《Journal of Neuroscience Methods》：Longitudinal Multimodal Assessment of Neuropathy in a Porcine Neuritis Model
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本研究通过结合机械损伤与炎症刺激，建立混合型猪常见腓骨神经（CPN）神经炎模型，并对其8周后的长期解剖及行为学影响进行评估。结果显示，模型猪出现神经支配区感觉异常、肌肉萎缩及MRI信号异常，验证了该模型在慢性疼痛研究中的有效性，同时提示药物干预与肌肉结构变化对定量感觉测试结果的影响。
伊桑·D·格里斯沃尔德（Ethan D. Griswold）|马修·S·扎布里斯基（Matthew S. Zabriskie）|莱克西·斯卡帕（Lexie Scarpa）|埃里克·古尔德（Eric Goold）|亨里克·奥丁（Henrik Odeen）|卢布达·M·沙（Lubdha M. Shah）|维奥拉·里克（Viola Rieke）
美国犹他大学生物医学工程系，地址：36 S Wasatch Dr, Salt Lake City, UT 84112
摘要
背景
在临床前治疗研究中，评估动物模型对于确定其转化潜力至关重要。由于猪模型在解剖结构和生理功能上与人类相似，因此在将其应用于人类之前，猪模型是一个关键的步骤。我们的研究评估了腓总神经（CPN）炎症诱导手术后8周内的长期解剖学和行为变化（n=9）。
新方法
该模型采用了纵向磁共振成像（MRI）和肌肉组织学分析，同时使用压痛计和羽毛测试作为定量感觉测试方法。
结果
患炎症的猪在后腿的炎症侧表现出更高的敏感性，大多数皮节的最大耐受压力显著降低，对轻触刺激的敏感性也显著增强。通过短期和长期评估，发现肌肉明显萎缩。磁共振成像显示腓总神经支配的肌肉信号强度增加，同时体积减小且肌张力降低。组织学检查发现纤维萎缩、纤维化和脂肪浸润。尸检显示，腓总神经支配的肌肉重量比对照腿的肌肉平均减少了50%。这些猪在行动和姿势上出现异常，但并未影响其正常活动。
与现有方法的比较
我们的研究扩展了现有的评估神经病理性疼痛的方案（Castel等人，2016年；Hellman等人，2021b年），这些方案主要评估周围神经损伤的短期效应（10天至4周）。
结论
我们建立并评估了一个用于研究慢性神经病理性疼痛的猪模型。需要考虑药物方案和解剖学后遗症等因素，因为它们可能会影响定量感觉测试和测试的时间进程。
引言
创建和评估动物模型对于临床前确定治疗的可行性、安全性和有效性至关重要。使用来自相关物种的模型有助于为人类研究提供依据，因为这些物种具有相似的解剖形态、相对大小以及相似的生物通路。尽管近年来经常使用啮齿类动物模型来评估疼痛模型，但它们往往无法准确预测人类的反应。（Gewandter等人，2015年；Mogil，2009年）猪是一种重要的实验动物模型（Meijs等人，2021年；Ruan等人，2020年；Swindle等人，2012年），因为它们的生理大小适合进行异种移植（Xi等人，2022年），遗传组成适合疾病研究（Bendixen等人，2010年），其神经（Netzley和Pelled，2023年）和肌肉解剖结构与人类相似。
猪是趾行四足动物，每条腿上有两个偶数趾的蹄子。虽然它们的运动方式有所不同，但腿部肌肉的神经支配通过坐骨神经完成，该神经既负责运动功能也负责感觉功能，并进一步分支为胫神经、腓总神经（CPN）。腓总神经既是运动神经也是感觉神经，它将下肢的感觉信息传递到脊髓，同时主要支配前外侧肌肉并控制趾骨的伸展（Ellis，2007年）。腓总神经的感觉功能在不同物种间具有可比性，因此可以模拟人类的感觉体验。
坐骨神经损伤模型是啮齿类动物中常用的神经损伤模型，包括多种损伤类型，如慢性压迫损伤（CCI模型）、袖套式损伤和挤压损伤。（Bennett和Xie，1988年；Zhou等人，2025年）CCI模型通过松散结扎造成部分损伤，这种方法较为常见，因为操作简单且所需材料容易获取。袖套式损伤是通过在神经上放置一段生物相容性管子来产生机械压力，不会引发免疫反应。挤压损伤通常在手术过程中用钳子操作，损伤程度取决于施加的压力。由于部分纤维得以保留，这些方法可以传递部分感觉，而神经完全切断则会导致感觉丧失，因此不适合用于模拟慢性疼痛。这些啮齿类模型可以表现出机械性痛觉过敏和热痛觉过敏，这些都是人类常见的疼痛表现。（Kim等人，1997年）尽管这些模型具有可重复性，但由于神经大小、步态和生物力学方面的差异，它们与人类的相关性较低。（Gewandter等人，2015年；Mogil，2009年）
在坐骨神经束的神经外膜内，有两个神经束在分叉处相连。分叉后的坐骨神经外侧部分与腓总神经的支配区域相对应，而内侧部分则支配胫神经。胫神经主要为腿部大部分肌肉提供运动支配，并赋予下肢底部部分感觉功能。腓总神经具有更明显的感觉功能，主要支配小腿外侧和足背，同时也参与足背屈曲。坐骨神经损伤会导致下肢的感觉和运动功能障碍，这可能会造成临床表现的混淆，尤其是在判断损伤程度时。活动能力下降可能是由于疼痛（即感觉问题）或力量减弱（即运动问题）所致。实验性的腓总神经结扎可以产生可预测的效果，且对活动能力的影响较小。
