α7烟碱型乙酰胆碱受体信号传导在慢性神经病理性疼痛和炎症性疼痛反应中的髓系谱系细胞中的关键作用

《The Journal of Pain》：A Critical Role for α7 Nicotinic Acetylcholine Receptor Signaling in Myeloid Lineage Cells in Chronic Neuropathic and Inflammatory Pain Responses

　　

亚历克西斯·斯威夫特（Alexis Swift）|马夏尔·卡约（Martial Caillaud）|亚历山德鲁·格拉乌尔（Alexandru Graur）|布莱恩·D·麦基弗（Bryan D. Mckiver）|威萨姆·托马（Wisam Toma）|埃达·科塞利（Eda Koseli）|贾里德·曼（Jared Mann）|威廉·B·林奇（William B. Lynch）|雅各布·A·贝勒（Jacob A. Beierle）|普里扬卡·塔雷贾（Priyanka Thareja）|艾米丽·J·姚（Emily J. Yao）|乔琳·J·温德尔（Jolene J. Windle）|哈文斯·博齐尔（Harvens Beauzile）|昂松·奥（Unsong Oh）|加内什·A·塔库尔（Ganesh A Thakur）|迈克尔·D·伯顿（Michael D. Burton）|卡姆伦·D·布莱恩特（Camron D. Bryant）|纳丁·卡巴尼（Nadine Kabbani）|M·伊马德·达马吉（M. Imad Damaj）

弗吉尼亚联邦大学药理学与毒理学系，美国弗吉尼亚州里士满市23298

摘要

神经炎症影响慢性疼痛的发展，这是一种日益普遍的状况，影响着全球许多人的生活。鉴于管理慢性疼痛的挑战，探索新的神经免疫靶点以开发安全有效的镇痛剂至关重要。α7尼古丁乙酰胆碱受体（α7 nAChRs）因其在疼痛和炎症中的作用而受到研究。研究假设α7 nAChR在髓系细胞中的表达能够介导抗炎反应，从而缓解疼痛状态。研究人员构建了两种小鼠品系：一种完全删除了α7基因（Chrna7），另一种仅在髓系细胞中条件性删除了该基因。这些小鼠在紫杉醇诱导的外周神经病变（CIPN）模型以及急性和慢性炎症疼痛模型中进行了研究。测量了自发的和诱发的疼痛相关行为、外周神经组织中的促炎细胞因子基因表达以及其他生理参数。此外，还对接受紫杉醇治疗的小鼠脊髓组织进行了RNA测序和通路富集分析。结果显示，在髓系细胞中缺乏α7 nAChR的小鼠在CIPN和慢性炎症模型中表现出明显的疼痛行为增加，并且外周感觉神经系统中的关键促炎细胞因子基因表达也相应增加。通路富集分析发现，接受紫杉醇治疗的条件性敲除小鼠的通路发生了变化，特别是与血管功能相关的通路以及与细胞外基质功能和血管生成相关的通路。这项研究表明，髓系细胞中的α7 nAChR表达介导了一种内源性胆碱能抗炎通路，在慢性神经病理性疼痛和炎症疼痛中起着关键作用，是开发新型镇痛剂的重要靶点。

观点

本文提供了证据，证明位于髓系细胞上的α7尼古丁受体对于减轻神经病理性疼痛和慢性炎症疼痛至关重要。这为治疗这些疾病提供了新的细胞靶点见解。

引言

慢性疼痛在全球范围内越来越普遍。它由多种途径引起，根源在于无数的生物学、心理和社会因素，可能导致严重的健康问题并增加医疗成本和生产力损失。¹2021年，美国疾病控制与预防中心（CDC）估计有20.9%的美国人患有慢性疼痛。²慢性疼痛常常导致过度使用镇痛剂，从而引发不良副作用和依赖性。³鉴于其普遍性和对人群的影响，了解慢性疼痛的生物学机制和介质对于寻找有效且副作用较少的新治疗方法至关重要。

慢性痛觉性疼痛是由于损伤、机械刺激或炎症后痛觉感受器的激活引起的。当炎症是急性时，它有助于正常的愈合过程。⁴然而，慢性炎症是有害的，会损害身体的正常功能和稳态。⁵慢性外周神经病变与多种疾病相关，包括糖尿病、创伤和某些化疗药物的使用。⁶紫杉醇（Taxol?）是一种对乳腺癌、卵巢癌和非小细胞肺癌有效的化疗药物，但由于其对周围神经的神经毒性，会导致化疗诱导的外周感觉神经病变（CIPN）。⁷CIPN会限制化疗剂量或导致治疗中断。⁸最近的一些研究致力于减少和治疗CIPN，但仍需确定适当的治疗靶点。^{9, 10, 11}

