编辑推荐:
本研究旨在探究电针(EA)缓解急性痛风性关节炎(AGA)的潜在机制。研究人员聚焦于外周感觉神经元中增强的CXCR2-TRPA1信号通路,通过建立AGA小鼠模型,运用多种分子和细胞生物学技术,发现电针能够通过激活外周阿片系统,降低背根神经节(DRG)中STAT3的激活,从而抑制CXCR2的过表达及其与TRPA1的异常耦联。这一过程有效减少了痛觉神经元激活、神经肽(CGRP/Substance P)释放以及由此引发的神经源性炎症和中性粒细胞浸润,最终缓解了关节痛和炎症。该研究揭示了电针治疗AGA的新机制,为其临床应用提供了重要的实验依据。
痛风性关节炎是一种全球范围内普遍存在的炎性关节炎,其特点是关节剧痛、肿胀,严重影响患者生活质量。传统的一线药物如秋水仙碱、非甾体抗炎药和糖皮质激素虽然有效,但长期或频繁使用可能带来严重副作用,尤其对于合并糖尿病、慢性肾病等基础疾病的患者。因此,寻找副作用更小的替代疗法显得尤为重要。针灸作为一种历史悠久的镇痛方法,其中结合了现代电刺激技术的电针(Electroacupuncture, EA),在包括痛风在内的多种疼痛管理中展现出良好前景。临床研究证实电针可有效缓解痛风患者的关节疼痛且不良反应小,但其背后的生物学机制尚不完全清楚,这限制了其精准临床应用。本研究团队之前的工作揭示,在背根神经节(Dorsal Root Ganglion, DRG)神经元中,趋化因子受体CXCR2与疼痛感受器TRPA1的耦联,是介导痛风模型动物关节痛和炎症的关键环节。这一发现引出了一个关键问题:电针缓解痛风,是否正是通过调控这条关键的CXCR2-TRPA1信号通路来实现的呢?为了回答这个问题,研究人员开展了一项深入机制探索。
为开展这项研究,作者运用了多种关键实验技术。首先,通过向小鼠踝关节注射尿酸钠(MSU)晶体建立了急性痛风性关节炎(AGA)模型。行为学评估(如von Frey纤维丝测机械痛敏、关节直径测量)用于量化疼痛和炎症。电针干预应用于双侧足三里(ST36)穴位。机制探索方面,综合运用了RNA测序(RNA-Seq)进行基因表达谱分析,流式细胞术和免疫组化分析中性粒细胞(Ly6G+CD11b+)浸润,钙成像(Ca2+imaging)检测DRG神经元内钙离子浓度变化以反映TRPA1活性,蛋白质免疫印迹(Western blotting)和免疫共沉淀(Co-Immunoprecipitation, Co-IP)分析蛋白表达和相互作用。此外,还采用了腺相关病毒AAV-PHP.S介导的基因操作(敲低或过表达CXCR2)、酶联免疫吸附试验(ELISA)检测神经肽(CGRP、Substance P)含量,以及步态分析等。
EA ameliorated mechanical allodynia and joint edema in mouse acute gouty arthritis model
研究人员成功建立了AGA小鼠模型,观察到明显的踝关节肿胀、炎性细胞浸润和机械痛敏。电针刺激足三里(ST36)穴位,而非曲池(LI11)或非穴位,能显著缓解模型小鼠的机械痛敏和关节水肿,且在雄性和雌性小鼠中均有效,表明ST36是治疗AGA的有效穴位。
RNA-sequencing identifies EA can attenuate neutrophil infiltration in the inflamed joint of AGA model mice
通过对踝关节组织进行RNA测序,研究人员发现AGA模型中有大量差异表达基因,而电针干预逆转了其中一部分基因的表达。通路富集分析提示电针可能影响“趋化因子信号通路”和“细胞因子-细胞因子受体相互作用”。更重要的是,单样本基因集富集分析(ssGSEA)和后续的实验验证(髓过氧化物酶MPO活性测定、流式细胞术、免疫荧光)均证实,中性粒细胞浸润是AGA的一个标志,而电针治疗能显著减少踝关节中的中性粒细胞募集。
EA treatment reduces the overexpression of chemokine receptor CXCR2 in joint innervating DRG neurons of AGA model mice
研究发现,在AGA小鼠中,支配关节的DRG神经元内CXCR2的表达(蛋白水平和阳性神经元比例)显著上调,而电针治疗可抑制这种上调。进一步机制探究发现,AGA模型中DRG内的STAT3信号通路被激活(p-STAT3/t-STAT3比例升高),而电针可降低其活性。使用STAT3选择性抑制剂S3I-201可模拟电针效应,抑制CXCR2过表达并缓解疼痛和肿胀,表明STAT3介导了CXCR2的上调,而电针通过抑制STAT3活化来限制CXCR2的过表达。
