骨癌痛是一种具有炎症性痛、神经病理性痛及肿瘤特异性机制的特殊病理性疼痛。2020年我国新增癌症病例456.8万例，新增死亡病例约300万例，新增癌症病例和死亡病例均居全球第一[1]。约三分之一恶性肿瘤会转移入骨，转移至骨组织的肿瘤细胞不断增殖，改变骨细胞和局部炎症微环境，从而激活外周伤害性感受器并降低痛敏阈值[2]；外周伤害性感觉神经将疼痛信号传入脊髓并上行传导至脊髓上中枢，在此过程中胶质细胞活化、脊髓内源性阿片系统功能抑制、广动力范围神经元活化、突触重构、兴奋性神经电活动增加及细胞因子表达上调等，致使中枢敏化[3]。整个痛觉信息产生和传递过程中，脊髓背角是伤害性信息整合和传递的关键部位，其接受外周伤害性传入冲动并经上行传导通路到达高级中枢，既表征外周神经系统变化，也表征中枢系统包括脊髓和脑在癌痛病理进程中的变化。因此，表征脊髓组织中介导伤害感受信号的关键蛋白可为癌痛的治疗提供靶点和策略。2022年12月，湖北科技学院医学部基础医学院朱海丽团队在Frontiers in Molecular Neuroscience上发表了题为“Proteomic analysis of spinal cord tissue in a rat model of cancer-induced bone pain”的文章，表征了癌痛病理进程中脊髓组织差异性表达蛋白，揭示了突触和线粒体相关蛋白参与脊髓高代谢及功能异常。癌痛病理进程中，外周伤害信号诱发脊髓背角神经元兴奋性增加及突触可塑性改变[4]。文中通过大鼠胫骨骨髓腔内注入乳腺癌细胞的方法构建乳腺癌骨转移模型，运用形态学和行为学方法鉴定模型：放射影像学（X-射线）检测发现术后14天大鼠出现明显骨组织破坏，溶骨和骨皮质损伤；H&E染色发现骨癌痛模型大鼠骨小梁缺失；同时，模型大鼠机械痛阈值下降、自发痛次数增加及运动能力受损。正电子发射断层扫描（PET）显示模型大鼠脊髓组织中对18F-FDG（18-氟-6-脱氧葡萄糖）代谢增加；形态学染色发现，模型组大鼠脊髓背角有严重白细胞浸润，尼氏小体数量减少；该结果表明，癌症骨转移诱发脊髓代谢增加及功能异常（图1）。（图源：Zheng F, et al., Front Mol Neurosci, 2020）
透射电镜（TEM）结果显示，模型大鼠脊髓组织突触活化区增长、突触囊泡数量增加、线粒体结构破坏（不连续的外膜和嵴）。为准确量化及明确脊髓突触和线粒体相关蛋白变化，本研究采用LC-MS/MS（液相色谱串联质谱）分析脊髓组织差异性表达蛋白质。结果表明，与假性手术组相比，模型组脊髓组织中差异性表达蛋白422个，其中突触相关蛋白90个（47个上调，43个下调），线粒体相关蛋白66个（28个上调，38个下调）。差异性表达蛋白的结构和功能使用GO和KEGG富集分析，并使用免疫印迹和免疫荧光进行蛋白表达验证（图2）。图2 脊髓组织突触形态表征和差异性表达蛋白富集分析及鉴定。（图源：Zheng F, et al., Front Mol Neurosci, 2020）图3工作总结图：突触和线粒体相关蛋白参与癌痛机制图。（图源：Zheng F, et al., Front Mol Neurosci, 2020）在骨癌痛病理过程中，脊髓组织中突触和线粒体蛋白表达异常导致突触效能改变参与痛觉维持。根据蛋白质组学结果及形态学数据推测脊髓突触中异常表达的蛋白可作为骨癌痛治疗的潜在靶点（图3）。在研究中虽然发现了突触相关蛋白的差异性表达，但并未探究这些蛋白质在骨癌痛痛觉信息传递中的动态变化，而这些变化对于痛觉信号传递的调控非常重要；其次，文中对部分差异性蛋白进行了表征，但未针对这些蛋白进行功能性验证，应使用药理学和遗传学方法调控蛋白并分析对癌痛动物痛觉行为及痛觉信号的影响，这部分也将是我们课题组未来的主要研究内容。
原文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnmol.2022.1009615/full
通讯作者：朱海丽（图片提供自：湖北科技学院医学部基础医学院朱海丽课题组）朱海丽，女，汉族，1981年11月生，中共党员，博士研究生学历，副教授，硕士生导师。2011年获武汉大学理学博士学位，2012-2015年于北京大学医学部完成博士后训练；2015年6月-至今工作于湖北科技学院医学部基础医学院。研究方向为神经科学与神经病理，主要研究内容为神经炎症与神经突触在神经疾病发生发展中的作用及机制；研究成果以第一作者或通讯作者发表高水平国际权威期刊论文数十篇；研究课题获国家自然科学基金青年项目、面上项目、湖北省自然科学基金项目、湖北省教育厅项目以及湖北科技学院校级项目的资助。
[1] Siegel, R. L., Miller, K. D., Fuchs, H. E., and Jemal, A. (2022). Cancer statistics, 2022. CA Cancer J. Clin. 72, 7–33. doi: 10.3322/caac.21708[2] Ban, J., Fock, V., Aryee, D., and Kovar, H. (2021). Mechanisms, diagnosis and treatment of bone metastases. Cells 10:2944. doi: 10.3390/cells10112944[3] Paolini, F., Ferini, G., Bonosi, L., Costanzo, R., Brunasso, L., Benigno, U. E., et al. (2022). Spinal cord stimulation to treat unresponsive cancer pain: A possible solution in palliative oncological therapy. Life (Basel) 12:554. doi: 10.3390/life12040554[4] Garcia, K., Wray, J. K., and Kumar, S. (2022). Spinal cord stimulation. TreasureIsland, FL: In StatPearls.