《Microbial Pathogenesis》：Fecal Microbiota Transplantation Attenuates Neuropathic Pain in Rats via Gut Microbiota-Mediated Immunomodulation of Ion Channels and Nociceptors
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本研究通过粪菌移植（FMT）探讨肠道菌群与慢性神经性疼痛的关系，发现特定菌群如Bifidobacterium animalis等可缓解疼痛，并揭示菌群失调通过激活炎症通路加剧疼痛，为菌群疗法提供新方向。
梅根娜·阿兰尼（Mehana Allani）| 戈帕尔·纳特（Gopal Nath）| 加里玛·朱亚尔（Garima Juyal）| 莫汉·钱德拉·乔希（Mohan Chandra Joshi）| 维诺德·蒂瓦里（Vinod Tiwari）
神经科学与疼痛研究实验室，印度理工学院制药工程与技术系，瓦拉纳西班纳拉斯印度教大学，221005
摘要：
引言
神经性疼痛是由躯体感觉神经系统损伤引起的，由于现有治疗方法的效果有限且存在不良副作用，因此治疗难度较大。新兴证据表明肠道微生物群在疼痛调节中可能发挥作用，但具体参与慢性神经性疼痛的微生物种类及其机制仍大部分尚未被探索。
目的
本研究旨在通过粪便微生物群移植（FMT）来探讨肠道微生物群与慢性压迫性损伤（CCI）大鼠神经性疼痛之间的关系，并试图识别与疼痛调节相关的微生物种类。
方法
在野生型和经过抗生素处理的伪无菌（PGF）大鼠中进行了CCI实验。使用健康大鼠（hFMT）和CCI导致的肠道菌群失调大鼠（dFMT）的粪便浆液进行FMT移植，分别移植到神经受损大鼠和健康大鼠体内。通过16sRNA测序分析疼痛相关行为和微生物组成。还对背根神经节（DRG）和脊髓组织进行了Western blot和RT-PCR检测。
结果
CCI导致了肠道微生物群失调，表现为变形菌门和梭杆菌门增加，而放线菌门减少。来自健康大鼠的hFMT可缓解机械性、热刺激和寒冷引起的痛觉过敏，但未能逆转CCI大鼠的机械性痛觉异常。相反，来自CCI大鼠的dFMT在健康大鼠中引发了类似疼痛的过敏反应，模仿了神经损伤的效果。相关性分析发现：动物双歧杆菌、尿素分解柯林斯菌和脱硫弧菌与疼痛行为减轻有关，而巴氏杆菌科、芽孢杆菌属和阿勒塔葡萄球菌与神经损伤引起的菌群失调相关。hFMT恢复了claudin-5以及抗炎因子TGF-β和IL-10的水平，同时降低了CCI大鼠中与疼痛相关的TRPM8、Nav 1.8、Nav 1.7和TRPA1蛋白的表达。相比之下，dFMT通过增加IBA1、TNF-α和IL-1β促进了神经炎症，导致健康大鼠的小胶质细胞活化。
结论
我们的研究结果表明，肠道细菌的组成通过神经损伤引起的微生物群失调影响疼痛行为，这种影响是双向的。此外，研究表明动物双歧杆菌、尿素分解柯林斯菌和脱硫弧菌的组合可能成为治疗神经性疼痛的有效候选菌株。
引言
神经性疼痛是一种由躯体感觉神经系统损伤（包括周围神经损伤）引起的致残性疾病，估计影响了6.9%至10%的人口[1, 2]。慢性疼痛的管理对临床医生和研究人员来说是一个重大挑战，常常导致患者生活质量显著下降[3]。目前的药物治疗方法（包括阿片类药物）往往无法提供足够的缓解效果，并伴有严重的剂量限制性副作用，如镇静、呼吸抑制、认知功能障碍、成瘾和耐受性，这限制了它们的临床应用[4, 5]。
神经性疼痛的病理生理学非常复杂，涉及痛觉信号传导受损以及不受控制的疼痛反应[6]。该病理过程的一个关键因素是免疫系统的异常激活，这会加剧疼痛症状。神经损伤通过炎症细胞因子和免疫原性蛋白导致中枢神经系统（CNS）的免疫调节，进而引发周围和中枢的敏感化[7]。理解这些机制对于开发更有效的多维度疼痛治疗靶点至关重要。
