利用体内钙成像与笼内行为分析探究关节炎小鼠关节疼痛：新方法揭示神经元活动与行为变化

《Arthritis Research & Therapy》：Using in vivo calcium imaging to examine joint neuron spontaneous activity and home cage analysis to monitor activity changes in mouse models of arthritis

目前关节炎疼痛的治疗药物效果欠佳，研究关节疼痛面临诸多挑战，如评估关节神经元功能困难、行为学检测方法存在缺陷等。为解决这些问题，研究人员开展了用体内钙成像和笼内行为分析研究小鼠关节炎的主题研究，发现 AIA 小鼠关节神经元自发活动增加、运动活性降低，PMX 小鼠则无明显变化，为研究关节炎疼痛提供了新方法和依据。

　　关节炎是一种常见的疾病，给患者带来极大痛苦，严重影响生活质量。目前，关节炎疼痛的治疗面临诸多困境，现有治疗药物效果不理想。例如，治疗骨关节炎（OA）疼痛的一线药物要么效果不佳，要么患者耐受性差。在研究方面，对关节炎疼痛机制的了解还十分有限，这严重阻碍了更有效镇痛药物的研发。

在研究关节疼痛的过程中，面临着诸多难题。评估关节神经元的功能变化非常困难，因为在众多感觉神经元中，关节神经元相对稀少。传统的评估方法依赖高度专业化的电生理技术，不仅通量低，而且很难从少量支配关节的神经元中获取记录，比如只有约 3 - 5% 的腰部感觉神经元投射到小鼠膝关节的关节腔内。

在行为学研究方面，常用的静态负重测试存在缺陷。小鼠在进行该测试时通常需要被约束，这会引发压力，进而改变痛觉感受，导致实验结果的可重复性不佳。不同研究小组在使用该测试评估小鼠 OA 手术模型的关节疼痛时，得到的结果差异较大。

为了突破这些困境，英国伦敦国王学院（King’s College London）Wolfson Sensory, Pain and Regeneration Centre（SPaRC）的研究人员开展了一项重要研究。他们利用体内钙成像技术和笼内行为分析，旨在探究类风湿关节炎和骨关节炎小鼠模型的关节疼痛机制。

研究人员用到了几个主要关键技术方法：一是通过腺相关病毒载体（AAV9）将基因编码的钙指示剂 GCaMP6s 传递到感觉神经元，用于体内钙成像；二是对膝关节传入神经进行逆行标记，以特异性研究关节神经元；三是构建部分内侧半月板切除术（PMX）和抗原诱导性关节炎（AIA）小鼠模型；四是运用笼内行为分析仪（HCA）监测小鼠行为；五是对膝关节进行组织学分析评估软骨降解情况。

研究结果如下：

1. 模型构建成功：PMX 导致膝关节软骨退化，AIA 引起膝关节肿胀。通过组织学分析发现，PMX 小鼠膝关节软骨损伤严重，OARSI 评分显著高于假手术组；AIA 小鼠膝关节在注射甲基化牛血清白蛋白（mBSA）后明显肿胀。
2. 笼内行为分析：AIA 小鼠在注射 mBSA 后的前 46 小时，运动活性降低，在黑暗阶段表现为移动距离减少、活动时间缩短；而 PMX 小鼠与假手术组在 4 - 12 周内的运动活性无明显差异。
3. 体内钙成像：AIA 小鼠在注射 mBSA 后，关节传入神经元的自发活动显著增加，且主要集中在中等大小的神经元；PMX 小鼠在术后 13 - 15 周，关节传入神经元的自发活动未增加，与假手术组相似。

研究结论和讨论部分表明，体内钙成像结合逆行标记可用于评估多个关节神经元的功能变化，发现 AIA 小鼠在急性阶段关节神经元自发活动增加，而 PMX 小鼠在后期未观察到这种变化。笼内行为分析能够检测到 AIA 小鼠的行为改变，但对 PMX 小鼠的检测不够敏感。

这项研究具有重要意义，为深入理解关节炎疼痛机制提供了新视角，为开发更有效的关节炎疼痛治疗方法奠定了基础。同时，也为未来研究不同类型神经元在关节炎疼痛中的作用指明了方向，有助于推动关节炎治疗领域的发展。