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脊椎动物中枢神经系统行使复杂的功能,这些高度精确脑功能的执行依赖于基因表达变化。中枢神经系统mRNA在组成上相当复杂,超过50﹪的mRNAs由低丰度表达转录本组成。这些低丰度表达基因大部分都是非常重要的生物效应器,对中枢神经系统功能的执行非常重要。因此,鉴定并研究中枢神经系统低丰度表达基因及其功能对于神经科学家来说是一个很大的挑战。
疼痛是一种复杂的生理心理活动。国际疼痛研究学会(IASP)将疼痛定义为“是一种与组织损伤或潜在损伤相关的不愉快的主观感觉和情感体验”。慢性神经痛是临床上的一大难题,很难治愈。脊髓和脑的很多区域以及很多基因都参与神经痛形成过程。然而,到目前为止,慢性神经痛形成的分子机制还不是很清楚。
大量的解剖学和生理学研究表明,初级感觉传入信息在空间和时间上的转换主要发生在初级感觉神经元与脊髓背角内的投射神经元之间,并且受多种因素的影响。在外周神经受到损伤产生痛敏的过程中,很多基因在转录、转录后以及翻译水平上都发生了很大的变化。在转录水平上,几百个基因的表达被上调或下调,这些基因表达的变化是痛觉过敏产生的分子基础。利用分子生物学技术来寻找和发现促进痛觉过敏形成的基因对于我们理解慢性神经痛形成的机制以及发现镇痛药物的分子靶点都是至关重要的。
CCI模型是研究慢性神经痛常用的一个模型。因此,我们提取大鼠慢性神经痛CCI模型L4-5段脊髓膨大部的mRNA,反转录标记探针,与大鼠脑cDNA文库构建的低丰度表达亚库制作成的cDNAmicroarray杂交,利用差减杂交原理,来筛选与慢性神经痛形成相关的基因。
通过cDNAmicroarray筛选的基因,结合NorthernBlot和原位杂交技术,我们考察了部分基因在大鼠的脊髓及大脑的表达模式。根据其在大鼠的脊髓以及大脑的表达模式,我们重点对RSEP4和RSEP1这两个基因进行了鉴定与功能分析。
RSEP4基因是一个特异性表达在大鼠中枢神经系统的新基因,位于染色体的Xq34区域,其cDNA的全长为2006bp,包含一个501个核苷酸的ORF,编码167个氨基酸蛋白。原位杂交结果显示,RSEP4主要表达在脊髓灰质中,在脊髓背角Ⅰ-Ⅱ层,V层的小的感觉神经元以及腹角的大的运动神经元中都具有很高水平的表达,在海马的CA1,CA3和DG区以及小脑的浦金野氏细胞层也有很高水平的表达。融合蛋白的亚细胞定位结果表明RSEP4蛋白是一个细胞质蛋白。这些结果提示,RSEP4基因可能是一个具有重要功能的基因。
RSEP1基因是CCI大鼠慢性神经痛相关的一个新基因。它位于染色体1q54的区域,其ORF长426bp,编码一个在各物种间高度保守的142个氨基酸的蛋白,其氨基酸序列和人、小鼠、果蝇以及线虫的同源相似性分别是100﹪,98﹪,39﹪和31﹪。NorthernBlot和原位杂交的结果显示,在脊髓背角Ⅰ-Ⅱ层,V层的小的感觉神经元以及腹角的大的运动神经元中都具有很高水平的表达,在海马的CA1,CA3和DG区也有很高水平的表达。融合蛋白的亚细胞定位结果表明RSEP1蛋白是一个细胞质蛋白。在脊髓L4-5腰椎膨大部的蛛网膜下腔内注射RSEP1反义寡核苷酸,既能够显著减弱CCI大鼠的热痛敏也能够显著减弱机械痛敏。并且,作用于神经痛的反义寡核苷酸特异性的效果是可逆转的,在停止注射反义寡核苷酸以后,这种减弱的痛敏反应又慢慢恢复到以前的痛觉过敏和触诱发痛。这些结果表明,RSEP1的反义寡核苷酸对痛敏行为的影响是CCI诱导的神经痛特异的。