神經損傷引起的神經病理性疼痛是一種慢性難治性疾病，僅在美國每年就有超過600萬人長期受神經病理性疼痛的折磨。由於目前的藥物（如阿片類藥物和非甾體類抗炎藥）在大多數神經病理性疼痛患者中療效不佳，因此探索新的發病機制和研發新型治療方法成為當務之急。
周圍神經損傷引起背根神經節（DRG）中初級感覺神經元內與疼痛相關基因在轉錄水平上發生表達改變，這些改變被證實與神經病理性疼痛的發展和維持相關。深入研究周圍神經損傷如何導致DRG中這些疼痛相關基因的表達改變可能為神經病理性疼痛治療提供新的途徑。
基因組功能元件增強子（enhancer）和沉默子（silencer）可以條件特異性地在時空上精準調控轉錄的激活或抑制【1-3】。沉默子元件在哺乳類動物中廣泛存在【1】。它可以依賴抑制性轉錄因子和抑制性表觀調控蛋白發揮對靶基因的轉錄抑制作用【4-6】。
2021年11月11日，在美國羅格斯大學新澤西州立醫學院陶元祥課題組、南加州大學洛杉磯分校Keck醫學院Zilkha神經發生研究所、南通大學疼痛醫學研究所等多學科協作下，浙江大學醫學院附屬第二醫院嚴敏課題組在Journal of Experimental Medicine雜誌在線發表題為ZNF382 controls mouse neuropathic pain via silencer-based epigenetic inhibition of Cxcl13 in DRG neurons的研究，該研究運用多種技術手段首次闡明在染色質構象環基礎上，鋅指蛋白轉錄因子ZNF382與靶基因功能元件—沉默子結合，同時招募多種表觀調控蛋白共同發揮對神經病理性疼痛的調控作用。
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研究首先觀察到在正常的DRG神經元中，ZNF382表達相對較高。周圍神經損傷後，DRG中ZNF382表達顯著減少。在外周神經損傷後損傷側DRG特異性過表達ZNF382可以顯著緩解小鼠的神經病理性疼痛症狀。
通過Microarray analysis發現，DRG中ZNF382過表達可以顯著抑制細胞因子受體結合、趨化因子活動等信號通路，在一系列受抑制的致痛基因中，以趨化因子CXCL13表達抑制最為顯著。CXCL13作為一個重要的致痛基因，作者發現它在外周神經損傷後的DRG神經元中顯著升高，並且可以引起明顯的神經病理性疼痛症狀。
通過進一步的染色質免疫共沉澱測序（ChIP-seq）和染色質免疫共沉澱PCR（ChIP-PCR）實驗發現，ZNF382與CXCL13基因啟動子上游大約29555bp遠處的intergenic片段結合，如果用decoy DNA阻斷ZNF382與intergenic片段結合，或者用CRISPR-Cas9系統將該片段切除，可以破壞ZNF382對CXCL13的轉錄抑制作用，同時可以削弱ZNF382的鎮痛效果。
結合上述證據，這段243bp大小的intergenic片段很可能是DRG中CXCL13基因的沉默子元件。那麼轉錄因子ZNF382與CXCL13的沉默子結合以後，是怎麼樣遠距離調控CXCL13啟動子活性的呢？
作者進一步通過染色質構象捕獲實驗（3-C）證實，CXCL13沉默子片段與其啟動子片段在空間上相互靠近，這提示了沉默子-啟動子構象環的存在。
另外，一系列的蛋白質免疫共沉澱（Co-IP）結果表明，ZNF382可以招募兩種表觀調控蛋白，分別是組蛋白去乙酰化酶HDAC1和組蛋白甲基化酶SETDB1，並且ZNF382/HDAC1/SETDB1複合物在外周神經損傷以後的DRG中形成明顯減少。
研究進一步發現HDAC1、SETDB1同時和CXCL13啟動子區域的特定片段結合，介導CXCL13啟動子區域的ac-H3和H3K9me3修飾。由於DRG中ZNF382表達降低，這引起ZNF382/HDAC1/SETDB1複合物形成減少，後者進一步導致了HDAC1/SETDB1在CXCL13啟動子區域結合減少，相對應地，結合減少的HDAC1引起CXCL13啟動子區域組蛋白乙酰化水平明顯升高、結合減少的SETDB1引起CXCL13啟動子區域組蛋白甲基化水平顯著降低，組蛋白乙酰化水平升高和甲基化水平降低，兩者的協同作用最終導致CXCL13啟動子區轉錄活性增強，從而激活CXCL13的轉錄過程。
外周神經損傷引起的ZNF382表達下調最終使CXCL13處於去抑制狀態，由此引起的DRG神經元CXCL13表達上調最終介導了神經病理性疼痛的發生和維持。
該文從基因組功能元件、染色質空間構象和表觀遺傳學調控的角度闡述了鋅指蛋白轉錄因子ZNF382在神經損傷引起的神經病理性疼痛發病機理中的作用及其機制，首次在疼痛領域探索了致痛基因的三維調控方式，為開發神經病理性疼痛藥物提供了全新思路。
浙江大學醫學院嚴敏教授、羅格斯大學新澤西州立醫學院陶元祥教授為論文共同通訊作者，本文主要團隊成員浙江大學醫學院附屬第二醫院麻醉科馬龍飛博士、郁麗娜博士、南通大學疼痛醫學研究所姜保春研究員以及浙江大學骨科研究所汪競凱博士後為文章的並列第一作者。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1084/jem.20210920
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