EA treatment weakens the enhanced coupling between CXCR2 and TRPA1 in DRG neurons of AGA model mice
钙成像实验显示,AGA小鼠的DRG神经元对CXCR2的配体CXCL5的钙响应增强,表明CXCR2-TRPA1信号通路活性增强,而电针治疗减弱了这一响应。免疫共沉淀实验直接证实,AGA模型中DRG内CXCR2与TRPA1蛋白的相互作用增强,电针干预则削弱了这种增强的耦联。
Targeted knockdown of CXCR2 expression in ankle joint innervating DRG neurons ameliorates joint pain and improves gait disorder in AGA model mice similarly as EA treatment
为验证CXCR2的关键作用,研究人员使用具有逆行转运能力的AAV-PHP.S病毒,特异性敲低支配踝关节的DRG神经元中的Cxcr2基因。结果显示,这种靶向敲低不仅能有效缓解AGA小鼠的机械痛敏,还能改善其因疼痛导致的步态障碍,其效果与电针治疗相似。
EA reduces neuropeptide CGRP and substance p release from ankle joints in AGA model mice
ELISA检测发现,AGA小鼠踝关节组织中神经肽CGRP和Substance P的含量显著升高,而电针治疗可降低其水平。在感觉神经元特异性敲除Cxcr2的条件性敲除(cKO)小鼠中,这两种神经肽的升高也被抑制,进一步证实了感觉神经元CXCR2在介导神经肽释放中的关键作用。
Targeted overexpression of CXCR2 in DRG neurons abrogated EA’s effects on AGA model mice
反之,研究人员在DRG神经元中特异性过表达CXCR2。结果发现,这种过表达逆转了电针所产生的镇痛效果,同时也逆转了电针减少中性粒细胞浸润(MPO活性)的作用,直接证明了CXCR2是电针发挥疗效的关键下游靶点。
EA-induced ameliorative effect is abrogated by blocking peripheral opioid signaling
为探究电针如何启动上述效应,研究人员关注了外周阿片系统。局部关节内注射不能透过血脑屏障的阿片受体拮抗剂纳洛酮甲碘化物(Naloxone methiodide),可完全取消电针的镇痛和抗炎效果,同时也阻断了电针对DRG中STAT3活化和CXCR2表达的抑制作用。这表明电针通过激活外周阿片系统(如促进局部β-内啡肽释放)发挥疗效,其抗炎作用可能通过减少局部促炎细胞因子(如IL-6)产生,进而影响DRG神经元内的信号传导。
EA treatment reduced c-Fos and microglial cell overactivation in ipsilateral spinal cord dorsal horn of AGA model mice
电针治疗还降低了AGA小鼠同侧脊髓背角(SCDH)中疼痛标志物c-Fos的表达以及小胶质细胞(Iba-1标记)的过度活化,这与Cxcr2cKO小鼠的表型一致,表明电针通过减弱外周伤害性信号的输入,进而减轻了脊髓水平的神经炎症反应。
研究结论与意义
本研究系统阐明了电针缓解急性痛风性关节炎的新机制。结论表明,电针通过激活外周阿片信号,抑制了DRG神经元中STAT3的过度活化,从而下调了CXCR2的表达。这一作用进一步削弱了在AGA背景下增强的神经元CXCR2-TRPA1信号耦联,最终导致痛觉神经元激活减少、神经肽(CGRP/Substance P)释放降低以及神经源性炎症和中性粒细胞浸润减轻,综合缓解了关节疼痛和肿胀。
这项研究的意义重大。首先,它从分子和细胞水平揭示了电针治疗痛风性关节炎的精确作用靶点和通路(CXCR2-TRPA1-STAT3轴),为这种传统疗法的现代科学阐释提供了坚实证据。其次,研究明确了电针主要通过外周机制(尤其是外周阿片系统)起效,这深化了对针灸镇痛机制的理解。最后,该研究不仅支持电针作为治疗AGA的一种可行选择,其发现的CXCR2-TRPA1信号轴也可能成为未来开发新型镇痛抗炎药物的潜在靶点。研究成果发表在《Journal of Advanced Research》上,为中西医结合治疗炎性疼痛疾病提供了重要的理论依据和转化研究思路。