肠道菌群急性扰动诱导的蛋白酶激活背根神经节神经元兴奋与内脏及躯体痛觉过敏相关

背景与目的：腹痛是与微生物菌群失调相关疾病（如肠易激综合征和炎症性肠病）的主要症状。无菌小鼠比常规饲养小鼠更容易出现腹痛，而在无菌小鼠中重建菌群可降低腹痛敏感性。然而，微生物调节疼痛的机制仍不清楚。我们假设肠道菌群的破坏会调节外周伤害性神经元的兴奋性。方法：对经非吸收性抗生素万古霉素（50 μg/mL，饮用水，7天）处理的小鼠和水处理的对照小鼠进行体内和体外内脏感觉测定。通过粪便微生物组成的16S rRNA分析验证细菌菌群失调。结果：与对照组相比，万古霉素处理的小鼠在体内和体外对结肠扩张的敏感性增加，并且背根神经节（DRG）神经元的体外兴奋性增强。有趣的是，DRG神经元的兴奋性增强并不局限于支配肠道的神经元，这表明肠道菌群失调对外周疼痛回路具有广泛影响。与此一致，万古霉素处理的小鼠对后爪施加的热刺激比对照小鼠更敏感。将来自万古霉素处理小鼠的血清与来自初始小鼠的DRG神经元共孵育，增加了DRG神经元的兴奋性，这表明微生物菌群失调改变了影响伤害感受的循环介质。半胱氨酸蛋白酶抑制剂E64（30 nmol/L）和蛋白酶激活受体2（PAR-2）拮抗剂GB-83（10 μmol/L）均能阻断万古霉素处理小鼠血清引起的DRG神经元兴奋性增加，在表达NaV1.8的神经元中敲除PAR-2也有同样效果。来自万古霉素处理小鼠的粪便上清液（而非结肠上清液）通过半胱氨酸蛋白酶激活PAR-2增加了DRG神经元的兴奋性。结论：这些数据共同表明，肠道微生物菌群失调改变了疼痛敏感性，并确定半胱氨酸蛋白酶是这种效应的潜在介质。