化疗药物（如紫杉醇PTX），在治疗癌症的同时也常伴随着各种副作用，影响患者日常活动，甚至影响化疗进程。化疗药物对神经系统的毒性副作用，通常被称为“化学脑”，导致神经病理、认知功能障碍及焦虑和抑郁等负性情绪反应，深刻影响癌症患者的治疗和生活质量。DNA甲基化和DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）沉默基因表达，参与调控多种神经系统功能和疾病。然而，化疗导致的这些表观遗传改变及其是否及如何参与化疗痛及相关情绪障碍的机制并不清楚。因此，研究DNA甲基化调控化疗痛及相关负性情绪的中枢机制，有助于理解化疗导致的中枢神经系统毒副作用，并可能为改善化疗痛及相关负性情绪提供预防及治疗靶点。
近日，西安交通大学梁玲利教授、霍福权教授和空军军医大学陈涛教授在Advanced Science上共同发表了题为“DNMT3a downregulation-triggered Up-regulation of GABAA Receptor in the mPFC Promotes Paclitaxel-induced Pain and Anxiety in Male Mice”的文章。研究表明，内侧PFC（medial PFC，mPFC）DNMT3a通过调控GABAA受体影响锥体神经元抑制性突触传递进而参与紫杉醇诱导的痛敏及焦虑样行为的中枢调控机制，为化疗痛及伴随负性情绪的治疗和预防提供了潜在靶点，结合饲喂甲基供体饮食的实验观察，对化疗毒副作用的治疗和预防提供了一定的指导意义。
该研究中，作者采用紫杉醇（Paclitaxel，PTX）诱导的化疗痛伴发焦虑抑郁的小鼠模型，通过全脑Fos染色，确定PTX导致皮层脑区mPFC活性下降。对模型小鼠mPFC中的DNA甲基化和各DNMTs表达水平进行评估发现，PTX导致雄性小鼠mPFC的整体低甲基化，DNMT3a mRNA和蛋白表达降低，而DNMT3b和DNMT1表达不变。接下来作者发现挽救mPFC DNMT3a的下调可以缓解PTX诱导的痛敏、焦虑样行为，但不影响PTX小鼠抑郁样行为。相反，在正常小鼠中mPFC DNMT3a的敲低会诱导小鼠产生痛敏和焦虑样行为。
作者进一步研究发现mPFC特异性过表达锥体神经元DNMT3a显著减轻了PTX诱导的痛敏行为和焦虑样行为。然而，特异性过表达mPFC中 GABA能神经元上的DNMT3a则对PTX诱导的痛敏和焦虑样行为没有影响。这些结果强调了mPFC锥体神经元中DNMT3a在调控PTX诱导的痛敏和焦虑样行为的关键作用。作者对mPFC中的Ⅴ层锥体神经元进行了全细胞膜片钳记录验证。结果表明DNMT3a表达降低导致GABAAR介导的mPFC抑制性突触传递增强，这可能与PTX导致的痛敏及焦虑样行为有关。
进一步的分子实验显示，PTX导致GABAAR多个亚基的蛋白水平明显增加，过表达DNMT3a能够逆转PTX诱导的GABAAR多个亚基蛋白水平的上调。通过ChIP和焦磷酸测序实验明确了DNMT3a调控Gabrb1基因启动子部位特定碱基的甲基化（5mC）水平。以上结果为mPFC中DNMT3a介导DNA甲基化转录调控GABAAR亚基表达提供了有力的证据。作者最后通过饲喂小鼠甲基供体饮食证明小鼠长期（3个月）甲基供体饮食策略有效缓解了PTX诱导痛敏和焦虑样行为。
综上所述，该研究揭示了PTX造成的mPFC中锥体神经元低甲基化和DNMT3a的表达下调导致GABAAR大量表达从而增强抑制性突触传递导致E/I失衡参与促进痛敏和焦虑样行为的表观遗传学机制。重新过表达mPFC DNMT3a能够沉默GABAA受体表达减少抑制性突触传递，从而改善紫杉醇诱导的痛敏和焦虑样行为。因此，DNMT3a和GABAAR可能作为治疗化疗痛及伴发焦虑的潜在靶点。近年来，DNMTs抑制剂已被开发用于癌症治疗，该研究结果强调了开发DNMT激动剂或增加DNA甲基化以治疗神经系统疾病的必要性。此外，各种GABAAR亚基的独特作用也值得进一步研究，以开发特异性的GABAAR拮抗剂或激动剂。
本文通讯作者为西安交通大学生理学与病理生理学系梁玲利教授、霍福权教授和空军军医大学解剖学系陈涛教授，本文第一作者是博士研究生田丽霞和西安交通大学李旭辉副教授。该工作获得国家自然科学基金项目、陕西省自然科学基础研究计划一般项目、陕西省博士后科研项目资助及中央高校基本科研业务费等基金的支持。
