由于神经重组基因引起的无炎症的疼痛

现有的抗炎抗风湿药物可能对大约20%的类风湿性关节炎患者不起作用。研究表明，在某些情况下，疼痛、肿胀的关节实际上并没有发炎。研究人员使用一种新开发的机器学习工具，现在已经在这些患者的滑液样本中发现了一套815基因，这些基因激活了缓冲受影响关节的组织中感觉神经元的异常生长。这一发现可能会带来新的治疗方法。

　　

近年来，类风湿性关节炎(RA)的治疗已经取得了长足的进展，在许多情况下，一系列抗风湿性药物可以成功地阻止炎症细胞，当炎症细胞渗透到关节周围的组织时，会导致肿胀和疼痛。然而，由于某种原因，大约20%的关节疼痛、明显肿胀的患者在多次服用这些最强的消炎药后仍然没有得到缓解。

旨在去除炎症组织的手术干预揭示了原因:“在某些情况下，他们的关节实际上并没有发炎，”洛克菲勒分子神经肿瘤学实验室临床研究副教授、资深作者Dana Orange医学博士指出。“对于这些病人来说，如果你按压关节，触摸起来会感觉粘稠，但这不是由浸润的免疫细胞引起的。他们有过度的组织生长，但没有炎症。那么他们为什么会感到疼痛呢?”

Orange及其同事最近发表的研究报告给出了一个解释。利用他们开发的一种称为基于图形的基因表达模块识别(GbGMI)的机器学习方法，研究小组确定了一套815个基因，这些基因激活了缓冲受影响关节的组织中感觉神经元的异常生长。Orange说:“这815个基因正在重新连接感觉神经，这就解释了为什么消炎药不能减轻这些病人的疼痛。”他们认为，这些发现可能会为这些异常值带来新的治疗方法。

在《Science Translational Medicine》杂志上报告了他们的研究结果(“滑膜成纤维细胞基因表达与类风湿关节炎的感觉神经生长和疼痛有关”)，共同资深作者Orange等人总结道:“总之，“这项工作确定了一组与早期未经治疗和已确诊的类风湿性关节炎患者报告的低炎症滑膜疼痛相关的基因。这些发现有可能用于开发下一代治疗方法来减轻类风湿性关节炎的疼痛，特别是在低炎症病理型中，可能对当前靶向适应性免疫炎症的治疗反应较差。”

类风湿性关节炎是一种棘手的慢性疾病，其特征是滑膜(关节腔的组织)发炎。它的症状——僵硬、压痛、肿胀、活动受限和疼痛——慢慢地出现在手、手腕、脚和其他关节。它的发生是对称的(例如，不是只发生在一只手上，而是同时发生在两只手上)，偶尔也会出现不规律的发作。极度疲劳和抑郁也很常见。

大多数类风湿性关节炎是由免疫细胞的产物引起的，如细胞因子、缓激肽或前列腺素侵入滑膜(关节的软组织)，在那里它们与损伤感知疼痛受体结合。研究小组写道，针对免疫介质的药物使大多数人更能忍受类风湿性关节炎。在开发一系列针对相关免疫介质的常规合成、靶向合成和生物疾病改善抗风湿药物(分别为csDMARDs、tsDMARDs和bDMARDs)方面取得了显著进展。然而，患有炎症和疼痛之间脱节的RA患者并没有受益。研究人员指出:“高达20%的RA患者‘难以治疗’，也就是说，在csDMARD治疗失败后，尽管接受了至少两种作用机制不同的bdmard或tsdmard治疗，他们的病情并没有好转。”

人们一直认为滑膜炎症是类风湿性关节炎关节疼痛的原因。然而，最近的研究表明，在类风湿性关节炎中，疼痛可以与炎症分离。“类风湿性关节炎和有限滑膜炎症的患者，也被称为‘纤维瘤’、‘低炎症’、‘缺乏免疫’或‘成纤维细胞型丰富表型’的滑膜，与那些极端炎症的患者有同样多的疼痛，”科学家指出。医生经常给这些病人开一种又一种的消炎药，但最终收效甚微。然而，这位科学家表示，“滑膜炎症程度较低的患者往往从抗炎药物治疗中获益较少……”。

Orange补充说:“我们正在让一些患者服用大量导致免疫抑制的药物，但几乎没有机会让他们的症状好转。”在他们最新报告的研究中，Orange和他的同事在这些患者关节组织样本中表达的基因中寻找答案。作者评论说:“我们假设，对低炎症滑膜的集中分析可能会识别出与关节疼痛相关的炎症以外的因素。”

