PPARα对肥胖大鼠神经病理性疼痛的作用及其机制

郭欣欣，张博涵，赵梦楠，王品莹，陶学恕

（1.锦州医科大学附属第三医院麻醉科，辽宁 锦州 121000；2.中国医科大学附属第一医院疼痛科，沈阳 110001）

研究［1］显示，肥胖与胰岛素抵抗、血脂异常、2型糖尿病和神经退行性疾病相关。最新研究［2］表明肥胖与疼痛易感性增加有关。饮食诱导的肥胖大鼠或肥胖的Zucker大鼠在皮内注射角叉菜胶时表现出增强的外周炎症和炎症痛觉过敏［3-4］。目前没有预防或治愈肥胖相关疼痛的方法，所以阐明其作用机制非常重要。

过氧化物酶体增殖物激活受体α（peroxidosome proliferators activate receptors α，PPARα）与许多脂代谢性疾病（肥胖症等）有关。研究［5］发现在肥胖人群肝脏中PPARα下调。PPARα已被证实在许多炎症相关的神经病理性疼痛（neuropathic pain，Nep）中发挥止痛作用。Nep与中枢小胶质细胞活化及其随后释放的促炎性细胞因子白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）有关［6］，研究［7］表明小胶质细胞最终引起脊髓等部分的神经细胞凋亡。有研究［8］发现炎症痛时脊髓中的PPARα激活，并迅速参与到痛觉传导的过程中。另外还有研究［9］发现给予PPARα激动剂可以有效降低硫酸镁注射引起的疼痛，而敲除PPARα基因后发现大鼠的痛觉敏感性增加，而给予PPARα激动剂后却没有显示出明显的抗疼痛作用。肥胖是全身低度的慢性炎症状态，外周脂肪细胞变性坏死促进炎症介质释放，脂肪细胞凋亡导致促炎性细胞因子增多［10］，造成疼痛敏感性增强。人外周血单核细胞中PPARα激活还具有抗氧化、抗炎、抗凋亡等重要作用［11］。

本研究采用高脂肪饮食诱导建立肥胖大鼠模型，进而建立Nep模型，探讨PPARα在肥胖大鼠Nep中的作用及其机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物及试剂

体质量约70 g的雄性SD大鼠（辽宁长生生物中心），饲养在23～25 ℃，12 h光照/黑暗循环的房间中，随意提供食物和水。所有实验均按照《动物和人类研究指导原则》进行。实验程序经中国医科大学动物保护与使用委员会批准。PPARα、Bax、Bcl-2抗体购自美国Cell Signaling Technology公司；PPARα激动剂（PEA）、PPARα抑制剂（GW6471）购自美国APEx-BIO公司。

1.2 方法

1.2.1 大鼠饲养及分组：取SPF级SD大鼠60只，采用随机数字表法随机分为高脂（high fat，HF）组、HF+坐骨神经分支损伤（spared nerve injury，SNI）组、HF+SNI+PEA组、HF+SNI+GW6471组、低脂（low fat，LF）组、LF+SNI组。连续高脂/低脂饲料喂养12周，HF组大鼠给予高脂饮食（含脂肪45% kcal；美国New Brunswick公司）诱导肥胖，具体方法见文献［12］，LF组大鼠给予低脂饮食（含脂肪10% kcal）。采用SNI法制备Nep模型，HF或LF组大鼠喂养12周后处死，每组收集部分大鼠L4-6脊髓（spinal cord，SC）和脊髓背根神经节（dorsal root ganglion，DRG）。在大鼠Nep模型建立后14 d收集大鼠L4-6SC和DRG。HF+SNI+PEA组、HF+SNI+G6471组术后14 d时，鞘内分别给予PEA（0.03 μmol/kg）、GW6471（0.03 μmol/ kg），连续7 d，期间每天测量机械性异常性疼痛，7 d后收集大鼠SC和DRG。

1.2.2 大鼠机械刺激缩爪潜伏期（paw withlraw threshold，PWT）测定：采用Von Frey实验评估机械性异常性疼痛，具体方法见文献［13］。将大鼠置于具有网状底部的笼中，并将校准的Von Frey针垂直施用于动物的后爪，直至观察到阳性反应（缩爪和舔或摇动爪）。

1.2.3 大鼠SNI模型制备：模拟制作与神经损伤相关的Nep的SNI模型。通过吸入3%异氟烷使大鼠麻醉，并且暴露主要坐骨神经及其后肢的分支。结扎或切断胫神经和腓总神经，保留细小腓肠神经。24 h在后爪和足外侧产生显著疼痛反应。

1.2.4 脊髓蛛网膜下腔的腰椎导管插入术：按照文献［14］方法进行鞘内置管。吸入3%异氟烷麻醉大鼠，制作中线侧面切口，并将引导插管（20 G）插入蛛网膜下腔。动物清醒后通过导管施用2%利多卡因（10 μL），通过尾甩动作和后肢麻痹表明定位正确。

1.2.5 Western blotting实验：取出大鼠L4-6SC和DRG，在含有RIPA裂解物（P0013B）的400 μL匀浆缓冲液中匀浆。然后将样品0 ℃温育30 min，在4 ℃ 15 000 r/min离心10 min。收集上清液并使其变性，在十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶上进行电泳，然后转移到聚偏二氟乙烯膜上。用含有5%脱脂奶粉的封闭缓冲液封闭膜，然后与PPARα一抗（1∶1 000）和GAPDH（1∶1 000）孵育。洗涤膜并与适当二抗（1∶10 000）温育。用ECL试剂（Millipore Bio-science）显色印迹，获得图像并用分子成像仪（Gel Doc TMXR，170-8170）和相关的Quantity One 4.6.5软件分析。

