發(fā)現(xiàn)Tmem160-/-基因敲除小鼠DRG的許多促炎因子和抗炎因子都被減少，例如IFNγ、CCL家族、ILs以及TNFα等。
隨后研究者也對Tmem160-/-基因敲除雌性小鼠進行了研究，發(fā)現(xiàn)SNI在Tmem160-/-基因敲除雌性小鼠以及同窩WT小鼠中都誘發(fā)了明顯的觸摸痛。
除了痛覺，作者也發(fā)現(xiàn)與同窩的WT小鼠相比，雄性Tmem160-/-基因敲除小鼠的理毛行為的頻率以及持續(xù)時間明顯減少，而雌性小鼠沒有。因此研究者認為基因敲除Tmem160僅在雄性小鼠上表現(xiàn)出減輕的痛敏反應和減少的疼痛相關的理毛行為，在雌性小鼠上沒有（圖4）。
圖4 基因敲除Tmem160改變了DRG的炎癥因子水平以及神經(jīng)損傷誘發(fā)的疼痛行為
隨后作者通過使用條件性敲除DRG神經(jīng)元中Tmem基因的小鼠進一步研究發(fā)現(xiàn)Tmem160可能是在非神經(jīng)元細胞中發(fā)揮作用，包括免疫細胞以及最新發(fā)現(xiàn)的9簇小膠質細胞（圖5）。
圖5 條件性基因敲除Tmem160并沒有改變DRG細胞因子水平、神經(jīng)損傷誘發(fā)的痛行為以及Iba1水平
前期研究顯示TRP (transient receptor potential) 通道，尤其是TRPA1和TRPV1都可被細胞因子調節(jié)。TNFα可調節(jié)TRPA1和TRPV1的膜轉運和活性。
為了研究是否Tmem160缺乏以及相關的TNFα的減少影響TRPA1和TRPV1介導的神經(jīng)元活性，作者使用鈣成像檢測TRPA1誘發(fā)(MO)、TRPV1誘發(fā) (Caps) 以及其他的神經(jīng)元活性；同時作者也使用外源性TNFα去觀察其對神經(jīng)元活性的影響。
研究結果顯示Tmem缺乏的雄性小鼠DRG神經(jīng)元對對MO產(chǎn)生反應的幅值與WT小鼠相當，但細胞數(shù)量明顯減少。而外源性應用TNFα可以營救Tmem基因敲除小鼠對MO反應的缺乏。這一結果顯示雄性小鼠Tmem160與TNFα一起調節(jié)TRPA1介導的神經(jīng)元活性。
作者也觀察了雌性Tmem缺乏的小鼠的DRG神經(jīng)元活性，發(fā)現(xiàn)與WT小鼠沒有顯著差異。條件性敲除DRG神經(jīng)元Tmem基因的小鼠也與WT小鼠之間沒有顯著差異。因此這一結果表明Tmem可調節(jié)雄性小鼠DRG非神經(jīng)元的神經(jīng)免疫相互作用（圖6）。
圖6 Tmem160特異性調節(jié)雄性小鼠TRPA1介導的神經(jīng)元活性
總的來說，作者研究發(fā)現(xiàn)Tmem160-/-基因敲除雄性小鼠在疼痛建立期間表現(xiàn)出延遲的神經(jīng)損傷誘發(fā)的痛行為；而Tmem160-/-基因敲除雌性小鼠并無此表現(xiàn)。同時Tmem可調節(jié)雄性小鼠DRG非神經(jīng)元的神經(jīng)免疫信號。
德國明斯特大學醫(yī)院麻醉科，重癥監(jiān)護和疼痛科Daniel Segelcke為該論文的第一作者；維也納大學藥理學學系藥理學和毒理學部Manuela Schmidt教授為該論文的通訊作者。
原文鏈接：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)01648-X
Segelcke D, Fischer HK, Hütte M, Dennerlein S, Benseler F, Brose N, Pogatzki-Zahn EM, Schmidt M. Tmem160 contributes to the establishment of discrete nerve injury-induced pain behaviors in male mice. Cell Rep. 2021 Dec 21;37(12):110152. doi: 10.1016/j.celrep.2021.110152. PMID: 34936870.
