ラット骨癌疼痛モデルにおける後根神経節における骨形態形成タンパク質2（Bmp2）のアップレギュレーション

Upregulation of bone morphogenetic protein 2 ( Bmp2) in dorsal root ganglion in a rat model of bone cancer pain.

• Wei Wang
• Qiliang Jiang
• Jingxiang Wu
• Wei Tang
• Meiying Xu

抄録

骨がんの疼痛は、原発性または転移性の骨がん患者における最も重篤で難治性の合併症の一つであり、生活の質を大きく損なっている。新たな証拠は、背側根神経節が疼痛過敏症の調節に不可欠な役割を果たしていることを示している。しかし、背側根神経節が介在する骨癌性疼痛の基礎となる分子機構は未だ解明されていない。本研究では、Walker256乳癌細胞の腹腔内接種により確立されたラット骨癌疼痛モデルの背側根神経節神経細胞における異なる発現遺伝子の検出にRNAシーケンスを用いた。遺伝子オントロジーと京都大百科事典ゲノム解析の結果、異なる発現遺伝子（倍数変化＞1.5、偽発見率＜0.05）は、骨形態形成タンパク質（BMP）シグナル伝達経路、トランスフォーミング成長因子-βシグナル伝達経路、軟骨発達の陽性制御に富むことが明らかになった。重要なことは、血清剥奪応答タンパク質（Sdpr）、ヘファエスティン（Heph）、トランスサイレチン（Ttr）、インスリン受容体基質1（Irs1）、結合組織成長因子（Ctgf）、Bmp2遺伝子が骨の痛みや変性と関連していることでした。特に、痛みと炎症を媒介する多能性分泌分子であるBmp2は、この骨癌疼痛モデルでは、背側根神経節ニューロンにおいて最も有意にアップレギュレーションされた遺伝子の一つであった。これらのデータと一致するように、骨癌疼痛モデルにおけるBmp2のアップレギュレーションは、免疫組織化学、リアルタイム定量ポリメラーゼ連鎖反応、およびウェスタンブロッティングによって検証された。重要なことは、siRNAをラットに髄腔内投与することで、Bmp2の転写が有意に減少し、ラットの骨癌疼痛が改善されたことである。以上のことから、我々は、骨癌性疼痛モデルラットの背側根神経節の包括的な遺伝子発現プロファイルをRNA-sequencingにより解析し、Bmp2が骨癌性疼痛治療の潜在的な治療標的であることを明らかにした。

Bone cancer pain is one of the most severe and intractable complications in patients suffering from primary or metastatic bone cancer and profoundly compromises the quality of life. Emerging evidence indicates that the dorsal root ganglion play an integral role in the modulation of pain hypersensitivity. However, the underlying molecular mechanisms during dorsal root ganglion-mediated bone cancer pain remain elusive. In this study, RNA-sequencing was used to detect the differentially expressed genes in dorsal root ganglion neurons of a rat bone cancer pain model established by intratibial inoculation of Walker 256 breast cancer cells. Gene ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes analysis showed that the differentially expressed genes (fold change > 1.5; false discovery rate < 0.05) were enriched in the bone morphogenetic protein (BMP) signaling pathway, transforming growth factor-β signaling pathway, and positive regulation of cartilage development. Importantly, serum deprivation-response protein ( Sdpr), hephaestin ( Heph), transthyretin ( Ttr), insulin receptor substrate 1 ( Irs1), connective tissue growth factor ( Ctgf ), and Bmp2 genes were associated with bone pain and degeneration. Of note, Bmp2, a pleiotropic and secreted molecule mediating pain and inflammation, was one of the most significantly upregulated genes in dorsal root ganglion neurons in this bone cancer pain model. Consistent with these data, upregulation of Bmp2 in the bone cancer pain model was validated by immunohistochemistry, real-time quantitative polymerase chain reaction, and western blotting. Importantly, intrathecal administration of siRNA significantly reduced Bmp2 transcription and ameliorated bone cancer pain in rat as shown by paw withdrawal mechanical threshold and spontaneous and movement-evoked pain-like behaviors. In conclusion, we have characterized the comprehensive gene expression profile of dorsal root ganglion from a bone cancer pain rat model by RNA-sequencing and identified Bmp2 as a potential therapeutic target for bone cancer pain treatment.