IQGAP1介导Nav1.7和Nav1.8通道的运输与功能增强

《The Journal of Physiology》：Trafficking and potentiation of Nav1.7 and Nav1.8 channels are mediated by IQGAP1

　　

电压门控Nav1.7和Nav1.8通道对传递急性与慢性疼痛至关重要。Nav1.7和Nav1.8通道向感觉神经元膜的运输增强是疼痛敏化的关键机制，然而Nav1.7和Nav1.8通道运输的机制仍不明确。研究人员发现在缺失IQGAP1（IQ motif containing GTPase activating protein 1，即含IQ基序的GTP酶激活蛋白1）的小鼠中，由伤害性感受TRPV1和TRPA1通道激活诱发的急性伤害感受及热与机械痛觉过敏均显著减弱。在缺乏IQGAP1时，感觉神经元的基础兴奋性也显著降低。相应地，敲除IQGAP1降低了Nav1.7的基础膜表达，并且阻止了由炎症介质（inflammatory mediators, IM）诱导的感觉神经元中Nav1.7和Nav1.8通道的运输增强与敏化。分别由Nav1.7和Nav1.8通道介导的神经损伤诱导的神经病理性痛中的热痛觉过敏、机械性与冷异常性疼痛，在IQGAP1缺陷小鼠中亦被阻止。因此，IQGAP1调控Nav1.7和Nav1.8通道的运输与功能增强，可作为治疗急性与慢性疼痛的干预靶点。

一、研究背景与科学问题

电压门控钠（Na⁺）通道是动作电位启动与传播的基础，也在病理状态下参与疼痛敏化。其中，Nav1.7与Nav1.8通道在周围伤害性感受器中优先表达，是痛觉产生与敏化的关键分子，因而成为疼痛治疗的重要靶点。Nav1.7在超极化电位激活，属阈值通道，负责设定伤害性感受阈值；Nav1.8则在去极化电位激活且从失活中快速恢复，支持重复放电。二者协同作为痛觉的“守门人”。在炎症或神经损伤等病理条件下，大量释放的促炎介质（如PGE₂、TNFα）可增强感觉背根神经节（dorsal root ganglion, DRG）神经元中Nav1.7与Nav1.8通道的功能，导致疼痛超敏。已有研究表明，这类敏化与通道向细胞膜的运输增加有关，但其具体的分子机制尚未阐明。同时，虽已知多种辅助蛋白（如β亚基、FGF13、DOCK4等）参与Nav1.7/Nav1.8基础膜定位的调节，但这些蛋白是否介导病理状态下的通道运输仍不清楚。因此，揭示Nav1.7/Nav1.8通道在疼痛状态下的运输机制，对于理解疼痛敏化的细胞基础、开发新型镇痛策略具有重要意义。

二、研究概况

本研究发表于《The Journal of Physiology》。研究人员通过系列实验，探究了支架蛋白IQGAP1在Nav1.7与Nav1.8通道运输与功能调控中的作用。利用IQGAP1基因敲除（knockout, KO）小鼠模型，结合行为学、电生理学、免疫荧光、免疫共沉淀及蛋白质印迹等技术，系统评估了IQGAP1缺失对急慢性疼痛行为、DRG神经元兴奋性、Nav1.7/Nav1.8电流与膜表达的影响。研究发现，IQGAP1不仅调控Nav1.7的基础膜运输与神经元基础兴奋性，而且是炎症介质与神经损伤诱导的Nav1.7/Nav1.8运输增强与功能敏化的关键介质。该研究首次揭示IQGAP1作为Nav1.7与Nav1.8通道的共同运输调控因子，并提示其可作为治疗多种疼痛状态的新靶点。

三、主要技术方法概述

研究采用IQGAP1 KO小鼠（129背景）与野生型（wild-type, WT）C57Bl/6小鼠，动物实验获英国华威大学动物福利伦理委员会批准。行为学检测包括：通过足底注射辣椒素（capsaicin）或AITC（allyl isothiocyanate，异硫氰酸烯丙酯）诱导急性伤害感受，记录舔舐/退缩时间；使用Hargreaves仪与动态足底测痛仪分别评估热与机械痛阈；采用保留神经损伤（spared nerve injury, SNI）模型建立神经病理性痛，并检测冷异常性疼痛（丙酮蒸发试验）。细胞与分子实验包括：原代培养DRG神经元，进行全细胞膜片钳记录，分析神经元兴奋性（基强度、放电频率）及Nav1.7、Nav1.8电流；通过非通透条件表面染色与免疫荧光定量检测通道膜表达；利用免疫共沉淀验证IQGAP1与Nav1.7/Nav1.8的相互作用；通过蛋白质印迹检测膜蛋白表达及ERK1/2磷酸化水平。部分实验在HEK293细胞中过表达Nav1.7以验证IQGAP1的调控作用。

