3D光片显微镜揭示小鼠膝关节衰老相关骨关节炎相关的关节神经重塑

目的：骨关节炎（OA）是一种常见的与年龄相关的关节疾病，可引起慢性疼痛。本研究探讨了小鼠膝关节中伤害性及交感神经支配如何随年龄和OA进展而变化，以及这些变化与疼痛和疾病严重程度的关系。方法：将三十八只小鼠分为四组：年轻雄性（My）、老龄雄性（Ma）、年轻雌性（Fy）和老龄雌性（Fa）。通过压力应用测量（PAM）评估疼痛敏感性，并使用OARSI评分对关节损伤进行分级。同时评估了背根神经节（DRG）中CGRP和PIEZO2的表达。我们采用iDISCO组织透明化和3D光片荧光显微镜观察小鼠膝关节前部区域的总（PGP9.5+）、伤害性（CGRP+）和交感（TH+）神经纤维。基于MATLAB的工具量化了神经结构。结果：老龄雄性小鼠表现出最严重的OA严重程度，其PAM缩爪阈值显著低于年轻雄性，表明疼痛敏感性随年龄增加而增加。该表型伴随着膝关节总PGP9.5+神经网络明显的重塑。具体而言，老龄雄性小鼠的总PGP9.5+神经纤维长度约为年轻雄性的2.0倍，PGP9.5+分支复杂度约为年轻雄性的3.6倍。老龄雄性小鼠的伤害性CGRP+神经纤维密度也升高，而交感TH+纤维密度在不同年龄和性别组间无显著变化。雌性小鼠在PAM缩爪阈值、软骨退化（OARSI评分）或关节神经支配方面均未观察到显著的年龄相关差异。与关节层面的发现一致，DRG分析显示老龄雄性小鼠的CGRP+神经元数量约为年轻雄性的1.3倍，PIEZO2表达约为年轻雄性的2.1倍，而雌性小鼠未显示显著的年龄依赖性变化。结论：膝关节前部区域增强的伤害性而非交感神经重塑与Ma组中增加的OA严重程度和膝关节疼痛相关。这些发现强调了外周感觉可塑性在OA疼痛中的作用，并展示了3D成像在可视化关节疾病神经解剖学变化中的价值。