肿瘤防治研究  2014, Vol. 41 Issue (9): 971-975
本刊由国家卫生和计划生育委员会主管,湖北省卫生厅、中国抗癌协会、湖北省肿瘤医院主办。
0

文章信息

宋敏,孟宇,常志伟. 2014.
SONG Min, MENG Yu, CHANG Zhiwei. 2014.
外周神经组织中Nav1.7的表达在奥沙利铂诱发神经病理性疼痛中的作用
Effects of Nav1.7 Expression on Neuropathic Pain Induced by Oxaliplatin
肿瘤防治研究, 2014, 41(09): 971-975
Cancer Research on Prevention and Treatment, 2014, 41(09): 971-975
http://www.zlfzyj.com/CN/10.3971/j.issn.1000-8578.2014.09.004

文章历史

收稿日期:2013-10-19
修回日期:2014-03-18
外周神经组织中Nav1.7的表达在奥沙利铂诱发神经病理性疼痛中的作用
宋敏, 孟宇, 常志伟    
450052 郑州,郑州大学第一附属医院肿瘤 科
摘要目的 探讨电压门控性钠离子通道(voltage-gated sodium channel,VGSC)Nav1.7在奥沙利 铂诱发神经病理性疼痛中的作用。方法 96只雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠随机分为2组:奥沙利铂 诱发神经病理性疼痛(oxaliplatin-induced neuropathic pain,OINP)组及介质葡萄糖注射组(Vehicle 组)。前者一次性腹腔注射给予奥沙利铂6 mg/kg;后者一次性腹腔注射给予相应体积5%葡萄糖注射 液。von Frey纤维丝测定大鼠50%缩足阈值( paw withdrawal threshold, PWT)作为神经病理性疼痛大鼠 痛觉反应指标;分别于第3、7、10 d取大鼠L3~5背根神经节(dorsal root ganglions,DRG),通过免 疫组织化学(immunohistochemistry, IHC)、RT-PCR、Western blot法测定DRG Nav1.7及其mRNA表达情 况。结果 IHC结果显示Nav1.7在OINP组与Vehicle组DRG神经元均有阳性表达,定位于胞质,呈棕 黄色颗粒状染色;Nav1.7在OINP组较Vehicle组染色深,差异有统计学意义(P<0.05)。RT-PCR结果 显示Nav1.7 mRNA在OINP组与Vehicle组DRG均有表达,但在OINP组与Vehicle组表达差异无统计学意 义。Western blot结果显示Nav1.7在OINP组与Vehicle组DRG均有表达,且在OINP组中相对表达量高于 Vehicle组,两组间的表达差异有统计学意义(P<0.05)。结论 奥沙利铂通过上调外周神经Nav1.7的 表达,参与神经病理性疼痛的发生与维持。
关键词钠通道     Nav1.7     奥沙利铂     神经病理性疼痛     背根神经节    
Effects of Nav1.7 Expression on Neuropathic Pain Induced by Oxaliplatin
SONG Min, MENG Yu, CHANG Zhiwei    
Department of Oncology, The First Affiliated Hospital, Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, China
AbstractObjective To investigate the effects of voltage-gated sodium channel(VGSC) Nav1.7 expression on oxaliplatin-induced neuropathic pain. Methods A total of 96 SD male mice were randomized into two groups: oxaliplatin-induced neuropathic pain(OINP) group received a single intraperitoneal oxaliplatin administration 6 mg/kg, and medium glucose injection (Vehicle) group received a single intraperitoneal injection of 5% glucose injection. 50% paw withdrawal threshold(PWT) was measured by von Frey filament when observing allodynia before administration and after administration from d1 to d10. The L3-5 dorsal root ganglions(DRG) were removed 3, 7 and 10 days after administration. Immunohistochemistry(IHC), RT-PCR and Western blot were applied to detect DRG Nav1.7and mRNA expression. Results HC analysis showed that Nav1.7 was positively expressed in DRG neurone in both groups, in brown granule, and mainly located in cytoplasm. Moreover, the difference between two groups was statistically significant(P<0.05). RT-PCR analysis showed that Nav1.7 mRNA was expressed in both groups, with no significant difference(P<0.05). Western blot analysis showed that Nav1.7 was expressed in both groups, and the level in OINP group was significantly higher than that in Vehicle group (P<0.05). Conclusion Oxaliplatin may induce the development of neuropathic pain by upregulating Nav1.7 expression in peripheral nerve.
Key words: Sodium channelNav1.7     Oxaliplatin     Neuropathic pain     Dorsal root ganglions (DRG)    
0 引言

