谷氨酸转运体的性别二态表达及对脊髓损伤后疼痛的影响

doi:10.4103/NRR.NRR-D-24-00035

摘要/Abstract

摘要：

大部分患者在脊髓损伤后除了丧失运动功能外，还会出现疼痛，其确切细胞分子机制仍待进一步研究。兴奋性谷氨酸转运体负责细胞外谷氨酸的再摄取，这使其成为防止神经元过度兴奋和兴奋性毒性的关键靶点。作者之前的研究表明，使用选择性雌激素受体调节剂他莫昔芬治疗脊髓损伤后，会出现性二态治疗窗口。实验旨在了解他莫昔芬对雌雄脊髓损伤大鼠的镇痛作用。实验假设，他莫昔芬可通过增加谷氨酸转运体的表达，从而降低次级神经元的过度兴奋性，或通过减少异常神经出芽来发挥镇痛作用。实验中，雄性和雌性大鼠的胸脊髓均受到中度挫伤，然后皮下注射缓释他莫昔芬或基质颗粒作为对照。使用 von Frey 单丝和 “上-下法 ”评估机械痛感。他莫昔芬治疗只减少了雌性脊髓损伤大鼠的异常性疼痛，显示了性别依赖效应。谷氨酸能转运体兴奋性氨基酸转运蛋白1/ 谷氨酸-天冬氨酸转运蛋白和兴奋性氨基酸转运蛋白2/谷氨酸转运蛋白1的表达谱显示，在脊髓喙端、损伤中心和尾端区域存在性别二态性，其主要表达于星形胶质细胞中。雌性大鼠的兴奋性氨基酸转运蛋白1表达水平明显高于雄性，而兴奋性氨基酸转运蛋白2表达水平则低于雄性。脊髓损伤后背角中降钙素基因相关肽α阳性肽能纤维和凝集素B4阳性非肽能纤维的比率增加，这表明背角的感受野有所增加。虽然行为测定显示他莫昔芬处理的雌性大鼠的异常性疼痛有所减轻，但这与谷氨酸转运体的过度表达或损伤后 28 d背角片层纤维的改变无关。以上结果为谷氨酸转运体在脊髓中的性别二态性表达提供了新证据，从而为治疗脊髓损伤后的慢性疼痛提供了治疗机会。

https://orcid.org/0000-0002-2912-554X (Jennifer M. Colón-Mercado)

Abstract: In addition to the loss of motor function, ~60% of patients develop pain after spinal cord injury. The cellular-molecular mechanisms are not well understood, but the data suggests that plasticity within the rostral, epicenter, and caudal penumbra of the injury site initiates a cellularmolecular interplay that acts as a rewiring mechanism leading to central neuropathic pain. Sprouting can lead to the formation of new connections triggering abnormal sensory transmission. The excitatory glutamate transporters are responsible for the reuptake of extracellular glutamate which makes them a critical target to prevent neuronal hyperexcitability and excitotoxicity. Our previous studies showed a sexually dimorphic therapeutic window for spinal cord injury after treatment with the selective estrogen receptor modulator tamoxifen. In this study, we investigated the anti-allodynic effects of tamoxifen in male and female rats with spinal cord injury. We hypothesized that tamoxifen exerts anti-allodynic effects by increasing the expression of glutamate transporters, leading to reduced hyperexcitability of the secondary neuron or by decreasing aberrant sprouting. Male and female rats received a moderate contusion to the thoracic spinal cord followed by subcutaneous slow-release treatment of tamoxifen or matrix pellets as a control (placebo). We used von Frey monofilaments and the “up-down method” to evaluate mechanical allodynia. Tamoxifen treatment decreased allodynia only in female rats with spinal cord injury revealing a sexdependent effect. The expression profile of glutamatergic transporters (excitatory amino acid transporter 1/glutamate aspartate transporter and excitatory amino acid transporter 2/glutamate transporter-1) revealed a sexual dimorphism in the rostral, epicenter, and caudal areas of the spinal cord with a pattern of expression primarily on astrocytes. Female rodents showed a significantly higher level of excitatory amino acid transporter-1 expression while male rodents showed increased excitatory amino acid transporter-2 expression compared with female rodents. Analyses of peptidergic (calcitonin gene-related peptide-α) and non-peptidergic (isolectin B4) fibers outgrowth in the dorsal horn after spinal cord injury showed an increased calcitonin gene-related peptide-α/ isolectin B4 ratio in comparison with sham, suggesting increased receptive fields in the dorsal horn. Although the behavioral assay shows decreased allodynia in tamoxifen-treated female rats, this was not associated with overexpression of glutamate transporters or alterations in the dorsal horn laminae fibers at 28 days post-injury. Our findings provide new evidence of the sexually dimorphic expression of glutamate transporters in the spinal cord. The dimorphic expression revealed in this study provides a therapeutic opportunity for treating chronic pain, an area with a critical need for treatment.

