Science：小胶质细胞的功能再次被挖掘！研究揭示其参与神经病理性疼痛的缓解
周围神经损伤通过影响神经元和胶质细胞，导致神经病理性疼痛的发生。其中，脊髓后角的小胶质细胞不仅在形态和数量上发生改变，而且在基因表达谱上表现出多种细胞群。过往研究主要着重于疼痛的发生、发展和持续，而神经病理性疼痛通过何种机制达到自发缓解，尚未可知。
2022年3月31日，九州大学药学研究院Makoto Tsuda教授团队在Science 发表Report，利用外周神经损伤小鼠模型，揭示了脊髓后角CD11c+小胶质细胞通过胰岛素样生长因子1（IGF1）参与疼痛的自发缓解。
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CD11c+小胶质细胞对于
神经病理性疼痛的自发缓解是必要的
研究人员首先利用Itgax-Venus小鼠（Itgax编码CD11c）构建外周神经损伤模型（PNI），发现PNI显著升高Venus+细胞数量，且Venus局限表达于IBA1+、CD11b+、P2Y12R+、HexbtdT/tdT小鼠（Hexb局限表达于小胶质细胞）的tdT+细胞。
作为补充数据，研究人员还利用骨髓嵌合小鼠和脾脏切除小鼠，排除了CD11c表达于外周来源细胞的可能性。因此，PNI导致的CD11c+细胞为小胶质细胞。
流式细胞术结果显示，PNI术后第14天，CD11c+小胶质细胞达峰，直到第56天一直保持在高水平。且CD11chigh小胶质细胞在第35天达峰（该时间点的逃避阈值已经恢复到基线水平）。相反，CD11cneg小胶质细胞数量在第35天时已与对照组无明显差异。以上结果说明CD11c+小胶质细胞在疼痛发生后出现，且在疼痛缓解后仍持续存在。
研究人员进一步利用Itgax-DTR-EGFP小鼠，在PNI第14天后通过鞘内注射DTX特异性去除CD11c+小胶质细胞，发现去除CD11c+小胶质细胞的小鼠没有表现出自发疼痛缓解。该结果说明CD11c+小胶质细胞对于神经病理性疼痛的自发缓解是必要的。
图1：脊髓CD11c+小胶质细胞对于疼痛自发缓解的必要性
CD11c+小胶质细胞
通过IGF1导致疼痛自发缓解
为了探究CD11c+小胶质细胞通过何种分子发挥作用，研究人员对PNI后脊髓中的CD11chigh和CD11cneg小胶质细胞进行了RNA测序，结果表明CD11chigh中的Igf1表达量显著高于CD11cneg。
利用Itgax-Cre;Igf1flox/flox小鼠特异性去除CD11c+小胶质细胞、利用Cx3cr1CreERT2;Igf1flox/flox小鼠特异性敲除小胶质细胞中的Igf1、或在野生型小鼠鞘内注射IGF1中和抗体，均显著抑制了PNI第14天后的疼痛自发缓解。相反，在野生型小鼠鞘内注射IGF1显著增强了疼痛自发缓解。
以上结果表明，CD11c+小胶质细胞中升高的IGF1对于疼痛自发缓解是必要的。
图2：CD11c+小胶质细胞中的IGF1对于疼痛自发缓解的必要性
髓鞘吞噬导致CD11c+
小胶质细胞的增加
那么，什么导致了CD11c+小胶质细胞的增加？研究人员发现足底注射saporin-CTB（损伤有髓神经纤维）导致了脊髓CD11c+小胶质细胞的增加，而足底注射saporin-IB4（损伤无髓神经纤维）则没有。且PNI导致CD11c+小胶质细胞表达吞噬相关基因。因此，研究人员猜想CD11c+小胶质细胞的增加可能与吞噬髓鞘相关。
分离PNI后的CD11c+小胶质细胞进行体外培养，研究人员发现该细胞对髓鞘的吞噬显著升高；免疫组化显示PNI后MBP与Venus（显示CD11c表达）、CD68（显示溶酶体）共标；电镜图片显示吞噬了髓鞘颗粒的CD11c+小胶质细胞。脊髓中注射髓鞘碎片导致了CD11c+小胶质细胞的增加。
另外，与髓鞘吞噬相关的Axl在CD11c+小胶质细胞中显著升高。敲除Axl显著降低了CD11c+小胶质细胞数量和Igf1的表达，且抑制了疼痛自发缓解。
因此，以上结果表明，Axl可能通过髓鞘吞噬导致CD11c+小胶质细胞的增加。
图3：Axl导致CD11c+小胶质细胞的增加
特异性去除CD11c+小胶质细胞
导致疼痛复发
PNI第35天后，逃避阈值已恢复至基线水平。此时，研究人员利用Itgax-DTR-GFP小鼠特异性去除CD11c+小胶质细胞后，逃避阈值显著降低，即疼痛复发。
类似地，利用Cx3cr1CreERT2;Igf1flox/flox小鼠在PNI第37、39天特异性敲除小胶质细胞中的Igf1、或在野生型小鼠鞘内注射IGF1中和抗体，均导致了疼痛复发。
图4：在PNI疼痛自发缓解后去除CD11c+小胶质细胞导致疼痛复发
总 结
综上，该研究揭示了CD11c+小胶质细胞通过IGF1，在神经病理性疼痛的后期发挥抑制疼痛的作用，达到疼痛自发缓解。这种自发缓解并不是病理状态的消失，而是一种动态平衡。对CD11c+小胶质细胞和IGF1的功能进行深入研究，有望产生疼痛治疗新靶点。
与过往研究充分揭示了小胶质细胞在神经病理性疼痛中的“致痛”作用所不同，该研究揭示了还存在发挥“镇痛”作用的小胶质细胞亚群，为小胶质细胞的异质性提供了证据，也启示我们重新审视小胶质细胞的功能。
图5：神经病理性疼痛中的不同小胶质细胞亚群
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf6805
同期评论文章：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5592
参考文献
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.
编译作者：Hong Chaoli（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）