采用诱导性多潜能干细胞(iPSC)研究疼痛个体差异的机制

慢性痛严重危害人类健康。临床资料发现，即使接受同样的痛刺激，病人对疼痛的评估存在明显的个体差异。疼痛的个体差异，目前还缺乏实验室模型，其机制也不甚清楚。遗传性红斑肢痛(IEM)是一种常染色体显性疾病，远端肢体给予温热刺激，病人会出现剧烈的烧灼痛。研究发现，IEM的分子机制是：外周感觉神经系统的电压门控NaV1.7通道出现功能获得型突变(gain-of-function)，从而导致背根神经节(DRG)的神经元兴奋性增加。临床发现一个意思的现象，即使病人携带相同的NaV1.7通道突变，疼痛程度也存在差异。其原因是什么呢？这也是研究者想要回答的问题。方法：研究者选择一个独特的家系：母亲和儿子均携带NaV1.7-S241T的功能获得型突变，并均有慢性痛。与母亲相比，儿子的疼痛程度更厉害，表现为疼痛次数多、持续时间长和晚上疼醒的次数多。父亲无此突变，也无明显疼痛。结果：（1）采集母亲、儿子和父亲的外周血，将诱导性多潜能干细胞(iPSC)分化成外周感觉神经元(iPSC-SN)。（2）采用微电极阵列(MEA)，记录不同温度下（33℃、37℃和40℃）iPSC-SN的兴奋性。母亲和儿子的iPSC-SN细胞呈现温度依赖性地兴奋性增加，父亲的iPSC-SN细胞无此反应。更有意思的是，虽然母亲和儿子的iPSC-SN均携带NaV1.7-S241T的功能获得型突变，但是二者的兴奋性存在明显差异。与母亲（疼痛程度低）的iPSC-SN相比，儿子（疼痛程度高）的iPSC-SN兴奋性明显增加。进一步的分析发现，三组iPSC-SN静息膜电位(RMP)存在差异（儿子约-54 Mv、母亲约-58 Mv、父亲约-61 Mv）。（3）采用全外显子组测序(WES)及分析发现：与神经元兴奋性相关的KCNQ2基因（编码KV7.2通道）存在变异。 在母亲存在KV7.2-T730A的功能获得型突变，但儿子无此突变。KV7.2-T730A的功能获得型突变，会降低母亲细胞的兴奋性。结论：通过体外建立病人iPSC-SN细胞模型，结合WES和电生理技术，可以培养皿里(disease-in-a-dish)研究疼痛个体差异的分子机制。