1.3 统计学分析

2 结果

2.1 各组大鼠体质量、PWT比较

结果显示，喂养6、8、10、12周时HF组大鼠比LF组大鼠体质量增加显著（P＜ 0.05）。见图1。

图1 各组大鼠体质量变化情况Fig.1 Comparison of body mass of rats in each group

喂养12周后LF组、HF组、HF+SNI组、LF+SNI组、HF+SNI+PEA组、HF+SNI+GW 6471组50%PWT分别为（13.8±1.10）g、（5.98±1.22）g、（0.11±0.02）g、（0.17±0.40）g、（3.70±1.10）g、（0.07±0.01）g。与LF组比较，HF组大鼠的50%PWT显著降低（P＜ 0.05）；与HF组比较，HF+SNI组大鼠50%PWT进一步降低（P＜ 0.05）；与LF+SNI组比较，HF+SNI组50%PWT也显著降低（P＜ 0.05）；与HF+SNI组比较，HF+SNI+PEA组50%PWT显著提高（P＜ 0.05），HF+SNI+GW6471组显著降低（P＜ 0.05）。

2.2 各组大鼠SC中PPARα、Bax、Bcl-2表达比较

结果显示，与LF组比较，HF组SC中凋亡蛋白Bax表达显著提高（P＜ 0.05），凋亡蛋白Bcl-2表达显著降低（P＜ 0.05）；与HF组比较，HF+SNI组Bax表达进一步上调（P＜ 0.05），Bcl-2表达进一步下调（P＜ 0.05）。与HF+SNI组比较，HF+SNI+PEA组SC中凋亡蛋白Bax表达显著降低，Bcl-2表达显著升高（P＜ 0.05），HF+SNI+GW6471组凋亡蛋白Bax表达显著升高，Bcl-2表达显著降低（P＜ 0.05）。见表1、图2。

与LF组比较，HF组PPARα表达显著降低（P＜0.05）；与HF组比较，HF+SNI组PPARα表达进一步降低（P＜ 0.05）。与HF+SNI组比较，HF+SNI+PEA组SC中PPARα表达显著提高（P＜ 0.05），而HF+SNI+GW 6471组PPARα表达显著降低（P＜ 0.05）。见表1、图2。

3 讨论

研究［15］显示，SC中的PPARα途径在介导Nep中起主要作用，PEA能够逆转SNI野生型小鼠的机械性疼痛和热痛觉过敏，PEA已被证明是通过恢复小鼠SNI中的谷氨酸突触功能来改善疼痛。研究［16-17］显示，PEA通过激活PPARα在慢性疼痛中发挥抗炎、镇痛、免疫调节和神经保护作用。

表1 各组SC中PPARα表达、细胞凋亡蛋白Bax和Bcl-2表达的比较Tab.1 Comparison of PPARα expression，apoptosis protein Bax and bcl-2 expression in the SC of each group

图2 各组大鼠SC中PPARα，细胞凋亡蛋白Bax、Bcl-2表达情况Fig.2 Expression of apoptosis proteins Bax and bcl-2，PPARα in the SC of rats in each group

本研究结果显示，HF诱导的肥胖Nep大鼠机械疼痛敏感性增强，而鞘内注射PPARα激活剂PEA可减轻症状，而鞘内注射PPARα抑制剂（GW6471）则症状加重。HF诱导的肥胖Nep大鼠SC中PPARα表达下降，细胞凋亡因子Bax表达增加，Bcl-2表达降低。而PEA逆转大鼠SC中相关因子的表达。可见鞘内注射PEA可增加HF诱导的肥胖Nep大鼠SC中PPARα活性，导致机械疼痛敏感性降低。相反，鞘内注射GW6471降低SC中PPARα活性，导致机械疼痛敏感度增高。提示HF诱导的肥胖Nep大鼠疼痛增强是SC中PPARα活性降低导致细胞凋亡增加引起的。因此SC中PPARα活性受损是HF诱导的肥胖Nep大鼠疼痛增强的主要原因。

促凋亡蛋白和抑凋亡蛋白共同存在于细胞内，当凋亡信号发出时，2种蛋白平衡模式破坏，促调亡蛋白增多，使细胞发生凋亡［18］。本研究结果显示，HF诱导的肥胖Nep大鼠SC中细胞凋亡过程激活。有研究［19］证实肥胖与氧化应激及慢性炎症反应相关。在肥胖小鼠外周脂肪组织、肝脏、骨骼肌、心肌、血清、关节液等中ROS、SOD、MDA含量显著增加，炎症细胞因子TNF-α、IL-β等明显增加［20-21］。肥胖患者机体激活的免疫细胞产生大量ROS，促进氧化应激、炎症反应等发生，继而引起神经元损伤，引起Nep增强。

综上所述，HF诱导的肥胖大鼠SC中PPARα活性降低。PPARα活性降低导致SC中细胞凋亡蛋白Bax增加，Bcl-2减少，进而促进HF诱导的SNI大鼠疼痛增强。因此推测肥胖诱导的大鼠SC中PPARα活性降低，PPARα可能成为预防和治疗肥胖相关Nep的新靶点。