NB2023年第2期封面：神经瘤参与和调节慢性截肢后疼痛形成的机制
慢性截肢后疼痛（Chronic postamputation pain, CPAP）给截肢患者带来了巨大的痛苦，但其机制尚不明确，且无有效的治疗药物。研究团队之前的临床研究发现手术切除或射频毁损截肢残端的神经瘤能有效缓解患者的CPAP，表明神经瘤对CPAP的形成有关键作用。然而，神经瘤参与和调节CPAP形成的机制仍然是一个谜。
Neuroscience Bulletin在2023年第2期以封面文章发表了来自上海交通大学附属第六医院杜冬萍教授和复旦大学脑科学研究院韩清见研究员研究团队题为 “Mechanosensitive Ion Channel TMEM63A Gangs Up with Local Macrophages to Modulate Chronic Post-amputation Pain” 的研究论文。该研究证实机械敏感离子通道TMEM63A与巨噬细胞协同作用，参与慢性截肢后疼痛的发生和发展。
首先，研究人员发现相较急性截肢患者的神经组织，截肢患者神经瘤中机械敏感离子通道TMEM63A的表达水平显著升高，提示该分子可能参与CPAP的形成。接着，研究人员通过构建模拟截肢疼痛的小鼠胫神经瘤转移模型（Tibial nerve transfer, TNT），发现Tmem63a主要表达在IB4+的背根神经节（Dorsal root ganglion, DRG）神经元上（图1），而IB4+神经元与机械痛的产生密切相关，提示TMEM63A可能参与CPAP的形成。
图1 DRG中表达Tmem63a的神经元中有75.6% ± 2.4%可以被IB4+非肽能神经元标记，同时95.7% ± 1.7%的IB4+⾮肽能神经元表达 Tmem63a。
研究人员运用多种行为学检测，证实TNT小鼠模型侧的足底和外踝可分别模拟幻肢痛和残肢痛，并且小鼠在TNT术后第3天开始出现机械痛敏，这种剧烈的疼痛可以持续14天甚至更长时间。同时，TNT小鼠也出现了异常冷痛敏和热痛敏现象。通过收集小鼠建模后第3天、第7天和第14天的DRG，研究人员检测到其中的Tmem63a mRNA水平随建模时间呈逐渐升高趋势，但在紫杉醇诱发的化疗痛模型中，小鼠DRG中的Tmem63a mRNA水平并没有这种变化。这些数据提示TMEM63A对CPAP的发生有重要作用，且其功能可能具疼痛类型特异性。
为更进一步研究TMEM63A在CPAP中的作用，研究人员构建了Tmem63a 全身敲除小鼠（Tmem63a-/-）。行为学检测结果显示，Tmem63a-/-小鼠在生理条件下的深度压痛、冷痛、热痛和触觉的感知均未受到影响，说明敲除Tmem63a不影响小鼠生理条件下的疼痛感觉和温度感知。然而，在TNT小鼠模型中，Tmem63a-/-小鼠的幻肢痛和残肢痛在TNT第3至第14天均有显著改善，但其热痛敏和异常冷痛并没有改善。这些数据表明TMEM63A参与了慢性截肢后疼痛的形成，并特异地与机械痛敏相关。
研究人员发现TNT术后小鼠DRG中的巨噬细胞数目会持续增加，这种情况至少可以维持到术后第14天。此时，巨噬细胞的数目会增加到正常小鼠的2倍左右。同时，研究人员还发现在TNT手术第14天，小鼠胫神经断端处会形成类似神经瘤的组织。利用免疫组化方法可以检测到这其中也存在大量巨噬细胞的浸润，并且这种巨噬细胞呈现出被显著激活的形态。伴随被激活的巨噬细胞浸润，促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6的释放也显著增加。然而，在Tmem63a-/-小鼠中，巨噬细胞的浸润显著减少，不仅激活被抑制，促炎因子L-1β和TNF-α的表达水平也显著低于Wt小鼠。这些数据表明TMEM63A对DRG中巨噬细胞的浸润及促炎因子的释放起重要的调节作用。
图2 TNT手术后DRG中有强巨噬细胞（绿色荧光）浸润，而且巨噬细胞的形态也发生了变化，与野生型小鼠相比，TNT小鼠巨噬细胞的大小和极化增加，表明巨噬细胞在CPAP状态下被激活。DRG中的巨噬细胞密度从术后3天开始持续增加（11.50 ± 0.60/104 μm2），在第7天达到峰值（14.74 ± 1.22/104 μm2），并维持到术后第14天（13.09 ± 0.59/104 μm2）。同时，自第三天起，构成DRG的巨噬细胞阳性区域的百分比增加，并至少维持到第14天。TMEM63A-/-小鼠DRG中巨噬细胞的浸润显著减少。
既然TMEM63A对DRG中巨噬细胞的浸润起重要作用，那么巨噬细胞是否会影响TMEM63A发挥作用呢？因此，研究人员通过鞘内注射氯膦酸盐脂质体的方法清除DRG中的巨噬细胞后发现，在小鼠TNT术后第5天和第14天鞘内注射氯膦酸盐脂质体均能有效清除巨噬细胞，并且这些小鼠的幻肢痛和残肢痛均显著改善。更有趣的是，当Wt小鼠DRG中的巨噬细胞被清除后，TMEM63A在DRG中的表达也显著降低。这些数据表明巨噬细胞浸润对TMEM63A的表达有重要的调节作用，两者在TNT小鼠模型中相互促进，协同参与CPAP的形成。
综上所述，本研究发现在模拟截肢疼痛的小鼠TNT模型中，DRG神经元中的 TMEM63A表达增加，同时大量巨噬细胞浸润到DRG并释放IL-1β等促炎细胞因子，TMEM63A和巨噬细胞相互促进，形成恶性循环，协同参与CPAP的发生。本研究为进一步理解CPAP的机制和寻找治疗CPAP的潜在靶点提供了积极的线索。
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Pu S, Wu Y, Tong F, Du WJ, Liu S, Yang H, et al. Mechanosensitive ion channel TMEM63A gangs up with local macrophages to modulate chronic post-amputation pain. Neurosci Bull 2023, 39: 177–193.
https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-022-00910-0
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