小膠質(zhì)細(xì)胞功能再次被挖掘！研究揭示其參與神經(jīng)病理性疼痛的緩解
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周圍神經(jīng)損傷通過(guò)影響神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。其中，脊髓后角的小膠質(zhì)細(xì)胞不僅在形態(tài)和數(shù)量上發(fā)生改變，而且在基因表達(dá)譜上表現(xiàn)出多種細(xì)胞群。過(guò)往研究主要著重于疼痛的發(fā)生、發(fā)展和持續(xù)，而神經(jīng)病理性疼痛通過(guò)何種機(jī)制達(dá)到自發(fā)緩解，尚未可知。
2022年3月31日，九州大學(xué)藥學(xué)研究院Makoto Tsuda教授團(tuán)隊(duì)在Science 發(fā)表Report，利用外周神經(jīng)損傷小鼠模型，揭示了脊髓后角CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)胰島素樣生長(zhǎng)因子1（IGF1）參與疼痛的自發(fā)緩解。
CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)于神經(jīng)病理性疼痛的自發(fā)緩解是必要的
研究人員首先利用Itgax-Venus小鼠（Itgax編碼CD11c）構(gòu)建外周神經(jīng)損傷模型（PNI），發(fā)現(xiàn)PNI顯著升高Venus+細(xì)胞數(shù)量，且Venus局限表達(dá)于IBA1+、CD11b+、P2Y12R+、HexbtdT/tdT小鼠（Hexb局限表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞）的tdT+細(xì)胞。
作為補(bǔ)充數(shù)據(jù)，研究人員還利用骨髓嵌合小鼠和脾臟切除小鼠，排除了CD11c表達(dá)于外周來(lái)源細(xì)胞的可能性。因此，PNI導(dǎo)致的CD11c+細(xì)胞為小膠質(zhì)細(xì)胞。
流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果顯示，PNI術(shù)后第14天，CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞達(dá)峰，直到第56天一直保持在高水平。且CD11chigh小膠質(zhì)細(xì)胞在第35天達(dá)峰（該時(shí)間點(diǎn)的逃避閾值已經(jīng)恢復(fù)到基線水平）。相反，CD11cneg小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量在第35天時(shí)已與對(duì)照組無(wú)明顯差異。以上結(jié)果說(shuō)明CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞在疼痛發(fā)生后出現(xiàn)，且在疼痛緩解后仍持續(xù)存在。
研究人員進(jìn)一步利用Itgax-DTR-EGFP小鼠，在PNI第14天后通過(guò)鞘內(nèi)注射DTX特異性去除CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)去除CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞的小鼠沒(méi)有表現(xiàn)出自發(fā)疼痛緩解。該結(jié)果說(shuō)明CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)于神經(jīng)病理性疼痛的自發(fā)緩解是必要的。
圖1：脊髓CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)于疼痛自發(fā)緩解的必要性
CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)IGF1導(dǎo)致疼痛自發(fā)緩解
為了探究CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)何種分子發(fā)揮作用，研究人員對(duì)PNI后脊髓中的CD11chigh和CD11cneg小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行了RNA測(cè)序，結(jié)果表明CD11chigh中的Igf1表達(dá)量顯著高于CD11cneg。
利用Itgax-Cre;Igf1flox/flox小鼠特異性去除CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞、利用Cx3cr1CreERT2;Igf1flox/flox小鼠特異性敲除小膠質(zhì)細(xì)胞中的Igf1、或在野生型小鼠鞘內(nèi)注射IGF1中和抗體，均顯著抑制了PNI第14天后的疼痛自發(fā)緩解。相反，在野生型小鼠鞘內(nèi)注射IGF1顯著增強(qiáng)了疼痛自發(fā)緩解。
以上結(jié)果表明，CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞中升高的IGF1對(duì)于疼痛自發(fā)緩解是必要的。
圖2：CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞中的IGF1對(duì)于疼痛自發(fā)緩解的必要性
髓鞘吞噬導(dǎo)致CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞的增加
那么，什么導(dǎo)致了CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞的增加？研究人員發(fā)現(xiàn)足底注射saporin-CTB（損傷有髓神經(jīng)纖維）導(dǎo)致了脊髓CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞的增加，而足底注射saporin-IB4（損傷無(wú)髓神經(jīng)纖維）則沒(méi)有。且PNI導(dǎo)致CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)吞噬相關(guān)基因。因此，研究人員猜想CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞的增加可能與吞噬髓鞘相關(guān)。
分離PNI后的CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，研究人員發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞對(duì)髓鞘的吞噬顯著升高；免疫組化顯示PNI后MBP與Venus（顯示CD11c表達(dá)）、CD68（顯示溶酶體）共標(biāo)；電鏡圖片顯示吞噬了髓鞘顆粒的CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞。脊髓中注射髓鞘碎片導(dǎo)致了CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞的增加。
另外，與髓鞘吞噬相關(guān)的Axl在CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞中顯著升高。敲除Axl顯著降低了CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量和Igf1的表達(dá)，且抑制了疼痛自發(fā)緩解。
因此，以上結(jié)果表明，Axl可能通過(guò)髓鞘吞噬導(dǎo)致CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞的增加。
圖3：Axl導(dǎo)致CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞的增加
特異性去除CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞導(dǎo)致疼痛復(fù)發(fā)
PNI第35天后，逃避閾值已恢復(fù)至基線水平。此時(shí)，研究人員利用Itgax-DTR-GFP小鼠特異性去除CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞后，逃避閾值顯著降低，即疼痛復(fù)發(fā)。
類似地，利用Cx3cr1CreERT2;Igf1flox/flox小鼠在PNI第37、39天特異性敲除小膠質(zhì)細(xì)胞中的Igf1、或在野生型小鼠鞘內(nèi)注射IGF1中和抗體，均導(dǎo)致了疼痛復(fù)發(fā)。
圖4：在PNI疼痛自發(fā)緩解后去除CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞導(dǎo)致疼痛復(fù)發(fā)
總 結(jié)
綜上，該研究揭示了CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)IGF1，在神經(jīng)病理性疼痛的后期發(fā)揮抑制疼痛的作用，達(dá)到疼痛自發(fā)緩解。這種自發(fā)緩解并不是病理狀態(tài)的消失，而是一種動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)CD11c+小膠質(zhì)細(xì)胞和IGF1的功能進(jìn)行深入研究，有望產(chǎn)生疼痛治療新靶點(diǎn)。
與過(guò)往研究充分揭示了小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)病理性疼痛中的“致痛”作用所不同，該研究揭示了還存在發(fā)揮“鎮(zhèn)痛”作用的小膠質(zhì)細(xì)胞亞群，為小膠質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)性提供了證據(jù)，也啟示我們重新審視小膠質(zhì)細(xì)胞的功能。
圖5：神經(jīng)病理性疼痛中的不同小膠質(zhì)細(xì)胞亞群
原文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf6805
同期評(píng)論文章：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5592
參考文獻(xiàn)
Kohno K, Shirasaka R, Yoshihara K, Mikuriya S, Tanaka K, Takanami K, Inoue K, Sakamoto H, Ohkawa Y, Masuda T, Tsuda M. A spinal microglia population involved in remitting and relapsing neuropathic pain. Science. 2022 Apr;376(6588):86-90. doi: 10.1126/science.abf6805. Epub 2022 Mar 31. PMID: 35357926.
編譯作者：Hong Chaoli（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）
校審：Simon（brainnews編輯部）