近几十年的研究表明，尼古丁乙酰胆碱受体（nAChRs）在调节疼痛和炎症中起作用。^{12, 13}神经元nAChRs是由α和β亚单位组成的五聚体离子通道，可以以同源或异源组合形式存在。¹⁴同源五聚体α7 nAChRs具有高钙通透性，并在激活后迅速脱敏。¹⁵此外，α7 nAChRs还存在于髓系细胞的神经元和非神经元免疫细胞中，如巨噬细胞和小胶质细胞。¹⁵药理学发现表明，尼古丁的抗炎作用会被α7 nAChR拮抗剂阻断，这进一步证实了α7 nAChRs在调节炎症过程中的作用。¹²研究表明，α7 nAChRs与代谢型信号通路相关，包括Gαi和JAK2/STAT3/核因子κB（NF-kB），从而减少巨噬细胞和小胶质细胞中促炎细胞因子的合成和释放。^{12, 16, 17}这些受体可以被多种配体有效靶向，包括正构激动剂、变构调节剂以及一类新的“沉默”激动剂，这些激动剂在非神经元细胞（包括免疫细胞）中倾向于使nAChR处于非传导状态。^{18, 19, 20}

在小鼠中完全敲除α7 nAChR会导致在完全弗伦德佐剂（CFA）诱导的炎症慢性疼痛模型中对热和机械刺激的敏感性增加。²¹此外，α7 nAChRs在神经病理性疼痛中也起作用，一项研究表明，α7 nAChR敲入（KI）小鼠在神经病理性损伤后对热和机械刺激的敏感性降低。²¹最近的研究报道，α7 nAChR沉默激动剂R-47可以预防和逆转小鼠模型中的CIPN；然而，R-47在调节神经病理性疼痛和炎症疼痛中的具体作用机制尚未阐明。²²

在这项研究中，构建了在髓系细胞中删除Chrna7的小鼠（条件性KO或cKO），以阐明它们在慢性疼痛中的作用。基于行为、生理和分子测量结果，这项研究证实了这些α7 nAChRs在慢性神经病理性疼痛和小鼠炎症疼痛模型中的重要作用。

章节片段

动物

所有实验均使用8周龄以上的C57BL/6J雄性和雌性小鼠（杰克逊实验室，缅因州巴港）。实验开始时，雄性和雌性小鼠的年龄为8-10周，每笼4只，饲养在符合实验室动物护理协会（Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care）标准的温度控制设施中，可自由获取食物和水。实验在光照周期内进行，并获得了机构动物护理和使用委员会的批准。

紫杉醇对外周神经组织中α7 nAChR基因表达的影响

使用qRT-PCR测量了紫杉醇处理对外周神经组织（DRG）中α7 nAChR表达的影响。野生型雄性和雌性小鼠接受了溶剂或高剂量紫杉醇（8 mg/kg，腹腔注射，共4次），如Toma等人（2017）所述，这种处理会导致长期冷敏感性和机械敏感性。在紫杉醇处理开始后的7天、14天和28天收集组织样本。²⁶如图1A和1B所示，α7 nAChR表达

讨论

慢性疼痛和神经炎症是重要的公共卫生问题，迫切需要治疗方法。α7 nAChRs可能是人类和小鼠模型中疼痛和炎症的潜在靶点。¹⁵本研究使用遗传小鼠模型研究了α7 nAChRs在CIPN和炎症疼痛中的作用，全面评估了该受体在髓系细胞中的表达情况。在髓系细胞中缺乏α7 nAChR的小鼠表现出多种

披露

本文作者声明没有财务或其他利益冲突。伦理批准：这项涉及动物的实验研究已获得VCU机构动物护理和使用委员会（批准编号AM10142）的批准，该委员会遵守AAALAC International认可的动物护理和使用标准。本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）[资助编号1R01CA206028-01（授予M.I.D.）]的部分支持，以及Massey癌症中心的资助。

CRediT作者贡献声明

A.S.、M.D.B.和M.I.D.参与了研究的概念构思。A.S.、M.C.、A.G.、B.D.M.、W.T.、E.K.、J.M.、W.B.L.、J.A.B.、E.J.Y.、J.J.W.、H.B.、G.A.T.、C.D.B.、P.T.和N.K.参与了方法学设计、数据收集和正式分析。H.B.和G.A.T.合成了研究中使用的药物，提供了资源支持。J.J.W.创建了小鼠模型，参与了方法学设计。A.S.和M.I.D.参与了初稿撰写、修订和编辑工作。