Neuron︱胡宏镇团队揭示机械门控离子通道Piezo2介导内脏痛及内脏痛超敏相关表型
内脏痛是炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）、肠应激综合征（Irritable bowel syndrome，IBS）和肠阻梗（Intestinal obstruction）等胃肠道疾病最常见的症状[1-3]，也是患者就医的最主要诉求之一，严重影响患者精神健康和生活质量。相对于躯体痛发生的神经生物学基础来说，我们对于内脏痛发病机制研究相对滞后。
2022年12月22日，圣路易斯华盛顿大学（Washington University in Saint Louis）痒觉与感觉障碍研究中心（CSISD）胡宏镇课题组联合澳大利亚弗林德斯大学（Flinders University）Nick J Spencer课题组在《神经元》（Neuron）上发表了题为 “Piezo2 channels expressed by colon-innervating TRPV1-lineage neurons mediate visceral mechanical hypersensitivity” 的文章。圣路易斯华盛顿大学谢自力博士、中国科学院上海药物研究所封晶博士和澳大利亚弗林德斯大学的Timothy J Hibberd博士为论文的共同第一作者。在此项研究中，作者发现特异性去除支配结直肠的TRPV1+伤害感受器能显著降低结直肠扩张（colorectal distention, CRD）引起的内脏运动反应（visceromotor response, VMR）；而Piezo2通道作为TRPV1+伤害感受器的机械力感知受体，通过基因组学或AAV病毒介导的功能性沉默能显著降低Piezo2介导的VMR反应。更重要的是，作者发现Piezo2通道同样参与IBS和肠阻梗引起的内脏痛超敏反应。本研究为内脏痛治疗提供了新的靶标和思路。
前人研究表明TRPV1+ DRG神经元作为伤害感受器在躯体痛中发挥重要功能。有趣的是， 90%以上支配肠道的DRG神经元同样表达TRPV1，这提示TRPV1+ DRG神经元可能参与内脏痛发生。为了验证这一设想，作者首先在TRPV1Cre小鼠的结直肠壁上注射了Cre依赖性表达白喉毒素a亚基（dta）的腺病毒相关病毒（adeno-associated virus，AAV）（AAV9-DTA），以特异性去除支配结直肠的TRPV1+伤害感受器。注射病毒三周后，在相同位点注射逆行示踪剂霍乱毒素B亚基（Cholera Toxin Subunit B，CTB）以标记支配直肠的DRG神经元，结果发现与注射对照病毒的小鼠相比，CTB在注射AAV9-DTA病毒的小鼠中标记的DRG神经元的数目明显降低，说明DTA病毒成功去除了部分支配直肠的DRG神经元。重要的是，与注射对照病毒的小鼠相比，注射DTA病毒的小鼠在CRD高压力（60和80 mmHg）下引起的VMR反应被显著抑制。这些结果说明TRPV1+伤害感受器参与调控CRD引起的内脏痛（图1）。
图1 TRPV1+伤害感受器介导CRD引起的VMR反应
（图源：Zili Xie, et al., Neuron, 2022）
2021年10月4日，Ardem Patapoutian教授由于发现了机械敏感型通道Piezo1和Piezo2而荣获诺贝尔奖，有趣的是本文作者发现Piezo2表达在约50%的支配结直肠的TRPV1+伤害感受器中。为了测试TRPV1+伤害感受器是否通过Piezo2直接感受机械刺激进而调控内脏痛，作者构建TRPV1Cre::Piezo2fl/fl小鼠以特异性敲除TRPV1+伤害感受器中Piezo2通道。实验结果发现，机械刺激支配结直肠的DRG神经元所引起的电流显著减小、肠道神经纤维传导的动作电位发放频率显著降低、CRD引起的VMR反应在敲除小鼠中被显著抑制。这些结果充分表明Piezo2作为TRPV1+伤害感受器上的机械感知受体参与了内脏痛发生（图2）。
图2 敲除TRPV1+伤害感受器中的Piezo2抑制CRD引起的VMR反应
（图源：Zili Xie, et al., Neuron, 2022）
由于TRPV1Cre::Piezo2fl/fl小鼠有可能会影响支配其它部位的DRG神经元及中枢神经元功能，为了特异性敲低支配结直肠DRG神经元中的Piezo2通道，作者在Piezo2fl/fl小鼠的结直肠壁上注射了表达Cre蛋白的AAV9病毒（AAV9-Cre）。结果表明，与注射对照病毒的小鼠相比，注射AAV9-Cre病毒的小鼠对CRD引起的VMR反应显著降低。这一结果确证了Piezo2通道在内脏痛感知中的重要作用（图3）。
图3 特异性敲除支配结直肠DRG神经元中的Piezo2抑制CRD引起的VMR反应
（图源：Zili Xie, et al., Neuron, 2022）
