施万细胞Lrp1缺失通过调节线粒体功能和TRPV1/TRPA1活性驱动三叉神经元敏化及口面部疼痛

Schwann cell Lrp1 deletion drives trigeminal neuron sensitization and orofacial pain by modulating mitochondrial function and TRPV1/TRPA1 activity

作者信息Zhiting Gong, Morgan Zhang, Naijiang Liu, Kesava Asam, Stefano Martellucci, Bradley Aouizerat, Wendy Campana, Yi Ye
PMID41430102
发布时间2025-12-22
DOI10.1186/s10194-025-02250-6

实验完整度

包含体外施万细胞培养、TG神经元钙成像、Seahorse代谢分析、体内行为学测试及RNA-seq等多层级实验,并进行功能验证(如TRPV1/TRPA1拮抗剂和NAC干预)。

主要模型

scLrp1−/−小鼠(施万细胞特异性Lrp1敲除) 原代施万细胞(来自小鼠眶下神经) 原代三叉神经节神经元(小鼠) 小鼠口面部疼痛行为模型(von Frey和Hargreaves测试)

重点核对

施万细胞特异性Lrp1敲除的确认(Western blot验证ION中LRP1蛋白降低) 行为学测试条件:8-12周龄小鼠,von Frey纤维(0.008-2g)应用于V2分支,热刺激潜伏期记录(截止20秒) RNA-seq分析的差异表达基因阈值(|Log₂FC|≥1, Padj<0.05) Seahorse实验流程:TG神经元接种密度(约1/5神经节/孔),药物注射顺序(oligomycin, FCCP, rotenone/antimycin A) TRPV1/TRPA1拮抗剂使用浓度(A425619 1μM/10μM, HC030031),及NAC浓度(5mM体外,100mg/kg体内)

摘要

背景:口面部疼痛影响10-15%的成年人,是一种常见的慢性疼痛,仍是一个主要的临床挑战。施万细胞在这种病理生理学中的作用尚未完全了解。施万细胞中的低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP1)在口面部疼痛机制中的作用尚不清楚。发现:我们证明,小鼠施万细胞特异性条件敲除Lrp1(scLrp1−/−)导致口面部区域明显的机械和热超敏反应。对scLrp1−/−小鼠三叉神经节(TG)的RNA-seq显示,线粒体和代谢途径、活性氧(ROS)信号、钙稳态和神经退行性相关过程发生了广泛变化。Seahorse代谢通量分析和生化分析进一步证实了TG中线粒体功能和ROS产生的改变。此外,从scLrp1−/−小鼠分离的TG中,机械和热敏感离子通道TRPV1和TRPA1过度表达并敏感化。从scLrp1−/−小鼠分离的施万细胞显示出oxLDL摄取缺陷和过量的H₂O₂释放。来自LRP1缺失施万细胞的条件培养基在体内诱导口面部超敏反应,并在体外以TRPV1/TRPA1依赖性方式强烈激活TG神经元。结论:我们的结果表明,施万细胞LRP1保护线粒体功能并支持三叉神经系统中的神经元-胶质细胞代谢偶联。LRP1在施万细胞中的缺乏在无外部损伤的情况下驱动口面部疼痛,这一发现突显了施万细胞作为慢性疼痛的主动驱动者而非被动放大器,并确定LRP1是口面部疼痛管理的有前景的靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
施万细胞中的LRP1在口面部疼痛中起什么作用,其机制是什么?
核心机制
施万细胞Lrp1缺失导致线粒体功能障碍和ROS产生增加,进而敏化三叉神经元TRPV1/TRPA1通道,引起疼痛超敏。
主要证据
scLrp1−/−小鼠表现出口面部机械和热超敏;RNA-seq显示线粒体途径改变;Seahorse显示TG神经元最大呼吸、质子漏和备用呼吸能力增加;TRPV1/TRPA1表达和功能增强;施万细胞上清液在体内外均激活TG神经元,且可被TRPV1/TRPA1拮抗剂或NAC逆转。
研究意义
研究确定LRP1为口面部神经病的有前景的治疗靶点,并突显施万细胞作为慢性疼痛主动驱动者的作用。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

施万细胞特异性Lrp1敲除小鼠的构建与表型验证

评估施万细胞LRP1缺失对口面部疼痛行为的影响。

通过Mpz-Cre小鼠与Lrp1 floxed小鼠杂交获得scLrp1−/−小鼠,通过Western blot确认ION中LRP1蛋白降低,并进行von Frey、Hargreaves和行为光谱仪测试。