奥沙利铂作为第三代铂类抗肿瘤药物,联合5- 氟尿嘧啶及亚叶酸钙(5-Fu/CF)组成的FOLFOX方案已成为进展期及转移性结直肠癌(metastatic colorectal cancer,CRC)的一线化疗方案[1]。其特 征性不良反应为外周神经剂量限制性毒性,在 接受奥沙利铂治疗期间,疼痛症状发生率高达 85%~95%[2,3,4],以痛觉过敏、痛觉超敏或异常性疼 痛为主要特征,严重影响患者生活质量并限制了其 临床广泛应用。研究指出,奥沙利铂作用主要靶器 官为背根神经节(dorsal root ganglions,DRG) [5,6], 但其具体机制目前尚不明确。

Navl.7是河豚毒素敏感性(tetrodotoxin- sensitivity,TTX-S)钠通道,主要表达在DRG伤 害性感受器的小神经元。调控编码Navl.7α亚基基 因为SCN9A,近年的研究指出SCN9A基因不同位 点突变导致了疼痛相关疾病的发生:红斑性肢痛症 (inherited erythromelalgia,IEM)[7]、先天性无痛症 (congenital insensitivity to pain,CIP)[8]以及阵发性剧 痛症( paroxysmal extreme pain disorder,PEPD)[9]。 本研究拟通过观察Nav1.7在DRG表达变化,探讨 Nav1.7在奥沙利铂诱发神经病理性疼痛发生发展中 的作用,为疼痛治疗寻找特异的分子靶点。 1 材料和方法 1.1 模型建立及分组

清洁级成年雄性SD大鼠96只(购自河南省实 验动物中心),体重约190~230 g。购回后在实验 室动物房适应性饲养1周,光照08:00~20:00,室 温维持在25℃左右,自由进食水。所有试验操作 均在08:00~20:00完成。按随机数字表法随机均分 为两组。OINP组:奥沙利铂(购自江苏恒瑞医 药股份有限公司)溶于5%葡萄糖(浙江济民制 药股份有限公司)注射液中,以奥沙利铂6 mg/kg 即1 ml/100 g体积比一次性腹腔注射给药;Vehicle 组:按1 ml/100 g体积比一次性腹腔注射给予5%葡 萄糖注射液。 1.2 疼痛评价

采用von Frey纤维丝以“up and down”法[10,11]对大 鼠给药前及给药后1~10 d 50%缩足阈值进行测定。 1.3 标本获取

大鼠于造模后第3、7、10 d以10%水合氯醛 350 mg/kg腹腔注射麻醉,取其第L3~5 DRG,用于 后续实验。其中各组用于IHC、RT-PCR、Western blot大鼠分别为6只、4只、6只。 1.4 免疫组织化学法

获取新鲜标本于4%多聚甲醛磷酸盐缓冲液中 固定,脱水,石蜡包埋,3 μm厚连续切片。脱蜡, 高压修复,滴加3%H2O2,37℃培养箱孵育20 min, 滴加山羊血清工作液,37℃培养箱孵育20 min,滴 加Nav1.7一抗(美国abcam公司,1:100),4℃过夜; PBS洗片,滴加二抗,37℃培养箱孵育30 min,滴加 辣根酶标记卵霉链白素,37℃培养箱孵育30 min, DAB显色,自来水中止;苏木精对比染色;常规洗 片、脱水、透明、封片。同时设置阴性对照片。 1.5 RT-PCR法

引物设计:内参β-actin基因引物(452 bp): 上游5'-GAGAGGGAAATCGTGCGTGAC-3'; 下游5'-CATCTGCTGGAAGGTGGACA-3'; Nav1.7基因SCN9A引物(193 bp):上游 5'- GAGAGGGAAATCGTGCGTGAC-3' ;下游 5'-TCCCGTCAGGAAATGAGATG-3'。总RNA提 取:取新鲜DRG标本,以Trizol Reagent提取总 RNA;应用Tkara反转录试剂盒:基因组DNA去除 反应→反转录反应→PCR。反应参数:引物94℃预 变性5 min;94℃变性40 s,54℃(SCN9A)/6 0℃ (β-actin)退火30 s,72℃延伸40 s,进行35个循环, 72℃延伸5 min。取β-actin及SCN9APCR扩增产物 各5 μl行1%琼脂糖凝胶电泳,并采集图像。 1.6 Western blot法

