星形胶质细胞 mGluR5 或是雄性小鼠慢性疼痛 “元凶”，有望成治疗新靶点

为探究星形胶质细胞在慢性疼痛中对突触传递的影响机制，杭州城市大学的研究人员开展相关研究，发现 ACC 中星形胶质细胞 mGluR5 介导异常钙信号，加重雄性小鼠机械性异常疼痛。该成果为慢性疼痛治疗提供新靶点，值得科研人员一读。

　　

在神经科学的奇妙世界里，疼痛是一个备受关注的研究领域。大脑中的前扣带回皮层（ACC）可不得了，它就像一个多功能的 “小管家”，在学习、记忆、注意力这些日常活动中发挥着重要作用，同时，在疼痛的感知和处理方面也有着关键地位。想象一下，当我们不小心被烫到或者受伤时，ACC 就开始忙碌起来，帮助我们感受疼痛并做出反应。

随着研究的深入，科学家们发现慢性疼痛会对 ACC 产生一些改变，进而影响突触传递（神经元之间传递信息的一种重要方式）。就好比神经元之间传递消息的 “快递员” 出现了异常，导致信息传递变得混乱。然而，这里面具体的机制却像一团迷雾，让科学家们困惑不已。

与此同时，星形胶质细胞（大脑中一种数量众多的神经胶质细胞）也引起了科学家们的注意。它们不仅为神经元提供能量支持，还在突触的功能和可塑性方面发挥着重要作用，就像是神经元的 “后勤保障部队”。而且，在许多中枢神经系统疾病中，胶质细胞的功能都会发生改变。在疼痛研究领域，也有不少证据表明，星形胶质细胞可能和慢性疼痛有着千丝万缕的联系。比如，炎症或者神经损伤会激活脊髓中的星形胶质细胞，抑制它们的功能还能缓解机械性异常疼痛（对正常情况下不会引起疼痛的刺激产生疼痛反应）。另外，初级躯体感觉皮层（S1）中的星形胶质细胞在机械性异常疼痛的发生过程中也扮演着重要角色。

细胞内的钙离子，就像是细胞活动的 “指挥官”，它所介导的信号通路对于调节神经递质的释放和突触传递至关重要。在很多病理情况下，星形胶质细胞中的 Ca2?活动都会出现异常，而且代谢型谷氨酸受体 5（mGluR5）的表达也会发生变化。在某些疾病状态下，mGluR5 会在成年星形胶质细胞中重新出现。但是，在慢性疼痛发生后，ACC 中的星形胶质细胞 Ca2?信号会发生怎样的改变？这些改变又是否和突触传递的调节以及机械性异常疼痛的发展有关呢？这些问题就像一个个谜团，等待着科学家们去解开。

为了弄清楚这些问题，来自杭州城市大学的研究人员进行了深入的探索，并在《Communications Biology》期刊上发表了一篇名为 “Astrocytic mGluR5 mediates synaptic plasticity in the anterior cingulate cortex and contributes to mechanical allodynia in male mice” 的论文。他们发现，ACC 中星形胶质细胞的 mGluR5 重新出现，会导致星形胶质细胞钙信号亢进，进而增加 ACC 中的突触传递，引发雄性小鼠的机械性异常疼痛。此外，通过化学遗传学方法激活 ACC 中的星形胶质细胞，会加重慢性疼痛条件下雄性小鼠的机械性异常疼痛，而敲低 mGluR5 则能够缓解这种疼痛。这一研究成果为慢性疼痛的治疗提供了全新的靶点，就像是在黑暗中找到了一盏明灯，为后续的研究和治疗指明了方向。

在这项研究中，研究人员运用了多种技术方法来探索其中的奥秘。他们通过手术建立了慢性缩窄性损伤模型，模拟慢性疼痛的情况。利用立体定位病毒注射技术，将各种病毒精准地注入小鼠的 ACC 区域，从而实现对特定基因的调控和观察。通过免疫组织化学技术，他们能够清晰地观察到细胞内蛋白质的表达情况，就像给细胞内的 “零件” 都贴上了标签。借助电生理学技术，研究人员可以记录神经元的电活动，了解突触传递的变化。还有微透析技术，能帮助他们测量细胞外谷氨酸的浓度。另外，利用双光子 Ca2?成像技术，他们可以实时观察星形胶质细胞内的钙离子信号变化。这些技术就像是研究人员手中的 “魔法工具”，帮助他们一步步揭开慢性疼痛的神秘面纱。

下面我们来看看研究人员具体都发现了什么。

慢性疼痛诱导的星形胶质细胞在雄性小鼠 ACC 中表现出亢进的 Ca2?信号并增加细胞外谷氨酸浓度

研究人员首先利用携带 GCaMP7b 的腺相关病毒（AAV2/5），通过局部显微注射的方式，将其导入雄性小鼠的 ACC 区域，这样就能观察到星形胶质细胞的 Ca2?信号啦。结果发现，GCaMP7b 特异性地在 GFAP 阳性的星形胶质细胞中表达，而在神经元、小胶质细胞和少突胶质前体细胞中都没有表达。就好像给星形胶质细胞装上了一个 “信号探测器”，只有它们能被探测到。

