Neuron–astrocyte metabolic coupling facilitates spinal plasticity and maintenance of inflammatory pain

星形胶质细胞 脊髓 神经科学 神经元 糖原 神经可塑性 小胶质细胞 生物 炎症 中枢神经系统 内分泌学 免疫学
作者
Sebastián Marty-Lombardi,Shiying Lu,Wojciech Ambroziak,Katrin Schrenk-Siemens,Jialin Wang,Anna Depaoli-Roach,Anna M. Hagenston,Hagen Wende,Anke Tappe‐Theodor,Manuela Simonetti,Hilmar Bading,Jürgen G. Okun,Rohini Kuner,Thomas Fleming,Jan Siemens
出处
期刊:Nature metabolism [Nature Portfolio]
卷期号:6 (3): 494-513 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s42255-024-01001-2
摘要

Abstract Long-lasting pain stimuli can trigger maladaptive changes in the spinal cord, reminiscent of plasticity associated with memory formation. Metabolic coupling between astrocytes and neurons has been implicated in neuronal plasticity and memory formation in the central nervous system, but neither its involvement in pathological pain nor in spinal plasticity has been tested. Here we report a form of neuroglia signalling involving spinal astrocytic glycogen dynamics triggered by persistent noxious stimulation via upregulation of the Protein Targeting to Glycogen (PTG) in spinal astrocytes. PTG drove glycogen build-up in astrocytes, and blunting glycogen accumulation and turnover by Ptg gene deletion reduced pain-related behaviours and promoted faster recovery by shortening pain maintenance in mice. Furthermore, mechanistic analyses revealed that glycogen dynamics is a critically required process for maintenance of pain by facilitating neuronal plasticity in spinal lamina 1 neurons. In summary, our study describes a previously unappreciated mechanism of astrocyte–neuron metabolic communication through glycogen breakdown in the spinal cord that fuels spinal neuron hyperexcitability.
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