总蛋白的提取→蛋白含量的测定→SDS-PAGE 电泳(8%分离胶,10%浓缩胶;浓缩胶时电压为 100 V,分离胶时电压为120 V,电泳总共大约需时 为100 min)转膜(恒压110 V,90 min)→免疫反应 (一抗稀释比Nav1.7 1:500,β-actin 1:1 000;二抗稀 释比为1:3 000)→化学发光(曝光时间Nav1.7 约1 h,β-actin 1~5min)→显影,定影→图像采集。 1.7 图像分析

所有采集图像以Biosens Digitl Imaging System v1.6图像分析软件进行阳性区平均积分光密度值 (IOD)采集。 1.8 统计学方法

采用SPSS 17.0软件进行统计分析。定量资料 以均数±标准差(x±s)表示,多组间比较采用单 因素方差分析(ANOVA),若不符合正态性或方 差齐性,则行非参数检验(Kruskal-Wallis test), 若有统计学意义再行LSD-t检验。以P<0.05表示差 异有统计学意义。 2 结果 2.1 给药前后大鼠痛域变化

OINP组与Vehicle组给药前50%缩足阈值差异 无统计学意义。OINP组从注射奥沙利铂后第1天起 即出现明显的下降,并且持续到给药后第7天,分别 与给药前及相应天数Vehicle组相比差异有统计学 意义(P<0.05);从第8天开始,OINP组50%缩 足阈值较给药前及相应天数Vehicle组变化的差异 无统计学意义;而Vehicle组给予葡萄糖注射液前 后50%缩足阈值变化差异无统计学意义,见图 1

*:P<0.05,compared with vehicle group 图 1 给药前后奥沙利铂诱发神经病理性疼痛和介质葡萄糖 注射组大鼠50%缩足阈值的变化情况 Figure 1 Changes of the 50% mice paw withdrawal threshold(PWT) before and after the administration in oxaliplatin-induced neuropathic pain(OINP) group and medium glucose injection(Vehicle) group
2.2 免疫组织化学法检测Nav1.7的表达

Nav1.7在OINP组与Vehicle组DRG中均有表 达,表达于神经元细胞胞质,呈棕黄色颗粒状染 色。给药后3、7、10天 Vehicle组Nav1.7表达差异 无统计学意义;与Vehicle组比,OINP组3、7、10 天Nav1.7表达增强,差异有统计学意义(P<0.05)。 且OINP组3天 Nav1.7表达最强,7天次之,10天最 弱,差异有统计学意义(P<0.05),见图 2、3。

A:Vehicle group 3d; B:OINP group 3d;C: Vehicle group 7d; D:OINP group 7d;E: Vehicle group 10d;F:OINP group 10d 图 2 免疫组织化学法检测Nav1.7在大鼠背根神经节组织中的表达(SP法 ×400) Figure 2 Nav1.7 expression in the mice dorsal root ganglion cells detected by immunohistochemical staining(SP staining ×400)
a:P<0.01,compared with Vehicle group;b: P<0.01,compared with OINP group 10d;c:P<0.01,compared with OINP group 7d 图 3 免疫组织化学法检测Nav1.7在大鼠背根神经节组织中 的表达结果分析 Figure 3 Nav1.7 expression in the mice dorsal root ganglion cells detected by immunohistochemical staining
2.3 RT-PCR法检测Nav1.7的表达

Nav1.7 mRNA在OINP组与Vehicle组DRG均有 表达。Vehicle组与OINP组给药后3、7、10天, Nav1.7mRNA相对表达量差异均无统计学意义;与 Vehicle 3、7、10天组Nav1.7 mRNA相对表达量分 别相比,OINP组3、7、10天Nav1.7 mRNA相对表 达量差异无统计学意义,见图 4

