超高频经皮神经电刺激用于神经病理性疼痛缓解和神经调控

Ultrahigh frequency transcutaneous electrical nerve stimulation for neuropathic pain alleviation and neuromodulation.

作者信息Szu-Han Chen, Yu-Wen Lin, Wan-Ling Tseng, Wei-Tso Lin, Sheng-Che Lin, Yuan-Yu Hsueh
PMID38368171
发布时间2024-04
DOI10.1016/j.neurot.2024.e00336

实验完整度

包含行为学、免疫荧光、RNA测序等多层级验证,明确分组和统计,机制探讨有所依据。

主要模型

Sprague-Dawley 雄性大鼠慢性压迫性损伤模型 大鼠坐骨神经 背根神经节(DRG)神经元

重点核对

CCI 模型:4 条 5-0 尼龙结扎线,间距约 1 mm,位于坐骨神经三叉上方 1 cm UHF-TENS 参数:500 kHz 正弦波,2 Hz 重复频率,25 ms 脉冲宽度,每次治疗 15 分钟 行为学测试时间点:治疗前、治疗后 30 分钟、第 1 天至第 4 天 DRG 组织采集时间点:神经暴露手术、术后第 7 天、UHF 治疗后第 1 和第 5 天 样本量:行为学每组 6 只(损伤组),DRG 免疫荧光和 RNA 测序每组 4 只

摘要

周围神经压迫性神经病变患者的一个具有挑战性的并发症是神经病理性疼痛。损伤部位的过度神经炎症加重神经病理性疼痛并损害功能。目前,非侵入性调控技术如经皮神经电刺激(TENS)已显示出治疗前景和积极结果。然而,其缓解疼痛的潜在调控分子机制仍然复杂且未被探索。本研究旨在验证超高频(UHF)-TENS 在大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤中的治疗效果。通过应用 UHF-TENS 实现了机械性痛觉异常的缓解,一次治疗后持续3天,两次治疗后持续4天,而不会对髓鞘轴突结构造成额外损伤。整个组织采集时间表分为四个时间点:神经暴露手术、神经结扎后7天,以及一次 UHF 治疗后1天和5天。在 UHF 治疗后,损伤的背根神经节神经元中观察到疼痛相关神经肽、MEK、c-Myc、c-FOS、COX2 和 P 物质的显著减少。对感觉神经元差异基因表达的 RNA 测序显示,UHF 治疗后 Cables、Pik3r1、Vps4b、Tlr7 和 Ezh2 显著下调,而 Nfkbie 和 Cln3 上调。UHF-TENS 有效且安全地缓解了神经病理性疼痛,没有造成进一步的神经损伤。DRG 内疼痛相关神经肽产生的减少提供了治疗益处。UHF-TENS 背后的可能分子机制可能源于对 NF-κB 复合物、Toll 样受体7和磷脂酰肌醇3-激酶/Akt 信号通路的调控。这些结果表明 UHF-TENS 在大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤中的神经调控作用,包括缓解神经病理性疼痛、改善疼痛相关神经肽和调控神经炎症基因表达。结合相关神经炎症基因的调控,UHF-TENS 可能成为未来增强神经病理性疼痛治疗的新模式。

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
UHF-TENS 能否安全有效地缓解大鼠坐骨神经慢性压迫性损伤引起的神经病理性疼痛,其可能的分子机制是什么?
核心机制
UHF-TENS 通过调控 NF-κB 复合物、Toll 样受体 7 和 PI3K/Akt 信号通路,减少疼痛相关神经肽(如 BDNF、COX2、c-Myc、SP、c-Fos 和 MEK)的产生,并调节神经炎症基因表达。
主要证据
行为学显示 UHF-TENS 缓解机械性痛觉异常,免疫荧光显示疼痛相关神经肽蛋白水平降低,NanoString 转录组分析显示相关基因表达改变。
研究意义
UHF-TENS 可能成为一种新的神经调控方式,通过与神经炎症基因调控结合,增强神经病理性疼痛的治疗效果。

