疼痛是临床上最常见的症状之一,外周组织损伤或疾病产生的疼痛若不及时治疗或治疗方案和药物使用不恰当,急性疼痛往往发展成慢性疼痛(持续时间大于3个月)。慢性痛的形成,需要大量基因共同参与,最近研究报道,慢性神经痛大鼠脊髓背根节上12.4%的基因表达上调而7%的却下降。这些基因的产物可以长时程地、稳定地调控慢性痛产生所需要的神经网络适应性,而持续稳定地改变基因表达、可遗传性,是表观遗传调控两个最主要特征。我们以往的工作表明,持续痛环境下,众多表观遗传标志蛋白表达发生了改变,并伴随大量基因表达的变化。因此,我们提出假设,表观遗传调控的基因转录活性变化介导了慢性痛的产生和维持。然而,在持续疼痛的环境下,疼痛相关的中枢神经组织和系统,表观遗传标志物和基因表达模式发生了何种变化,这些表观遗传标志物如何调控了这些基因表达变化,及其如何贡献于慢性痛的形成,尚不明朗。疼痛诱导的表观遗传学改变是一个可逆过程,因此,理论上恢复疼痛处理系统中异常的表观遗传形态,会解除疼痛,抑制慢性痛的形成。越来越多的研究集中在识别和制定新的药物,主要是针对转录机制中可以扭转疼痛带来的表观遗传变化的调控元件。众多作用于表观遗传修饰系统的化合物可以有效地对抗癌症细胞,如组蛋白去乙酰化酶抑制剂异羟肟酸(SAHA,也称沃雷诺司),已通过美国FDA批准。表观遗传疗法用于癌症的初步成效为类似的方法解决慢性痛做好了准备,这是有别于传统疼痛症状治疗的新方法。基于以上提出的问题,本研究联合运用生物化学、分子生物学、免疫组织化学、电生理学、病毒和行为学等技术手段研究慢性痛环境下,中枢神经系统表观遗传调控的基因表达活性改变如何贡献于慢性痛产生,在此基础上提出缓解疼痛的可能方案。本研究主要发现:1)持续炎性状态下,组蛋白乙酰化调控的BDNF表达增加,通过激活TrkB,经过PLC-PKC信号通路启动中缝大核(NRM)中GluA1亚基的突触转移,产生慢性疼痛行为。2)HDAC抑制剂增加GAD65活性,恢复GABA突触的抑制功能,并减轻痛敏行为。我们进一步研究发现,BDNF-TrkB信号通路调节的GAD65在突触末端聚集,对HDAC抑制剂诱导的镇痛中具有至关重要的作用。3)神经损伤状态下HDAC抑制剂表观遗传上调神经生长因子(NGF)表达,后者通过TrkA-PLC-IP3-CaMKII信号通路介导DOR(δ阿片受体)突触迁移。δ阿片受体激动剂与HDAC药物联合使用缓解疼痛行为。4)阿片类药物在镇痛的同时,可产生强烈的奖赏效应,从而导致药物滥用和成瘾的风险。过去一直认为疼痛诱导的负向情绪可以抑制药物滥用,本研究却发现,疼痛增加了吗啡奖赏效应,降低吗啡产生奖赏效应的阈值。慢性痛模型的小鼠大脑中央杏仁核(CeA),组蛋白二甲基化转移酶G9a的表达发生明显下调,继而降低了众多疼痛相关基因启动子上的组蛋白二甲基化水平,使得这些基因的转录活性增加。进一步的研究发现,G9a表达下调是通过MeCP2调控的表观遗传学机制。此外,MeCP2可实现特异性调控谷氨酸神经元的活性。我们在表观遗传水平揭示了 MeCP2-G9a-BDNF通路介导疼痛对阿片奖赏效应易化的分子机制。本研究主要从表观遗传角度,揭示慢性痛环境下,神经环路产生不良适应性的分子生物学基础,阐明其在慢性疼痛形成和维持中的作用,为理解慢性痛的顽固性提供了全新的视角。