M:marker;1,7:Vehicle group 3d; 2,8: Vehicle group 7d; 3,9: Vehicle group 10d;4,10: OINP group 3d; 5,11: OINP group 7d; 6,12: OINP group 10d 图 4 RT-PCR法检测Nav1.7mRNA在大鼠背根神经节组织 中的表达 Figure 4 Nav1.7 mRNA expression in the mice dorsal root ganglion cells detected by RT-PCR
2.4 Western blot结果

Nav1.7蛋白在OINP组与Vehicle组DRG中均有 表达,分子量为226 kD。给药后3、7、10天 的 Vehicle组Nav1.7相对表达量差异无统计学意义;与 Vehicle组相比,OINP组3、7、10天 Nav1.7相对表 达量增加,差异有统计学意义(P<0.05),且于给 药3天Nav1.7相对表达量最多,7天组次之,10天组 最少,差异有统计学意义(P<0.05),见图 5

A:1: OINP group 3d;2:OINP group 7d;3:OINP group 10d;4:Vehicle group 3d;5:Vehicle group 7d;6:Vehicle group 10d; B:analysis of the relative expression of Nav1.7; a:P<0.01,compared with Vehicle group;b:P<0.01,compared with OINP group 10d;c:P<0.01 compared with OINP group 7d 图 5 Western blot法检测Nav1.7在大鼠背根神经节组织中的表达 Figure 5 Nav1.7 expression in the mice dorsal root ganglion cells detected by Western blot
3 讨论

目前已克隆出九种电压门控钠离子通道亚 型,Nav1.1~Nav1.9。其中Nav1.3、Nav1.7、Nav1.8 及Nav1.9四种亚型在伤害性感受及慢性疼痛的研 究比较多。尤其是Nav1.7,2004年我国学者杨勇 等[7]首次报道SCN9A基因突变造成Nav1.7功能增 强导致红斑性肢痛症(IEM)的发生;2006年 Cox等[8]报道SCN9A突变导致人类先天性无痛症 (CIP),但患者其他功能均正常;随后的研究[9] 指出,Nav1.7功能增强性突变亦可导致阵发性剧痛 症(PEPD)的发生。由此表明 Nav1.7可能是治疗 疼痛的高效特异靶点。

Nav1.7是TTX-S钠离子通道,主要分布在背根 神经节(DRG)及交感神经节神经元[12,13,14]。最近 的研究指出,Nav1.7亦是嗅觉感觉神经元中主要钠 离子通道亚型[15,16]。在DRG内,Navl.7表达在A类 与C类纤维,主要定位于小直径的传导伤害性感觉 的神经元胞质,参与疼痛信号的传递[14]。此外, 与其他TTX-S钠通道亚型一样,Navl.7具有快激活 及快失活特性[17,18]。不同的是[19,20],Navl.7具有慢 速从快失活状态恢复的特性,这一特性使其区别 于其它TTX-S钠通道亚型,使Navl.7在神经元兴奋 性的产生中起了关键作用。此外,Navl.7具有缓慢 关闭状态失活的特性,此特性可产生弱的钠电流 导致弱而慢的去极化。这些特性使得Navl.7钠通道 放大发生器电位,并因此作为判定动作电位敏感 性的一个阈值通道[21]。在伤害性感受神经元,增 加Nav1.7钠通道活性或者密度,如功能增强性突变 和炎性痛,会降低动作电位阈值并放大伤害性刺 激,从而导致疼痛感觉的增强[22]

本研究参考Ling等[23]的研究方法,一次性腹 腔注射给予SD大鼠奥沙利铂6 mg/kg,建立奥沙利 铂诱发神经病理性疼痛模型。对于给药量的考虑 为:在临床化疗中,奥沙利铂给药剂量通常为每 周期85 mg/kg,每两周为一个化疗周期;或者是 每周期给药130 mg/kg,每三周一个化疗周期。而 奥沙利铂最大可耐受剂量为200 mg/m2 ,恰好约折 合以体重为参考的给剂量6 mg/kg[24]。von Frey纤 维丝测定结果显示:奥沙利铂诱发神经病理性疼 痛模型组(OINP组)从注射奥沙利铂之后第1天 起50%缩足阈值即出现明显的下降,第3天达最低 值,并且阈值下降持续到给药后第7天,与给药前 及Vehicle组相比差异有统计学意义(P<0.05); 从第8天开始,50%缩足阈值较给药前及Vehicle组 变化差异无统计学意义;而Vehicle组50%缩足阈 值给药前与葡萄糖注射液组相比差异无统计学意 义。Ling等研究[23]指出:给药奥沙利铂6 mg/kg大 鼠从第2d起开始出现缩足阈值明显下降且持续至 第8d,而我们的模型是持续下降到第7d,结果基 本一致,分析其不同之处可能是不同实验条件及 人为因素造成。

