星形胶质细胞-神经元NF-κB/C3/C3aR信号轴通过调控脊髓背角GluR1介导慢性开胸术后疼痛的新机制

《iScience》：Astrocyte-to-neuron interaction via NF-κB/C3/C3aR mediates chronic post-thoracotomy pain by modulating neuronal GluR1 in spinal dorsal horn

本研究针对慢性开胸术后疼痛(CPTP)这一临床难题，揭示了脊髓背角星形胶质细胞通过NF-κB/C3/C3aR信号通路调控神经元GluR1表达和突触重塑的新机制。研究人员通过建立改良的大鼠CPTP模型，结合药理学和基因干预手段，证实抑制该通路可显著缓解疼痛行为，为开发非阿片类镇痛疗法提供了新靶点。

　　

每当患者经历开胸手术后，一种难以忍受的慢性疼痛可能悄然降临——慢性开胸术后疼痛(CPTP)。这种疼痛不仅持续时间长达数月甚至数年，严重影响患者生活质量，更令人担忧的是，约20%-82%的开胸手术患者会遭受其折磨，且目前临床镇痛效果并不理想。传统的阿片类药物虽然能暂时缓解疼痛，但长期使用易导致依赖和过量风险。因此，探寻CPTP发生的根本机制，开发非阿片类镇痛新策略，成为疼痛研究领域的迫切任务。

以往研究多聚焦于神经元本身或小胶质细胞的作用，而近年来，科学家们逐渐认识到大脑中的"配角"——星形胶质细胞，在慢性疼痛中扮演着关键角色。特别是补体系统的重要成分C3及其受体C3aR，已被发现在神经炎症和突触调控中起重要作用。然而，在CPTP中，星形胶质细胞如何通过补体系统与神经元"对话"，进而导致疼痛持续存在的具体机制，仍是一个未解之谜。

在这项发表于《iScience》的研究中，由中国医学科学院北京协和医院麻醉科黄宇光教授团队领衔的研究小组，深入探究了脊髓水平星形胶质细胞与神经元之间的相互作用，发现了一条全新的疼痛信号通路：NF-κB/C3/C3aR轴。该研究不仅阐明了CPTP的发生机制，更为临床干预提供了潜在靶点。

研究人员综合运用了多种关键技术方法：通过建立改良的大鼠CPTP模型（延长肋间撑开时间至3小时）模拟临床疼痛；利用行为学测试（机械缩足阈值和丙酮诱导的冷痛觉过敏）评估疼痛程度；通过药理学（NF-κB抑制剂JSH-23）和基因干预手段（siRNA敲低、AAV病毒介导的神经元特异性敲低）靶向特定分子；采用分子生物学技术（Western blot、qRT-PCR、ELISA）检测蛋白和基因表达变化；运用免疫荧光染色进行细胞定位和共定位分析。所有实验均使用Sprague-Dawley大鼠，研究设计遵循严格的盲法评估和统计学分析。

慢性开胸术后疼痛诱导脊髓背角星形胶质细胞C3上调

研究人员首先建立了一种改良的CPTP大鼠模型，通过延长肋间撑开时间至3小时，成功使大多数动物出现持续性疼痛行为。行为学检测显示，与假手术组相比，CPTP大鼠手术侧（同侧）从术后第1天开始出现机械性痛觉过敏和冷痛觉过敏，且这种异常疼痛状态持续至少21天。进一步分析发现，CPTP大鼠脑脊液和T4-T5节段脊髓背角中C3的蛋白和mRNA水平均显著升高。免疫荧光结果显示，C3主要与星形胶质细胞标志物GFAP共定位，而在小胶质细胞或神经元中几乎不表达，表明星形胶质细胞是CPTP中C3的主要来源。

星形胶质细胞p-NF-κB介导C3合成

为了探究C3上调的机制，研究人员将目光投向转录因子NF-κB（核因子κB）。体外实验显示，LPS（脂多糖）刺激可显著增强星形胶质细胞中磷酸化NF-κB（p-NF-κB）的表达，并促进C3合成，而NF-κB抑制剂JSH-23能有效阻断这一效应。在体实验中，鞘内注射LPS可诱发疼痛行为，并增加脊髓背角C3表达，JSH-23处理则能逆转这些变化。更重要的是，在CPTP模型中，抑制NF-κB活性不仅能降低C3水平，还能缓解疼痛行为，表明星形胶质细胞NF-κB激活通过促进C3合成参与CPTP的发生发展。

C3通过C3aR诱导伤害性效应和突触变化

那么C3是如何导致疼痛的呢？研究人员给正常大鼠鞘内注射外源性C3，发现可迅速诱发机械性和冷痛觉过敏，且这种效应持续达18小时。同时，C3处理还导致脊髓背角AMPA（α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸）受体GluR1亚基表达上调，并增加GluR1与突触标志物Synapsin 1（Syn-1）的共定位，提示C3促进了兴奋性突触的重塑。当使用siRNA敲低C3aR后，C3诱导的疼痛行为明显缓解，表明C3的伤害性效应依赖于其受体C3aR。

在慢性开胸术后疼痛条件下GluR1受C3抑制调控

回到CPTP模型，研究人员通过鞘内注射C3 siRNA（小干扰RNA）特异性敲低C3表达。结果显示，C3敲低不仅显著缓解CPTP大鼠的疼痛行为，还降低脊髓背角GluR1的mRNA和蛋白表达水平，减少GluR1与Syn-1的突触共定位。类似地，使用C3抗体中和C3也能产生镇痛效果。这些结果证实，在CPTP条件下，C3通过调控GluR1表达和突触定位参与疼痛维持。

神经元C3aR敲低减轻慢性开胸术后疼痛并降低GluR1表达

C3aR在多种细胞中表达，那么究竟是哪种细胞的C3aR在CPTP中起关键作用呢？为探究神经元C3aR的特异性作用，研究人员使用AAV9-CaMKIIα-zsGreen-shC3aR病毒，特异性敲低兴奋性神经元中的C3aR表达。结果显示，神经元C3aR敲低可显著缓解CPTP大鼠的疼痛行为，并降低脊髓背角GluR1的表达水平。这表明神经元C3aR通过调控GluR1参与CPTP的疼痛过程。

这项研究系统阐明了慢性开胸术后疼痛的新机制：手术创伤激活脊髓星形胶质细胞中的NF-κB，进而促进补体C3的合成和释放；C3与神经元表面的C3aR结合后，上调AMPA受体GluR1亚基的表达并促进其突触定位，增强兴奋性突触传递，最终导致疼痛 hypersensitivity（超敏反应）的持续存在。

该研究的创新点在于首次揭示了星形胶质细胞-神经元通过NF-κB/C3/C3aR信号轴对话在CPTP中的核心作用，并明确将神经元C3aR与GluR1调控联系起来。这不仅深化了对慢性疼痛机制的理解，更重要的是为临床治疗提供了新思路：针对NF-κB/C3/C3aR通路的干预策略，可能成为预防和治疗慢性术后疼痛的有效手段，减少对阿片类药物的依赖。

尽管该研究存在一些局限性，如C3表达检测时间点较晚、星形胶质细胞激活比例不高等，但其建立的改良CPTP模型成功模拟了临床疼痛的高发生率，结合多层次的研究方法，为慢性疼痛机制研究提供了有力工具。未来研究可进一步探讨不同细胞类型中C3/C3aR信号的时空调控特征，以及该通路与其他疼痛相关信号的交叉对话，为开发精准镇痛策略奠定基础。