Nature（IF=48.5）：慢性疼痛研究取得突破，发现治疗新靶点

在这项研究中，研究人员对英国生物样本库中13万名欧洲血统参与者的慢性疼痛强度数据进行全基因组关联研究（GWAS）。在发现SLC45A4变异与疼痛的相关性后，他们采用细胞放射性摄取实验来验证其转运活性，并利用冷冻电镜来解析SLC45A4的结构。之后，他们使用了Slc45a4基因敲除小鼠（由赛业生物提供），并结合行为学测试来评估其疼痛敏感性。此外，他们还通过膜片钳实验分析了神经元兴奋性和突触传递功能。

考虑到疼痛具有明显的遗传成分，研究人员利用英国生物样本库的数据开展了全基因组关联研究。他们总共鉴定出29个疼痛强度相关的单核苷酸变异（SNV）。后续研究集中在SLC45A4基因座上，因为它编码了一种溶质载体（SLC）转运蛋白，但具体功能尚不明确。研究人员发现，位于内含子区的rs10625280和错义变异rs3739238与疼痛程度显著相关。后续通过对百万退伍军人计划（MVP）数据和芬兰遗传学项目（FinnGen）数据的分析证实了这两个变异与疼痛的相关性。

接下来，研究人员试图从分子层面阐明SLC45A4的功能。曾有研究提出，SLC45A4可能是蔗糖转运蛋白。代谢组关联分析显示，GABA可能是SLC45A4的底物，但其水平在GABA或蔗糖作用下均未出现热稳定性变化，这促使他们考虑其他代谢物。

由于腐胺降解也可以生成GABA，他们分析了精氨酸-鸟氨酸-腐胺通路中参与GABA合成的多种底物。分析结果表明，SLC45A4在生物胺存在时热稳定性显著降低（图1）。细胞放射性摄取实验结果表明，SLC45A4对多胺具有选择性识别能力，对腐胺和尸胺亲和力最高，而亚精胺和精胺次之（图1）。这些结果表明，SLC45A4是质膜多胺转运蛋白。

之后，研究人员利用冷冻电镜解析了人类SLC45A4的结构。分析结果显示，SLC45A4由12条跨膜α螺旋组成，呈现主要协同转运蛋白超家族（MFS）折叠模式（图1）。它的独特之处在于其跨膜螺旋6和7之间存在一个25.5 kDa的胞质结构域，其中Arg414和Gln462之间形成“Plug”结构域，使转运蛋白处于自抑制状态。值得注意的是，Lys450与Arg453侧链中胺基之间的距离约为5 Å，这与高亲和力底物腐胺和尸胺的长度接近，表明多胺可能以类似方式与结合位点相互作用（图1）。后续分析显示，SLC45A4可能通过膜不稳定化机制促进多胺释放。

图1 SLC45A4是带有Plug结构域的多胺转运蛋白^[1]

单细胞RNA测序和RT-qPCR分析显示，Slc45a4在小鼠背根神经节（DRG）的感觉神经元亚型中高表达。DRG切片的原位杂交分析显示，几乎所有DRG神经元（包括伤害感受器）都表达Slc45a4（图2）。现有数据还表明SLC45A4在人类感觉神经元中表达。通过电穿孔将eGFP标记的SLC45A4导入DRG神经元时，该蛋白被转运至细胞膜，与其在跨膜运输中的功能一致。

为了探究SLC45A4功能与疼痛感知之间的关联，研究人员构建了Slc45a4-KO小鼠（由赛业生物提供）。这些小鼠无明显发育缺陷，但在发育早期出现短暂白毛表型。代谢组学分析显示，Slc45a4缺失导致小鼠脊髓中亚精胺减少，而DRG中腐胺增加，且血浆中亚精胺水平升高，表明多胺的稳态被破坏（图2）。不过，Slc45a4-KO小鼠的感觉神经元分布及皮肤神经纤维密度均正常。

图2 Slc45a4缺失导致多胺代谢紊乱^[1]

行为学测试显示，与野生型和杂合子小鼠相比，Slc45a4-KO小鼠对机械刺激的反应未发生改变，但在置于48℃或50℃热板时表现出反应潜伏期延长（即感觉迟钝）（图3）。在评估小鼠在热梯度装置不同区域的停留时间时，他们观察到KO小鼠更倾向于向高温区域转移。分析结果表明Slc45a4-KO存在热觉编码异常，且该异常似乎特异性作用于热觉而非冷觉。最后，他们通过足底注射致痛剂福尔马林来检测小鼠的避痛行为。与对照相比，Slc45a4-KO小鼠在第一时相的避痛行为显著减少（图3）。

图3 SLC45A4对热敏感性和持续疼痛很重要^[1]

为直接探究疼痛调节的外周机制，研究人员对解离的感觉神经元进行膜片钳分析，重点关注两大伤害感受器群体：IB4结合型（主要为非肽能神经元）和非IB4结合型（主要为肽能神经元）。他们发现，Slc45a4-KO小鼠的IB4+伤害感受器功能正常，而IB4-伤害感受器的阈上兴奋性显著降低。离体皮肤-神经分析显示，在Slc45a4基因敲除小鼠中，C-多模态伤害感受器（C-MH）对阈上机械刺激和热刺激的反应显著降低。这些结果表明，SLC45A4对调节伤害感受器亚群的躯体和神经兴奋性具有重要作用。