成功建立奥沙利铂诱发神经病理性疼痛动物 模型后,我们采用免疫组织化学及Western blot方 法对Nav1.7在DRG的表达情况做出研究,且这两 种方法分析结果一致。结果显示:Nav1.7在OINP 组与Vehicle组DRG中均有表达。与Vehicle组相 比,OINP组给药后3、7、10天组,Nav1.7表达均 增加,差异有统计学意义(P<0.05);且OINP组 3天模型Nav1.7表达最强,7天组次之,10天组最 弱,差异有统计学意义(P<0.05)。我们分析, 在OINP模型大鼠,Nav1.7表达上调,提示Nav1.7可 能参与了奥沙利铂诱发神经病理性疼痛的发生与 维持。其中OINP模型3d组Nav1.7表达水平最高, 与行为学测定结果在给药后第3天大鼠50%缩足阈 值达到最低值相一致;而Nav1.7在第10天表达明显 减弱,这与行为学测定第10天大鼠疼痛行为基本 恢复至给药前水平相符,这些结果均间接支持了 Nav1.7可能参与了奥沙利铂诱发神经病理性疼痛的 发生与维持。但本研究结果指出,OINP模型10天 组Nav1.7水平高于对照组,但行为学检测未见明显 疼痛行为,考虑当Nav1.7水平高于某一特定阈值方 可诱发疼痛行为。结合既往研究,我们推测:奥 沙利铂可能蓄积在背根神经节,造成周围神经的 损伤,导致伤害性感受发生,Nav1.7表达上调,通 过降低动作电位阈值并放大伤害性刺激,最终导 致疼痛感觉甚至异常性疼痛的发生。

此外本研究还采用RT-PCR的方法对Nav1.7 mRNA的表达予以研究,但结果显示:与蛋白表 达不同,在奥沙利铂诱发神经病理性疼痛模型 组,Nav1.7 mRNA表达没有显著变化。据此我们 分析,Nav1.7的表达在mRNA水平没有变化而在蛋 白水平发生了改变,提示神经病理性疼痛状态下 Nav1.7的表达上调可能在转录后调控;另一方面, 也可能是我们一次性给予奥沙利铂,诱发出神经 病理性疼痛持续时间较短,mRNA水平尚未做出 调控。具体机制还需进一步深入研究。

