脊髓巨噬细胞在外周损伤后解决伤害性过敏反应

Spinal macrophages resolve nociceptive hypersensitivity after peripheral injury.

作者信息Jesse K Niehaus, Bonnie Taylor-Blake, Lipin Loo, Jeremy M Simon, Mark J Zylka
PMID33667343
期刊Neuron
发布时间2021-04
DOI10.1016/j.neuron.2021.02.018

实验完整度

包含scRNAseq转录组分析、巨噬细胞耗竭/过表达的功能验证、组织学与行为学评估等多个独立证据层级。

主要模型

C57Bl/6小鼠 浅表损伤(SI)模型 spared nerve injury(SNI)模型

重点核对

小鼠品系:3-4月龄雄性C57Bl/6 损伤模型:SNI和SI手术,左侧后肢 巨噬细胞耗竭:鞘内注射甘露糖化脂质体包被氯膦酸盐(Lip-C) CD163过表达:鞘内注射mPEI纳米颗粒包裹Cd163质粒 行为学测试:von Frey机械痛阈和Hargreaves热痛阈

摘要

外周神经损伤诱导脊髓胶质细胞长期促炎反应,促进神经病理性疼痛,但解决脊髓炎症的内源性细胞身份尚未确定。在单细胞RNA测序(scRNAseq)指导下,我们发现小鼠浅表损伤(SI,神经完整)后,MRC1+脊髓巨噬细胞增殖并上调抗炎介质Cd163,然而在神经损伤动物中这种反应减弱。在SI动物中耗尽脊髓巨噬细胞促进小胶质细胞增生并导致机械性痛觉过敏持续存在。相反,在脊髓巨噬细胞中表达Cd163增加白细胞介素10表达,减弱小胶质细胞和星形胶质细胞增生,并持久缓解神经损伤动物的机械和热痛觉过敏。我们的数据表明,MRC1+脊髓巨噬细胞主动抑制胶质细胞,限制神经炎症,并在浅表损伤后解决机械性疼痛。此外,我们显示来自神经损伤动物的脊髓巨噬细胞产生减弱的抗炎反应,但可以通过治疗性诱导促进神经病理性疼痛的长期恢复。

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
外周神经损伤后脊髓中哪些内源性细胞解决神经炎症并促进疼痛消退?
核心机制
MRC1+脊髓巨噬细胞通过上调抗炎介质CD163,促进IL-10产生,抑制小胶质细胞和星形胶质细胞增生,从而限制神经炎症并解决疼痛。
主要证据
scRNAseq显示神经损伤后巨噬细胞增殖和CD163表达减弱;耗尽巨噬细胞导致疼痛持续和小胶质细胞增生;在神经损伤动物中过表达CD163可增加IL-10、减轻胶质增生并持久缓解疼痛。
研究意义
本研究揭示脊髓巨噬细胞在疼痛消退中的主动保护作用,并提示靶向CD163可能成为神经病理性疼痛的治疗策略。

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

单细胞转录组分析

鉴定脊髓中响应浅表损伤和神经损伤的细胞类型

对SI和SNI小鼠14天后的腰椎脊髓进行Drop-seq单细胞RNA测序,聚类分析鉴定细胞类型并比较细胞比例。

2

巨噬细胞动态变化分析

评估损伤后脊髓巨噬细胞数量和增殖的变化

通过免疫组化定量不同时间点MRC1+巨噬细胞数量和EdU掺入。

3

巨噬细胞耗竭实验

验证脊髓巨噬细胞在疼痛消退中的作用

在SI动物中鞘内注射甘露糖化脂质体包被氯膦酸盐(Lip-C)耗尽巨噬细胞,检测机械痛阈和小胶质细胞反应。

4

CD163过表达实验

验证增强脊髓巨噬细胞CD163表达能否缓解神经病理性疼痛

在SNI动物中鞘内注射mPEI纳米颗粒包裹Cd163质粒,检测CD163表达、IL-10水平、胶质增生和疼痛行为。

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。

单细胞转录组分析
验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证免疫效应

产品清单

实验环节名称品牌货号
山羊多克隆抗MRC1/CD206抗体R&D SystemsAF2535
兔单克隆抗CD163抗体Abcamab182422
兔多克隆抗IBA1抗体WAKO019-19741
鸡多克隆抗GFAP抗体Novus BiologicalsNBP1-05198
von Frey纤维丝----
足底测试仪IITC--
5-乙炔基-2‘-脱氧尿苷Cayman Chemicals20518
甘露糖化巨噬细胞耗竭试剂盒Encapsula Nano SciencesCLD-8914
体内转染试剂mPEIPolyplus Transfection203-10G
Nextera XT DNA文库制备试剂盒IlluminaFC-131-1096
RNAscope荧光多标记检测试剂盒Advanced Cell Diagnostics320851
RNAscope探针-Mm-Mrc1-C3ACDBio437511-C3
RNAscope探针-Mm-Il10ACDBio317261

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、性别、年龄:3-4月龄雄性C57Bl/6
阅读提示:STAR Methods - Mice and Behavior
手术模型
SNI手术:结扎并切断腓总神经和腓肠神经;SI手术:仅暴露神经
阅读提示:STAR Methods - Neuropathic pain model
巨噬细胞耗竭
鞘内注射Lip-C剂量和方案:10 μL
阅读提示:STAR Methods - Intrathecal injections and dosing
CD163过表达
mPEI-DNA复合物剂量和比例:pDNA总量、N/P比、注射体积
阅读提示:STAR Methods - Intrathecal injections and dosing
行为学测试
von Frey和热痛测试的设备、刺激时间、测量次数和统计方法
阅读提示:STAR Methods - Mouse Behavior
组织学分析
切片厚度、抗体浓度、成像和定量分析参数
阅读提示:STAR Methods - Histology 和 Image analysis/quantification