四、研究结果

1. IQGAP1是急性伤害感受与痛觉过敏所必需的

行为学实验显示，IQGAP1 KO小鼠在辣椒素（激活TRPV1）或AITC（激活TRPA1）诱导的急性伤害性行为（舔舐、退缩）显著减少，且辣椒素/AITC引发的热与机械痛觉过敏亦被阻止。然而，辣椒素/AITC诱导的DRG神经元中ERK1/2的激活在IQGAP1 KO中未改变，表明疼痛缺陷并非由下游信号传导中断导致。

2. 感觉DRG神经元的基础兴奋性需要IQGAP1

电流钳记录显示，IQGAP1 KO DRG神经元的基强度显著增加，放电频率降低，而静息膜电位无差异。电压钳记录发现，IQGAP1 KO神经元中由去极化电压阶跃激活的峰值内向Na⁺电流显著减小，提示电压门控钠通道功能降低是神经元兴奋性下降的机制。

3. IQGAP1对Nav1.7通道的功能增强至关重要

通过药理学分离Nav1.7电流，发现IQGAP1 KO DRG神经元的基础Nav1.7峰值电流显著低于WT。炎症汤（inflammatory soup, IS，含PGE₂、缓激肽、组胺、5-HT、ATP）处理可增强WT神经元Nav1.7电流，但此增强效应在IQGAP1 KO中消失。IS不影响Nav1.7的电压依赖性激活，且其他河豚毒素敏感（tetrodotoxin-sensitive, TTX-S）电流亦不受IS或IQGAP1影响。在HEK293细胞中，敲除IQGAP1同样降低Nav1.7电流，而回补IQGAP1可恢复电流，证实IQGAP1直接调控Nav1.7功能。

4. 炎症介质对Nav1.8的敏化依赖于IQGAP1

TNFα与PGE₂处理可显著增强WT DRG神经元Nav1.8峰值电流，但此增强效应在IQGAP1 KO中显著减弱或消失。TNFα不改变Nav1.8的电压激活曲线，而PGE₂则引起电压激活曲线的超极化偏移（增强门控），该偏移在IQGAP1 KO中仍存在，表明IQGAP1主要介导运输而非门控改变。相应地，TNFα与PGE₂降低WT神经元基强度（增强兴奋性），但在IQGAP1 KO中无此效应。

5. IQGAP1是Nav1.7和Nav1.8膜运输不可或缺的

表面免疫荧光染色显示，IQGAP1 KO神经元的基础膜Nav1.7（而非Nav1.8）表达降低。IS处理增加WT神经元膜Nav1.7表达，TNFα与PGE₂增加膜Nav1.8表达，但这些增加在IQGAP1 KO中均被阻止。组织染色与单细胞RNA测序数据分析显示，IQGAP1在DRG神经元中与Nav1.7/Nav1.8共表达，且免疫共沉淀证实IQGAP1与两者存在物理相互作用。

6. Nav1.7与Nav1.8通过IQGAP1参与不同的疼痛模态

在SNI神经病理性痛模型中，鞘内注射Nav1.7特异性拮抗剂ProTx-II可阻止热痛觉过敏，但不影响机械与冷异常性疼痛；足底注射Nav1.8拮抗剂A803467则抑制机械与冷异常性疼痛，而不影响热痛觉过敏。这表明Nav1.7主要介导热痛觉过敏，Nav1.8与TRPA1共同介导机械与冷异常性疼痛。IQGAP1 KO可阻止SNI诱导的热、机械及冷痛敏，且SNI后WT DRG中膜Nav1.7与Nav1.8表达增加，而在IQGAP1 KO中不增加。

五、讨论与结论

本研究发现，支架蛋白IQGAP1通过调控Nav1.7与Nav1.8通道的膜运输，在急慢性疼痛敏化中起核心作用。在基础状态下，IQGAP1主要调节Nav1.7（而非Nav1.8）的膜定位，影响神经元基础兴奋性；在炎症或神经损伤条件下，IQGAP1介导炎症介质（如PGE₂、TNFα）诱导的Nav1.7与Nav1.8运输增强与功能敏化。结合前期研究（IQGAP1亦调控TRPA1通道运输），IQGAP1成为同时调控疼痛感知（TRPA1）与传递（Nav1.7、Nav1.8）三个关键伤害性通道的中央枢纽。该研究阐明了Nav1.7/Nav1.8在病理状态下运输的分子机制，提示靶向IQGAP1或其介导的运输通路可能为治疗炎症性与神经病理性疼痛提供新的策略。