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

建立神经病理性疼痛模型

模拟周围神经压迫性损伤,诱导稳定的机械性痛觉异常和神经炎症

对大鼠坐骨神经施加可控力(6g 张力)进行慢性压迫性损伤(CCI),左侧坐骨神经暴露后,在距三叉上方 1 cm 处以 5-0 尼龙线结扎 4 条,间距约 1 mm。

2

应用 UHF-TENS 治疗

验证 UHF-TENS 对神经病理性疼痛的治疗效果和安全性

将 UHF-TENS 设备置于手术部位皮肤上,给予 500 kHz 正弦波刺激,每次 15 分钟,共给予两轮治疗。

3

评估行为学变化

评估 UHF-TENS 对机械性痛觉异常的影响

使用 von Frey 细丝测量后爪缩爪阈值,比较治疗组和对照组在不同时间点的阈值变化。

4

免疫荧光检测疼痛相关蛋白

观察 UHF-TENS 对背根神经节中疼痛相关神经肽和信号蛋白表达的影响

在治疗后第 1 天和第 5 天收集 L4-L5 DRG,进行免疫荧光染色,定量分析 BDNF、COX2、c-Myc、SP、MEK 和 c-Fos 的阳性神经元比例。

5

转录组分析

揭示 UHF-TENS 对背根神经节中神经炎症相关基因表达的影响

提取 L4-L5 DRG 的总 RNA,使用 NanoString nCounter Neuroinflammation Panel 检测 757 个基因的表达,通过差异表达分析和通路分析筛选 UHF-TENS 调控的基因。

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
StimOn™ 疼痛缓解系统 (GM2439)Gimer Medical Co., Ltd.--
异氟烷Sigma-Aldrich--
5-0 尼龙缝线Ethicon--
Semmes-Weinstein 单丝North Coast Medical, Inc.--
Triton X-100----
牛血清白蛋白----
抗 NF200 抗体Sigma-AldrichN0142
抗 MBP 抗体GeneTexGTX133108
抗 c-FOS 抗体GeneTexGTX129846
抗 BDNF 抗体ElabscienceE-AB-63470
抗 COX2 抗体ElabscienceE-AB 62884
抗 c-Myc 抗体GeneTexGTX17356
抗 P 物质抗体GeneTexGTX10353
抗 MEK1 抗体GeneTexGTX134234
山羊抗小鼠 IgG 抗体GeneTexGTX213111-05
山羊抗豚鼠 IgG 抗体GeneTexGTX26965
山羊抗兔 IgG 抗体GeneTexGTX213110-04
DAPI----
含 DAPI 的封片剂Abcamab104139
荧光显微镜 (BX61)Olympus--
ImageJ 软件----
TRIzol 试剂Sigma-Aldrich--
nCounter® 小鼠神经炎症 v1.0 面板NanoString Technologies--
QuickDrop SpectraMax 分光光度计Molecular Devices--
生物分析仪 (型号2100)Agilent Technologies--
Prism (9.5.1版)GraphPad Software--

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
动物模型建立
大鼠品系、体重、结扎线型号与数量、结扎位置和间距、结扎力度(6g 张力)
阅读提示:Materials and Methods: Animals and surgical procedures
UHF-TENS 干预
刺激参数(频率、波形、脉冲宽度)、治疗时长、电极放置方式、治疗次数及间隔
阅读提示:Materials and Methods: UHF-TENS for the injured sciatic nerve, Figure 1B
行为学评估
测试时间点、von Frey 纤维丝规格、起始力、刺激时间、测试间隔、样本量
阅读提示:Materials and Methods: Sensory assessment, Figure 1C
免疫荧光检测
组织固定、切片厚度、抗体稀释比、孵育时间、阳性定量标准
阅读提示:Materials and Methods: Immunofluorescent staining (IF)
转录组分析
RNA 提取方法、NanoString 面板、RNA 质量指标、归一化方法、差异表达分析参数
阅读提示:Materials and Methods: Nanostring analysis for RNA sequencing