最近的研究表明，肠道微生物群在多种与中枢神经系统相关的疾病发展中起着重要作用，包括脊髓损伤、帕金森病、纤维肌痛、阿尔茨海默病、糖尿病神经病变、中风、多发性硬化症和疼痛[8, 9, 10, 11, 12]。肠道微生物群通过免疫、神经、内分泌和代谢途径与中枢神经系统相互作用，形成了“微生物群-肠道-大脑轴”[13]。这种双向互动主要通过神经系统和免疫系统实现，其中免疫系统作为共同的交流媒介[14]。研究表明，脊髓损伤患者表现出肠道微生物群的改变，并持续经历神经性疼痛[15]。镰状细胞病（SCD）小鼠的研究表明，将SCD小鼠的粪便微生物群移植到野生型小鼠体内会引发疼痛和焦虑样行为，而将野生型小鼠的微生物群移植到SCD小鼠体内则可以缓解这些症状，这与有益微生物的增加和促炎细菌的减少有关[16]。同样，来自缺乏快感能力大鼠的FMT会加剧疼痛和抑郁样行为，而来自具有抗压能力大鼠的FMT则能改善这些症状，这突显了肠道微生物群在加剧或缓解疾病症状中的双重作用[17]。尽管取得了这些进展，但肠道微生物群如何影响慢性神经性疼痛的具体机制仍不明确。
为了解决这一难题，我们建立了伪无菌（PGF）大鼠模型，并对健康大鼠和神经损伤大鼠进行了FMT实验，以研究肠道微生物群在神经性疼痛调节中的作用。研究发现，周围神经损伤会导致PGF大鼠的肠道微生物群失调。将健康大鼠的粪便微生物群移植到神经损伤大鼠体内显著缓解了神经性疼痛，这通过疼痛相关行为的减少和分子数据得到证实。我们发现动物双歧杆菌、尿素分解柯林斯菌和脱硫弧菌等关键微生物种类的缺失可能与疼痛调节有关，这些微生物种类的缺失与神经损伤动物的疼痛敏感性降低相关。这些发现表明这些微生物种类可能与慢性压迫性损伤引起的神经性疼痛有关，因此它们可以作为治疗神经性疼痛的潜在益生菌。
材料与试剂
链霉素和硫酸新霉素分别从印度Abbott Pharmaceuticals Pvt. Ltd.和SRL Chemicals公司获得。cDNA合成试剂盒（RNA005-100）和Real-time SYBR Green（PCR013）购自印度Gene to Protein Pvt. Ltd.公司。一抗（ICAM-1、Iba1、TNFα、IL-1β）来自Santa Cruz Biotechnology公司，TRPA1来自MyBioSource公司，Nav1.7来自Cell Signaling Technology公司。二抗（兔抗鼠IgG H&L、山羊抗兔IgG H&L）也进行了采购。
周围神经损伤在伪无菌大鼠中引起肠道微生物群失调
为了研究肠道微生物群与神经性疼痛之间的潜在关联，我们在常规雄性SD大鼠中使用了口服抗生素建立了伪无菌（PGF）大鼠模型[8, 9]。通过盲肠的形态学特征确认了PGF大鼠的建立：与对照组相比，接受抗生素治疗的大鼠的盲肠重量（p<0.01）和长度（p<0.01）显著增加（见图1（B1-2）。
讨论
慢性神经性疼痛影响了全球7-8%的人口，目前的药物治疗方法常常伴有严重的副作用，如镇静、呼吸抑制、胃肠道问题和成瘾[32]。神经性疼痛的病理生理学涉及痛觉信号传导受损以及不受控制的疼痛反应[33, 34]。神经损伤通过释放炎症因子触发中枢神经系统（CNS）的免疫改变
结论
神经性疼痛与肠道-脊髓-免疫-疼痛轴密切相关，但肠道微生物群在此轴中的作用仍不甚明了。我们的研究表明，神经损伤会改变肠道微生物群，而补充健康的微生物群可以缓解神经性疼痛症状。我们建立了神经损伤引起的肠道微生物群变化、肠道屏障完整性受损以及免疫途径激活（这些途径会敏化痛觉感受器和离子通道）之间的直接联系
CRediT作者贡献声明
维诺德·蒂瓦里（Vinod Tiwari）：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、项目监督、资源管理、方法论设计、实验实施、资金获取、数据分析、概念构思。莫汉·钱德拉·乔希（Mohan Chandra Joshi）：撰写 – 审稿与编辑、结果验证、软件使用、资源管理、方法论设计、数据分析。加里玛·朱亚尔（Garima Juyal）：撰写 – 审稿与编辑、资源管理、方法论设计、实验实施、数据分析。戈帕尔·纳特（Gopal Nath）：撰写 – 审稿与编辑、资源管理、方法论设计
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。同时，确认所有引用的文献内容均未经逐字复制或仅进行了少量修改。
致谢
本研究得到了印度医学研究委员会（ICMR-ECD）的资助（项目编号P-16/ECD/Adhoc/49/2022-23）和北方邦科学委员会（CST-UP）的资助（项目编号CST/D-1162），资助方分别为维诺德·蒂瓦里博士。此外，该研究还得到了印度科技部授予梅根娜·阿兰尼女士的DST-INSPIRE研究奖学金的支持。同时，我们也感谢班纳拉斯印度理工学院的协助。