Key words: allodynia, central neuropathic pain, EAAT-1/GLAST, EAAT-2/GLT-1, glutamate transporters, selective estrogen receptor modulator, sexual dimorphism, spinal cord injury, trauma

. 谷氨酸转运体的性别二态表达及对脊髓损伤后疼痛的影响[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2025, 20(11): 3317-3329.

Jennifer M. Colón-Mercado, Aranza I. Torrado-Tapias , Iris K. Salgado , José M. Santiago , Samuel E. Ocasio Rivera , Dina P. Bracho-Rincon , Luis H. Pagan Rivera , Jorge D. Miranda. The sexually dimorphic expression of glutamate transporters and their implication in pain after spinal cord injury[J]. Neural Regeneration Research, 2025, 20(11): 3317-3329.

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《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

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延伸阅读

NRR：美国波多黎各大学学者揭示脊髓损伤后疼痛存在性别差异的机制

脊髓损伤后约 1 年出现异常性疼痛，被描述为 “损伤和难以忍受”。脊髓损伤后的原发性和继发性事件可导致脊髓丧失侧向抑制，继而脊髓神经元过度兴奋，疼痛信号传递到高级中枢。喙端和尾部半影的可塑性改变了自然激活-失活机制，导致中枢敏化。这些机制改变了非毒性刺激的传递和感知方式，从而改变了从外周进入中枢神经系统的感觉传递，因此导致大多数患者出现中枢神经病理痛。导致中枢神经麻痹的可能机制是谷氨酸能兴奋性输出增加或背角肽能纤维萌发导致感受野扩大。兴奋性氨基酸转运体 1 是谷氨酸天冬氨酸转运体的人类同源物，而兴奋性氨基酸转运体 2是谷氨酸转运体-1的人类同源物。这些转运体表达的改变与慢性疼痛的发展有关。

他莫昔芬是美国食品与药物管理局批准用于治疗癌症的药物，已被用于靶向雌激素受体并改善脊髓损伤、局灶性脑缺血和感觉皮层再生过程中的预后。美国波多黎各大学医学科学校区Jennifer M. Colón-Mercado等以往的研究结果显示，他莫昔芬可改善运动结果，但治疗窗口期存在性别差异：男性为 6 h，女性为 24 h。他们假设，他莫昔芬将通过改变谷氨酸转运体的表达或减少降钙素基因相关肽α阳性肽能纤维或凝集素B4阳性非肽能纤维向 DH I-II 层板的异常发芽来减少雄性和雌性大鼠的机械痛感。谷氨酸转运体表达的增加或痛觉纤维异常萌发的减少将降低脊髓神经元的兴奋性，从而减少异常传导并减轻痛觉。

美国波多黎各大学医学科学校区Jennifer M. Colón-Mercado等在《中国神经再生研究（英文）》（Neural Regeneration Research）2025年第11期发表的研究中，建立雄性和雌性大鼠的胸脊髓中度挫伤模型，然后皮下注射缓释他莫昔芬或基质颗粒作为对照。使用 von Frey 单丝和 “上-下法 ”评估机械痛感。他莫昔芬治疗只减少了雌性脊髓损伤大鼠的异常性疼痛，显示了性别依赖效应。谷氨酸能转运体兴奋性氨基酸转运蛋白1/谷氨酸-天冬氨酸转运蛋白和兴奋性氨基酸转运体 2/谷氨酸转运蛋白1的表达谱显示，在脊髓喙端、损伤中心和尾端区域存在性别二态性，其主要表达于星形胶质细胞中。雌性大鼠的兴奋性氨基酸转运蛋白1表达水平明显高于雄性，而兴奋性氨基酸转运体 2表达水平则低于雄性。脊髓损伤后背角中降钙素基因相关肽α阳性肽能纤维和凝集素B4阳性非肽能纤维的比率增加，这表明背角的感受野有所增加。虽然行为测定显示他莫昔芬处理的雌性大鼠的异常性疼痛有所减轻，但这与谷氨酸转运体的过度表达或损伤后 28 d背角片层纤维的改变无关。以上结果为谷氨酸转运体在脊髓中的性别二态性表达提供了新证据，从而为治疗脊髓损伤后的慢性疼痛提供了治疗机会。