接着，研究人员发现，慢性疼痛会使雄性小鼠 ACC 中的星形胶质细胞 Ca2?信号频率和幅度都显著增加。同时，他们还观察到，慢性疼痛导致雄性小鼠 ACC 神经元的微小兴奋性突触后电流（mEPSC）频率和幅度也都明显增加，并且 PPR 降低，这表明存在突触前机制。为了进一步探究，研究人员使用微透析技术测量细胞外谷氨酸浓度，发现慢性疼痛使该浓度显著升高。这一系列实验结果表明，星形胶质细胞中异常的钙信号可能与谷氨酸的释放以及细胞外谷氨酸浓度的增加有关。就像是慢性疼痛按下了一个 “开关”，让星形胶质细胞变得异常活跃，释放出更多的谷氨酸，影响了神经元之间的信息传递。

mGluR5 在雄性小鼠慢性疼痛后重新出现在 ACC 星形胶质细胞中

星形胶质细胞中的 mGluR5 在幼年时表达水平较高，可出生几周后，它的表达和功能就会大幅下降，甚至消失。不过，研究人员发现，在某些病理情况下，它会重新出现。于是，他们研究了外周神经损伤是否会导致 ACC 中 mGluR5 的重新表达。结果发现，在周围神经损伤后的第 14 天，星形胶质细胞的 mGluR5 显著表达，而假手术的对照组则没有表达。而且，使用 mGluR5 拮抗剂 MPEP 后，星形胶质细胞的 Ca2?信号频率和幅度都明显降低。这说明，雄性小鼠 ACC 中星形胶质细胞的过度活跃是由 mGluR5 的重新出现引起的。这就好比 mGluR5 是一个 “捣乱分子”，在慢性疼痛时重新出现，让星形胶质细胞变得不安分，引发了一系列问题。

降低 ACC 星形胶质细胞的 Gq 依赖性信号可挽救雄性小鼠慢性疼痛诱导的症状

为了探究异常的 Ca2?信号是否会导致突触传递增强，研究人员利用 iβARK 选择性地抑制星形胶质细胞中的 Gq 信号通路。他们先验证了 iβARK 对星形胶质细胞 Gq 通路诱导的 Ca2?瞬变的抑制作用，发现 iβARK 能有效抑制由 mGluR5 激动剂 CHPG 引发的反应。接着，在周围神经损伤的雄性小鼠中，iβARK 显著降低了 ACC 中星形胶质细胞 Ca2?信号的频率和幅度，同时减少了 mEPSC 的幅度和频率，增加了 PPR，降低了细胞外谷氨酸浓度，还缓解了机械性异常疼痛。而只表达 mCherry 的小鼠仍然表现出异常的突触传递和较高的细胞外谷氨酸浓度，以及持续的机械性异常疼痛。这表明抑制 Gq 信号通路能够改善慢性疼痛引起的一系列症状，就像是给异常的细胞活动踩了一脚 “刹车”。

增强 ACC 星形胶质细胞中的 Ca2?信号会加重神经损伤小鼠的机械性异常疼痛，但对假手术的雄性小鼠没有影响

研究人员通过表达 hM3Dq 刺激 Gq 信号通路，进一步确认星形胶质细胞 Ca2?信号在神经性疼痛中的作用。他们发现，在假手术的雄性小鼠中，给予 CNO 能增加星形胶质细胞的 Ca2?信号，还能增加 mEPSC 的频率，但对机械性异常疼痛没有影响。然而，在周围神经损伤的小鼠中，CNO 会加重对伤害性刺激的反应，使机械性异常疼痛加剧。这说明增加 ACC 星形胶质细胞的 Gq 通路信号对假手术雄性小鼠的疼痛反应没有影响，但会恶化神经损伤雄性小鼠的机械性异常疼痛。就好像神经损伤的小鼠就像一个 “脆弱的机器”，一旦星形胶质细胞的 Ca2?信号增强，就会让疼痛的 “故障” 变得更严重。

敲低星形胶质细胞中的 mGluR5 可减轻雄性小鼠的慢性疼痛

研究人员发现 mGluR5 的重新出现与兴奋性突触传递增强和神经性机械性异常疼痛有关，于是他们想知道敲低 mGluR5 的表达能否逆转这些变化。他们通过病毒递送 mGluR5 - shRNA，结果发现，与表达 scramble - shRNA 的组相比，mGluR5 - shRNA 组中星形胶质细胞的 mGluR5 表达显著降低，由 CHPG 引发的 Ca2?信号也明显减弱。而且，mGluR5 - shRNA 还显著降低了周围神经损伤雄性小鼠 ACC 中星形胶质细胞 Ca2?波动的频率和幅度，减少了 mEPSC 的频率和幅度，降低了细胞外谷氨酸浓度，减轻了机械性异常疼痛。这表明星形胶质细胞 mGluR5 的重新出现可能是控制 ACC 突触可塑性和导致雄性小鼠机械性异常疼痛发展的关键事件，就像是解开了疼痛 “谜题” 的一把关键钥匙。

综合来看，这项研究首次揭示了在慢性疼痛的雄性小鼠中，ACC 星形胶质细胞中 mGluR5 的重新出现会导致钙信号亢进，进而增加突触传递和引发机械性异常疼痛。虽然目前还有一些问题有待解决，比如 mGluR5 重新出现的分子机制，以及研究存在只使用雄性小鼠、部分数据分析未进行实验人员双盲等局限性。但这项研究为慢性疼痛的研究开辟了新的方向，让我们对慢性疼痛的发病机制有了更深入的了解。它提示我们，mGluR5 可能是治疗慢性疼痛的一个重要潜在靶点，未来或许可以通过针对 mGluR5 的干预来开发新的慢性疼痛治疗方法，为那些饱受慢性疼痛折磨的患者带来新的希望。就像在黑暗的疼痛迷宫中，为我们找到了一条可能通向出口的道路。