研究小组研究了39名RA患者的组织样本和自我报告的疼痛报告，这些患者有疼痛但没有炎症。他们还开发了基于图形的基因表达模块识别(GbGMI)机器学习工具，该工具可以测试数据集中所有可能的基因组合，以确定与目标临床特征(在这种情况下是疼痛)相关的最佳基因集。

通过RNA测序，研究人员发现，在组织样本中表达的1.5万个基因中，约有2200个基因在39名患者中表达增加。他们说:“为了揭示与疼痛而非炎症相关的基因，我们重点分析了2227个基因，这些基因在低炎症性滑膜中相对于高炎症性滑膜表现出更高的表达，并分析了记录关节疼痛程度的疼痛评分[髋关节骨关节炎结局评分/膝关节骨关节炎结局评分(HOOS/ oos)]。”

利用GbGMI，研究小组确定了815个与患者疼痛报告相关的基因。“然后，我们测试了与低滑膜炎症的类风湿性关节炎患者疼痛最相关的排名最高的基因数量，并确定了815个基因模块，我们称之为gbgmi识别的疼痛相关基因。”

该研究的共同资深作者、威尔康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine)人口健康科学教授、数字健康人工智能研究所创始主任王飞博士补充说:“这是一个具有挑战性的问题，因为我们有大量的基因，但患者数量有限。我们使用的基于图表的方法有效地探索了基因集与患者报告的疼痛之间的集体关联。”研究小组通过对早期未经治疗的RA患者的滑膜活检样本的第二个独立数据集验证了这一发现。”

单细胞测序分析发现，在滑膜组织中四种类型的成纤维细胞中，CD55+成纤维细胞表达的疼痛相关基因最高。作者写道:“在成纤维细胞亚群中的基因表达分析表明，与其他成纤维细胞亚群相比，内衬CD55+成纤维细胞(SC-F4)表现出gbgmi鉴定的疼痛相关基因的最高表达。”CD55+细胞位于滑膜外壁，分泌滑膜液，使关节无摩擦运动。

它们还表达了NTN4基因，该基因编码一种名为Netrin-4的蛋白质。网蛋白家族中的蛋白质引导轴突的生长路径，促进新血管的生长。研究人员发现，这些基因在神经元轴突生长的重要通路中富集。感觉的关键是，感觉神经元接收并向中枢神经系统传递信息。轴突是由轴突分支成组织的卷须。

“这让我们假设，也许成纤维细胞正在产生改变感觉神经生长的东西，”Orange说。但是这种蛋白质在痛觉中扮演什么角色呢?为了找到答案，研究人员在体外培养神经元，然后将它们浸泡在Netrin-4中。这引发了CGRP+(基因相关肽)疼痛受体的萌芽和分支。这一结果表明Netrin-4首次被证明可以改变疼痛敏感神经元的生长。

类风湿性关节炎滑膜组织的成像也显示血管过多，这些血管为新细胞提供营养。这些血管被CGRP+感觉神经纤维包裹，并在组织过度生长或增生的区域向内膜成纤维细胞生长。这个过程很可能导致许多风湿病学家和外科医生误认为是炎症的软绵绵的肿胀。在基于细胞的研究报告中，研究小组指出:“我们得出结论，在低炎症性RA滑膜中，新生血管生成为向成纤维细胞内膜的异常乳头状过程，伴随着CGRP+伤害性轴突的新生血管生成。”

在未来，研究人员的目标是研究成纤维细胞可能产生的其他产品，这些产品可以影响疼痛敏感神经元的生长。他们写道:“这些发现支持了一种模型，即滑膜内膜成纤维细胞表达与疼痛相关的基因，这种基因促进了RA滑膜肥大区域的痛觉神经元的生长。未来的研究需要进一步揭示在这里发现的基因是如何与神经元生长和患者疼痛体验相关的，无论是独立的还是与其他基因一起的。他们补充说，还需要进一步的工作来探索成纤维细胞产物对人类神经元的影响。

“在这个数据集中，还有许多其他基因与患者报告的疼痛有关，值得进一步研究。”

此外，研究人员还打算研究可能受到影响的其他类型的感觉神经。Orange指出:“我们研究了一种类型，但实际上有十几种。我们不知道是否所有的神经都受到同样的影响。我们不想屏蔽所有的感觉。感觉神经对于知道你应该避免某些动作和关节在空间中的位置很重要，例如我们想深入研究这些细节，这样我们就有希望为没有太多炎症的患者提出其他治疗方法。目前，他们正在服用的药物每年可能要花费7万美元，但没有任何效果。我们必须做得更好，把正确的药物给正确的病人。”