参考文献
[1] de Gramont A, Figer A, Seymour M, et al. Leucovorin andfluorouracil with or without oxaliplatin as first-line treatment inadvanced colorectal cancer[J].J Clin Oncol,2000,18(16): 2938-47.
[2] Extra JM, Espie M, Calvo F, et al. Phase I study of oxaliplatin inpatients with advanced cancer[J].Cancer Chemother Pharmacol,1990,25(4):299-303.
[3] Gamelin E, Gamelin L, Bossi L, et al. Clinical aspectsand molecular basis of oxaliplatin neurotoxicity: currentmanagement and development of preventive measures[J].SeminOncol,2002,29(5 Suppl 15):21-33.
[4] Ibrahim A, Hirschfeld S, Cohen MH, et al. FDA drug approvalsummaries: oxaliplatin[J]. Oncologist,2004,9(1):8-12.
[5] Cavaletti G, Tredici G, Petruccioli MG, et al. Effects of differentschedules of oxaliplatin treatment on the peripheral nervoussystem of the rat[J]. Eur J Cancer,2001,37(18):2457-63.
[6] McKeage MJ, Hsu T, Screnci D, et al. Nucleolar damagecorrelates with neurotoxicity induced by different platinumdrugs[J]. Br J Cancer,2001,85(8):1219-25.
[7] Yang Y, Wang Y, Li S, et al. Mutations in SCN9A, encodinga sodium channel alpha subunit, in patients with primaryerythermalgia[J]. J Med Genet,2004, 41(3):171-4.
[8] Cox JJ, Reimann F, Nicholas AK, et al. An SCN9A channelopathycauses congenital inability to experience pain[J].Nature,2006,444(7121):894-8.
[9] Fertleman CR, Baker MD, Parker KA, et al. SCN9A mutations inparoxysmal extreme pain disorder: allelic variants underlie distinctchannel defects and phenotypes[J]. Neuron, 2006,52(5):767-74.
[10] Chaplan SR, Bach FW, Pogrel JW, et al. Quantitative assessmentof tactile allodynia in the rat paw[J]. J Neurosci Methods,1994,53(1):55-63.
[11] Xing GG,Liu FY,Yao L, et al. Changes in long-term synapticplasticity in the spi nal dorsal horn of neuropathic pain rats[J].Beijing Da Xue Xue Bao (Yi Xue Ban),2003,35(3): 226-30.[邢国刚, 刘风雨, 姚磊,等. 神经病理痛大鼠脊髓背角突触传递的长时程可塑性变化[J].北京大学学报(医学版),2003,35(3):226-30.]
[12] Rush AM, Dib-Hajj SD, Liu S, et al. A single sodium channelmutation produces hyper- or hypoexcitability in different types ofneurons[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2006,103(21):8245-50.
[13] Djouhri L, Newton R, Levinson SR, et al. Sensory andelectrophysiological properties of guinea-pig sensory neuronesexpressing Nav 1.7 (PN1) Na+ channel alpha subunit protein[J]. JPhysiol,2003,546(Pt 2):565-76.
[14] Fukuoka T, Kobayashi K, Yamanaka H, et al. Comparative studyof the distribution of the alpha-subunits of voltage-gated sodiumchannels in normal and axotomized rat dorsal root ganglionneurons[J]. J Comp Neurol,2008,510(2):188-206.
[15] Ahn HS, Black JA, Zhao P, et al. Nav1.7 is the predominantsodium channel in rodent olfactory sensory neurons[J]. Mol Pain,2011,7:32.
[16] Weiss J, Pyrski M, Jacobi E, et al. Loss-of-function mutations insodium channel Nav1.7 cause anosmia[J]. Nature,2011,472(7342):186-90.
[17] Catterall WA, Goldin AL,Waxman SG. International Union ofPharmacology. XLVII. Nomenclature and structure-functionrelationships of voltage-gated sodium channels[J]. Pharmacol Rev,2005,57(4):397-409.
[18] Klugbauer N, Lacinova L, Flockerzi V, et al. Structure andfunctional expression of a new member of the tetrodotoxinsensitivevoltage-activated sodium channel family from humanneuroendocrine cells[J]. EMBO J,1995,14(6):1084-90.
[19] Cummins TR, Howe JR,Waxman SG. Slow closed-stateinactivation: a novel mechanism underlying ramp currents in cellsexpressing the hNE/PN1 sodium channel[J]. J Neurosci,1998,18 (23):9607-19.
[20] Herzog RI, Cummins TR, Ghassemi F, et al. Distinct reprimingand closed-state inactivation kinetics of Nav1.6 and Nav1.7sodium channels in mouse spinal sensory neurons[J]. JPhysiol,2003,551(Pt 3):741-50.
[21] Rush AM, Cummins TR,Waxman SG. Multiple sodium channelsand their roles in electrogenesis within dorsal root ganglionneurons[J]. J Physiol,2007, 579(Pt 1):1-14.
[22] Black JA, Frézel N, Dib-Hajj SD, et al. Expression of Nav1.7 inDRG neurons extends from peripheral terminals in the skin tocentral preterminal branches and terminals in the dorsal horn[J].Mol Pain,2012,8:82.
[23] Ling B, Coudoré-Civiale MA, Balayssac D, et al. Behavioral andimmunohistological assessment of painful neuropathy induced bya single oxaliplatin injection in the rat[J]. Toxicology,2007,234(3):176-84.
[24] Carrato A, Gallego J, Díaz-Rubio E. Oxaliplatin: results incolorectal carcinoma[J]. Crit Rev Oncol Hematol,2002,44(1):29-44.