为进一步验证Piezo2通道在病理条件（如IBS和肠阻梗等）是否参与内脏痛超敏，研究者建立了两种内脏痛超敏小鼠模型：酵母聚糖（Zymosan）诱导的IBS模型和结直肠结扎引起的肠阻梗模型。研究结果表明，在这两种病理模型中，Piezo2在支配结直肠的DRG神经元中的表达显著上调，机械刺激引起的机械敏感电流显著增加。更重要的是，通过基因组学策略敲除Piezo2和病毒介导的Piezo2功能沉默均能显著抑制IBS和肠阻梗引起的内脏痛超敏表型（图4）。
图4 敲除TRPV1+伤害感受器中的Piezo2抑制Zymosan和肠阻梗诱导的内脏痛超敏感
（图源：Zili Xie, et al., Neuron, 2022）
值得注意的是，近日哈弗医学院David D. Ginty课题组在预印本平台bioRxiv发表了题为“DRG afferents that mediate physiologic and pathologic mechanosensation from the distal colon”的文章，进一步支持了Piezo2参与CRD引起的内脏痛这一结论。
综上所述，这项研究结合单细胞RT-PCR，原位杂交，单细胞膜片钳，肠道神经纤维记录，VMR记录，肠道注射AAV病毒等多种技术，充分揭示了TRPV1+伤害感受器和Piezo2通道在内脏痛及内脏痛超敏感中的重要作用，为临床慢性内脏痛的治疗提供了新的靶点和思路。基于此发现，研究团队也将在后续工作中针对病理条件下Piezo2通道的敏化机制、内脏痛发生的神经环路等科学问题开展进一步探索。
原文链接：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(22)01069-8
往期文章精选【1】npj Parkinsons Dis︱李天晴/季维智团队利用基因工程化间充质干细胞成功治疗帕金森疾病模型取得重要进展【2】脑网络及其功能意义【3】综述专题第三期︱AD内嗅皮层功能障碍；tACS神经认知等效应；cGAS-STING信号细胞功能；衰老中静止和衰老细胞的巨自噬……【4】年终盘点︱Neuroscience Bulletin 2022年封面文章汇集【5】实验方案系列︱从小鼠中获取成熟小胶质细胞的分步操作【6】Mol Psychiatry︱叶克强课题组揭示肝螺杆菌累积引发帕金森病小鼠多巴胺能神经元变性和运动障碍【7】Adv Sci︱徐运课题组揭示特异性激活内侧前额叶谷氨酸能神经元改善慢性缺血性脑白质损伤【8】J Neurosci︱深圳先进院刘畅课题组揭示果蝇椭球体环状神经元亚型在睡眠调控中的特异性作用
【9】NPP︱浙江大学陈新忠课题组揭示了腹外侧中脑导水管周围灰质中缝背核的GABA能神经元介导疼痛及焦虑行为的异质性【10】Nat Metab︱高志华/段树民课题组揭示糖代谢关键酶Ⅱ型己糖激酶调控小胶质细胞功能的新机制NeuroAI 读书会【1】NeuroAI 读书会启动︱探索神经科学与人工智能的前沿交叉领域
优质科研培训课程推荐【1】膜片钳与光遗传及钙成像技术研讨会（2023年1月7-8日 腾讯会议）欢迎加入“逻辑神经科学”【1】“ 逻辑神经科学 ”诚聘编辑/运营岗位 ( 在线办公)【2】“ 逻辑神经科学 ”诚聘副主编/编辑/运营岗位 ( 在线办公)【3】人才招聘︱“ 逻辑神经科学 ”诚聘文章解读/撰写岗位 ( 网络兼职, 在线办公)
参考文献（上下滑动阅读）
1. Zieli nska, A., Sa1aga, M., W1odarczyk, M., and Fichna, J. (2019). Focus on current and future management possibilities in inflammatory bowel dis ease-related chronic pain. Int. J. Colorectal Dis. 34, 217–227. https://doi.org/10.1007/s00384-018-3218-0.
2. Al-Chaer, E.D., Kawasaki, M., and Pasricha, P.J. (2000). A new model of chronic visceral hypersensitivity in adult rats induced by colon irritation during postnatal development. Gastroenterology 119, 1276–1285. https://doi.org/10.1053/gast.2000.19576.
3. Shi, X.Z., Lin, Y.M., and Hegde, S. (2018). Novel insights into the mecha nisms of abdominal pain in obstructive bowel disorders. Front. Integr. Neurosci. 12, 23. https://doi.org/10.3389/fnint.2018.00023.
本文完