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裸鼹鼠为什么没有痛觉? 精选

已有 11540 次阅读 2016-10-17 16:28 |系统分类:海外观察

TrkA是神经生长因子的受体酪氨酸激酶,选择性结合神经生长因子,除了在神经系统多种神经元的生长发育、分化和轴突形成过程中起关键作用外,神经生长因子及其功能性受体TrkA在疼痛的产生及维持过程中也起了重要作用。研究证明,阻断神经生长因子TrkA信号可有效抑制疼痛及痛觉过敏。自然界存在一种特殊的老鼠非洲裸鼹鼠,其TrkA基因发生突变造成这种动物没有疼痛感觉,给这种动物适应营养极端匮乏环境提供了生存优势。人类该基因缺陷也可以出现痛觉丧失,这种疾病让患者无法躲避伤害性刺激,导致患者经常处于危险而不知。


可以说神经生长因子是痛觉敏感调节剂,这种蛋白激素释放后与受体TrkA结合,经过一系列信号传导,通过P38erk磷酸化激活痛觉敏感受体TRPV1,如果这个系统功能增强,会发生痛觉敏感,如果这个系统功能下降,则会降低疼痛敏感性。研究发现,裸鼹鼠TrkA基因突变造成这种受体不容易被激活,造成这种动物失去痛觉。

裸鼹鼠是哺乳动物的杰出代表,种群生活方式像蜜蜂、蚂蚁,和蚂蚁、蜜蜂、黄蜂以及白蚁一样有组织。裸鼹鼠表面皮肤上几乎无毛,完全没有疼痛感。这些古怪动物生活在地下巢穴里,数量可多达100只。裸鼹鼠用不成比例的大门齿挖洞,这些牙齿位于嘴唇前面,这样它们便不会吞下泥土。裸鼹鼠寿命可达到30岁,是其它鼠类生物寿命的10倍。

得克萨斯大学进化神经生物学家哈罗德扎肯认为,这个研究非常有意思,并说这个研究对研究疼痛,寻找镇痛药物十分有价值。

成百上千工裸鼹鼠在地下修建隧道,养护一个皇后和她的配偶,为了寻找赖以生存的大型地下块茎,工裸鼹鼠们挖数公里长的隧道。它们的生存环境比较艰难,这里氧气浓度低,二氧化碳浓度高,食物相对缺乏。为了应对恶劣环减少能量消耗,这些动物甚至放弃了体温调节和痛觉。伊利诺斯大学神经科学家Thomas Park说,这些动物太不可思议了,也许是来自另一个星球。

柏林亥姆霍兹联合会马克斯·德尔布吕克分子医学中心神经科学家Gary Lewin所以研究这种奇怪的裸鼹鼠,是因为他在芝加哥的一个朋友发现这种动物的痛觉神经末梢与其它哺乳动物不一样。2008年的研究发现,这些动物对酸和热等疼痛刺激不敏感,这导致发现裸鼹鼠缺乏痛觉。Lewin对此十分吃惊,开始在自己实验室饲养这种动物。但是这种动物饲养比较困难,只有一个皇后生育,他一直无法获得足够多实验动物。

他放弃动物实验,改为对来自这种动物的神经细胞进行研究,当局部发生炎症和损伤后,炎症细胞和损伤组织可以释放神经生长因子,这种细胞因子结合在神经细胞表面的特定受体TrkA上,这种受体是痛觉神经纤维维持疼痛敏感性的关键信息枢纽,因为这些受体可以提高疼痛离子通道TRPV1的敏感性,因此神经生长因子可以提高触觉和痛觉敏感性。

采用蛙卵为工具,Lewin将这些动物的痛觉信号系统和普通大鼠进行比较,发现如果将普通大鼠的TrkA和裸鼹鼠TRPV1通道基因共同表达在蛙卵细胞,这种通道对酸和热敏感。通过逐渐缩小搜索范围,Lewin发现裸鼹鼠TrkA受体基因本身存在问题。裸鼹鼠TrkA受体基因表达的蛋白无法有效提高TRPV1通道敏感性。这就是研究发现的结果,解释了裸鼹鼠没有痛觉的根本原因是TrkA受体基因突变。最新研究刚刚发表在Cell Reports上。

对裸鼹鼠TrkA受体和普通大鼠氨基酸序列对比发现,有三个氨基酸差异是造成功能下调的原因。波士顿儿童医院神经科学家Clifford Woolf说,有一类人类患者也存在类似的突变。但是这种患者并不能获得裸鼹鼠的生存优势,身体无法探测和远离有时是致命的伤害。

Lewin说,裸鼹鼠痛觉下降是一个生存策略。神经生长因子和受体是神经系统发育的关键因素。这种系统性能下调,但仍然能低水平运行,使裸鼢鼠拥有一个相对简单但合适的神经系统,其中痛觉神经减少减少。简单的神经系统可以减少能量的需求,这对于适应营养匮乏的恶劣生存环境具有重要价值。扎肯说,基因上的小小突变可以产生表型上的巨大进化。对裸鼢鼠的研究可以促进疼痛治疗药物的发现。Park说,经典的疼痛干预方法过于粗暴,经常带来意想不到的不良副作用。神经生物学家一直寻找代替阿片类药物的疼痛治疗药物,阻断神经生长因子信号系统就是这类研究的一种。不过过去研究发现,利用阻断神经生长因子治疗关节炎疼痛效果确实不错,但可惜有时会给患者带来膝关节损伤,因为患者感觉不到疼痛,关节得不到疼痛带来的运动限制保护,最终导致关节损伤加重。纽约州立大学石溪分校神经科学家Lorne Mendell说,Lewin的研究给这一领域带来新的思路,或许从受体水平上寻找治疗方法能避免抗神经生长因子带来的副作用。



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