2

ION和TG的分子及转录组分析

探究Lrp1缺失对施万细胞和神经元线粒体功能及氧化应激的影响。

对TG进行RNA-seq,对ION和TG进行Western blot检测OXPHOS亚基、MFN2、pPDH等,并检测蛋白羰基含量。

3

TG神经元线粒体功能检测

验证转录组预测的线粒体功能障碍。

使用Seahorse XF24分析仪测量TG神经元的耗氧率,记录基础和药物刺激后的OCR。

4

TRPV1/TRPA1表达和功能分析

检测Lrp1缺失后TRPV1/TRPA1的表达和敏感性变化。

通过Western blot和免疫荧光检测TRPV1/TRPA1表达,使用钙成像评估对激动剂(capsaicin、AITC)的反应。

5

施万细胞功能分析及上清液效应验证

探究Lrp1缺失对施万细胞ROS产生、oxLDL摄取的影响及上清液对神经元和疼痛行为的作用。

分离培养原代施万细胞,检测H₂O₂释放和oxLDL摄取;收集上清液用于体内注射和体外神经元钙成像,并使用TRPV1/TRPA1拮抗剂和NAC验证机制。

6

体内药理学验证

验证ROS和TRPV1/TRPA1在疼痛行为中的作用。

给予scLrp1−/−小鼠NAC或TRPV1/TRPA1拮抗剂组合,通过von Frey测试评估口面部机械敏感性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
引物----
von Frey纤维Bioseb--
热刺激仪IITC Life Sciences--
行为光谱仪----
RNeasy试剂盒Qiagen74104
Agilent 2100生物分析仪Agilent--
II型胶原酶Gibco, Thermo Fisher Scientific17101015
分散酶IIGibco, Thermo Fisher Scientific17105041
gentleMACS解离器Miltenyi Biotec--
DMEM培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific11965092
毛喉素Sigma-AldrichF6886/344282
重组人神经调节蛋白-1R&D Systems, Bio-Techne9875-NR-050
多聚-D-赖氨酸GibcoA3890401
层粘连蛋白Gibco23017015
胰蛋白酶-EDTAGibco, Thermo Fisher Scientific25300054
抗S100β抗体Proteintech15146-1-AP
F-12培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific11765054
Percoll密度梯度介质Cytiva17-0891-01
青霉素-链霉素Gibco, Thermo Fisher Scientific15140122
台盼蓝Sigma-AldrichT8154
Seahorse XF细胞线粒体压力测试试剂盒Agilent Technologies103015-100
XF24细胞外流量分析仪Agilent Technologies100777-004
Seahorse XF检测培养基Agilent Technologies103335-100
葡萄糖Gibco, Thermo Fisher ScientificA2494001
L-谷氨酰胺Gibco25030081
寡霉素----
FCCP----
Fura-2 AMInvitrogenF1221
Pluronic F-127----
荧光显微镜Nikon--
辣椒素Sigma-AldrichM2028
AITCSigma-Aldrich377430
A425619AchemblockY229438
HC030031Sigma-AldrichH4415
N-乙酰半胱氨酸SigmaA7250
AMG9810TocrisSO-1805088
Triton X-100Sigma-AldrichT8787
山羊血清Thermo Fisher Scientific16210072
脱脂牛奶BD Difco232100
抗TRPV1抗体Alomone LabsACC-030
抗TRPA1抗体Alomone LabsACC-037
抗NeuN抗体MilliporeABN91
Alexa Fluor 594山羊抗兔IgGThermo Fisher ScientificA-11012
Alexa Fluor 488山羊抗鸡IgYThermo Fisher ScientificA-11039
Hoechst 33342Invitrogen, Thermo Fisher ScientificH3570
Fluoroshield封片剂Sigma-AldrichF6182
Leica TCS SP8共聚焦显微镜Leica Microsystems--
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒Pierce, Thermo Fisher Scientific--
硝酸纤维素膜----
SuperBlock封闭液Thermo Fisher Scientific--
抗MFN2抗体Proteintech12186-1-AP
抗磷酸化PDH抗体Cell Signaling Technology31866
抗总PDH抗体Cell Signaling Technology3205
总OXPHOS啮齿动物WB抗体混合物Abcamab110413
抗TRPV1抗体Alomone LabsACC-030
抗TRPA1抗体Alomone LabsACC-037
抗兔IgG(HRP标记)Cell Signaling Technology7074
抗小鼠IgG(HRP标记)Cell Signaling Technology7076
Restore Western blot剥离缓冲液Thermo Fisher Scientific--
抗Calnexin抗体Enzo Life SciencesADI-SPA-860-D
抗β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
Amplex Red过氧化氢/过氧化物酶检测试剂盒Thermo Fisher ScientificA22188
CLARIOstar酶标仪BMG Labtech--
DiI标记的氧化低密度脂蛋白Invitrogen, Thermo Fisher ScientificL34357
蛋白羰基含量检测试剂盒Abcamab126287

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
小鼠模型
小鼠品系、年龄、性别;Lrp1 floxed小鼠和Mpz-Cre小鼠的杂交方案
阅读提示:Materials and methods, Mice部分
行为学测试
von Frey纤维力度范围、测试次数、间隔;热刺激截止时间;行为光谱仪测试时间
阅读提示:Materials and methods, Orofacial von Frey test, Behavioral spectrometer, Thermal test部分以及Figure legends
RNA-seq
RNA提取试剂盒、测序平台、比对和差异表达分析参数
阅读提示:Materials and methods, RNA-sequencing and data analysis部分
施万细胞分离培养
酶消化浓度和时间、培养条件(生长因子、血清)、纯化方法
阅读提示:Materials and methods, Schwann cell isolation and culture部分
TG神经元培养
消化酶浓度和时间、密度梯度离心、培养条件
阅读提示:Materials and methods, Primary TG neuron culture部分
Seahorse实验
接种密度、药物注射顺序和浓度、OCR参数定义
阅读提示:Materials and methods, Seahorse XF mito stress test部分和Figure legends
钙成像
Fura-2 AM浓度、负载时间、缓冲液成分、刺激浓度
阅读提示:Materials and methods, Calcium imaging部分和Figure legends
药物处理
药物浓度、溶剂、给药方式(体内体外)
阅读提示:Materials and methods, Drugs部分
Western blot
蛋白提取方法、抗体稀释度、内参选择
阅读提示:Materials and methods, Western blot部分
生化检测
H₂O₂检测试剂盒、oxLDL摄取实验条件、蛋白羰基测定方法
阅读提示:Materials and methods, Hydrogen peroxide assay, oxLDL uptake assay, Protein carbonyl content assay部分