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目的:课题组前期研究发现,链脲佐菌素(streptozocin,STZ)诱导的糖尿病神经病理性痛(diabetic neuropathic pain,DNP)模型大鼠前额叶皮质(prefrontal cortex,PFC)星形胶质细胞显著活化,促炎细胞因子TNF-α、IL-1β水平显著上调。但由于传统药理学方法无法实现星形胶质细胞特异性调控,其与DNP发病机制之间的因果关系依旧不清楚。本实验在STZ诱导的DNP模型大鼠及野生型大鼠上,采用化学遗传学技术特异性调控PFC星形胶质细胞及神经元活性,分析调控星形胶质细胞活性对促炎细胞因子及其神经元活性的影响,明确PFC星形胶质细胞在DNP中的作用及其调控机制。方法:本实验在STZ诱导的DNP模型大鼠上,借助脑立体定位注射技术,通过腺相关病毒分别将载有星形胶质细胞GFAP启动子或神经元CaMKⅡ启动子的抑制性受体hM4Di表达在大鼠双侧PFC上。在野生型大鼠上,借助脑立体定位注射技术,通过腺相关病毒分别将载有星形胶质细胞GFAP启动子或神经元CaMKⅡ启动子的兴奋性受体hM3Dq表达在大鼠双侧PFC上。3 w后,病毒表达稳定,腹腔注射外源性配体氯氮平-N-氧化物(Clozapine N-oxide,CNO),测定机械痛阈,观察特异性调控星形胶质细胞或神经元活性对机械痛的作用。行为学实验结束后,脑组织冰冻切片,荧光显微镜下确认病毒感染部位。采用荧光免疫组织化学法检测大鼠前额叶皮质GFAP荧光强度及Fos蛋白表达情况,酶联免疫吸附法测定大鼠PFC促炎细胞因子TNF-α及IL-1β的水平。结果:(1)化学遗传学技术特异性抑制DNP大鼠PFC星形胶质细胞活性后,行为学结果显示,STZ诱导的机械痛敏显著改善;荧光免疫组织化学结果显示,与对照组相比,模型组大鼠PFC星形胶质细胞呈活化状态,GFAP荧光强度增强,并且Fos蛋白表达显著上调;抑制PFC星形胶质细胞活性后,其细胞形态趋向静息状态,GFAP荧光强度减弱,Fos蛋白表达显著下降;ELISA结果显示,与对照组相比,模型组组大鼠PFC促炎细胞因子TNF-α与IL-1β水平均显著升高;抑制PFC星形胶质细胞活性后TNF-α与IL-1β水平显著下降;(2)化学遗传学技术特异性抑制DNP大鼠PFC神经元活性后,行为学结果显示,STZ诱导的机械痛敏显著缓解;荧光免疫组织化学结果显示,与对照组相比,模型组大鼠PFC区域Fos蛋白表达显著上调,星形胶质细胞呈活化状态,GFAP荧光强度增强;抑制PFC神经元活性后Fos蛋白表达显著下调,并且GFAP荧光强度减弱、细胞形态趋向静息状态;(3)化学遗传学技术激活野生型大鼠PFC星形胶质细胞后,行为学结果显示,大鼠出现机械性触发痛;荧光免疫组织化学结果显示,对照组大鼠PFC星形胶质细胞形态趋向静息状态,GFAP荧光强度较低,Fos蛋白极少表达,激活大鼠PFC星形胶质细胞后,细胞呈活化状态,GFAP荧光强度增强,并且Fos蛋白表达显著上调;ELISA结果显示,对照组促炎细胞因子TNF-α与IL-1β水平较低,激活大鼠PFC星形胶质细胞后TNF-α与IL-1β水平显著升高;(4)化学遗传学技术激活野生型大鼠PFC神经元活性,行为学结果显示,大鼠出现机械性触发痛;荧光免疫组织化学结果显示,对照组大鼠PFC极少表达Fos蛋白,星形胶质细胞形态趋向静息状态,GFAP表达较低,激活PFC神经元后大鼠Fos蛋白表达显著上调,并且GFAP荧光强度增强,星形胶质细胞呈活化状态。结论:1.PFC星形胶质细胞活化诱导糖尿病大鼠产生糖尿病神经病理性痛;2.PFC星形胶质细胞活化后可能通过上调促炎细胞因子TNF-α和IL-1β的表达,促进神经元活化,从而起到对DNP的调控作用。