在临床实践中，慢性压迫、受压或狭窄的神经的常见表现通常分为运动系统、感觉系统、反射、自主神经和电生理变化等方面。通过比较患侧与健侧的这些生理指标，可以识别损伤情况。（Campbell和Barohn，2020年）进一步的评估包括手动肌肉测试和功能测试，可能会发现相关肌肉的无力或萎缩、肌张力下降和/或精细运动控制受损。此外，还可能出现感觉减退（如麻木）、轻触觉丧失、神经病理性疼痛或痛觉过敏，这些可以通过定量感觉测试（QST）进行量化。（Treede等人，2008年）传导速度下降会导致深腱反射减弱。（Kimura，2013年）在尝试用动物模型模拟患者情况并评估治疗进展时，许多评估在啮齿类动物模型中较为困难，因为感兴趣的区域太小或差异太小而难以确定其意义。（Barrot，2012年；Bennett和Xie，1988年；Jaggi等人，2011年；Mogil，2009年）在这些模型中监测长期效应和评估治疗效果时，识别这些症状非常重要。
为了将新的神经病理性疼痛治疗方法推向临床应用，研究人员开发了猪神经炎症模型。猪的神经直径和纤维结构与人类更为相似，这有助于提高模型的转化效果，并便于监测动物的承重能力和活动能力。Castel等人（Castel等人，2016年）通过用浸有完全弗罗因德佐剂（CFA，一种免疫相关炎症剂）的缝线松散结扎坐骨神经外侧部分，建立了猪的周围神经炎症模型。Hellman等人（Hellman等人，2021b年）对该模型进行了改进，在猪身上开发了腓总神经损伤模型（该团队此前已在啮齿类动物中建立过该模型，Prabhala等人，2018年）。然而，这些方案仅研究了神经损伤的短期效应（10天至4周）。长期效应，如慢性疼痛和神经解剖学后遗症（如肌肉萎缩）尚未得到探讨。
最终，Castel等人和Hellman等人分别通过不同的结扎技术分离了腓总神经轴突。在Castel的实验中，松散结扎的CFA浸渍缝线主要引起炎症损伤；而Hellman的紧密结扎技术则通过机械手段造成损伤。紧密结扎导致外部轴突受损，而松散结扎不仅影响结扎的神经，还影响周围组织，引发更广泛的炎症反应。
在这项研究中，我们结合了之前的方法，通过紧密结扎腓总神经和用CFA浸渍的缝线引发炎症，创建了一个混合性神经炎症模型。此外，我们将评估时间延长至炎症诱导手术后的8周，以观察长期效应和解剖学变化。这项工作基于我们之前建立的模型可行性研究（Hilgart等人，2023年），重点通过不同的方法评估功能和行为结果。我们通过磁共振成像（MR）、宏观结构观察和肌肉及神经的组织学检查，评估了炎症的发展情况，特别是腓总神经支配的小腿后侧肌肉的变化。
实验细节
动物
所有实验均获得了犹他大学机构动物护理和使用委员会的批准（方案编号#1736）。九只6至7周大的约克夏X兰德瑞斯杂交（家养）猪在送到实验设施后接受了7天的适应训练。之后，这些猪接受了牵引训练，以便从单独的围栏转移到另一个房间进行定量感觉测试（QST）。在炎症诱导手术前的两周内，这些猪接受了相应训练，并每周称重以监测生长情况。
定量感觉测试
行为评估
手术前我们未观察到任何姿势或行动异常。在手术麻醉效果消退后以及3天的恢复期内（期间猪处于镇痛状态），我们观察到它们用趾骨行走，即所谓的“屈指行走”，没有表现出疼痛或不适的迹象。这种屈指行走导致第三和第四趾的近端趾骨皮肤磨损形成硬皮（见补充图1）。镇痛停止后，这种行为立即停止。
讨论
本研究的目的是进一步评估猪的神经病理性疼痛模型，并报告炎症诱导手术后8周内的长期解剖学和结构变化。在人类临床疼痛研究中，急性疼痛向慢性疼痛转变的阈值通常被认为是3个月，尽管文献中的观点并不一致。（Bernell和Howard，2016年）虽然这一结论可能适用于寿命相似的动物，但对于寿命较短的物种可能不适用。
结论
该猪神经炎症模型是一个有效、可靠且可重复的慢性疼痛模型。研究的时间进程、药物方案以及肌肉结构的变化影响了定量测试的结果解释。
资助
本研究得到了美国国立卫生研究院（UH2/UH3 AR076736）的支持。本研究使用了犹他大学健康科学中心的细胞成像核心设施，该设施的设备由犹他大学研究基础设施基金（RIF）提供，并得到了犹他大学转化研究：实施、分析及设计（TRIAD）的支持，部分资金来自国家研究资源中心和国家转化医学研究中心。
作者贡献声明
马修·S·扎布里斯基（Matthew S. Zabriskie）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、方法设计、研究实施、数据分析、概念构建。伊桑·D·格里斯沃尔德（Ethan D. Griswold）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法设计、研究实施、数据分析、概念构建。埃里克·古尔德（Eric Goold）：数据分析。莱克西·斯卡帕（Lexie Scarpa）：方法设计、研究实施。卢布达·M·沙（Lubdha M. Shah）：撰写、审稿与编辑、项目监督、方法设计、研究实施、资金获取、数据分析。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢犹他大学放射学和成像科学系的Alissa Pessin和Robb Merrill在样本组织学制备方面的帮助，以及Robb Merrill提供的图1中的MRI扫描仪示意图。同时，我们也感谢Courtney Loveridge、Lorena Day、Sam Carling、Parker McOmber、Audrey Johnson和Emily Robinson在QST实验期间对动物护理和福利方面的支持，还有Angela Presson的帮助。
