三叉神经痛模型中不受限小鼠镇痛药响应性面部疼痛行为的手动与自动捕捉

Manual and automated capture of analgesic-responsive facial pain behaviors of unrestrained mice in a trigeminal neuralgia model

作者信息Ramiro Colon-Vilella, Darian Mohsenin, Isabella M G Triana, Biafra Ahanonu, Allan I Basbaum, Xiaobing Yu
PMID42578425
期刊Pain
发布时间2026-08-11
DOI10.1097/j.pain.0000000000004086

实验完整度

包含不受限小鼠行为学、DLC自动化分析、免疫组化及多种药物验证,具备功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6小鼠颅内FRICT-ION三叉神经痛模型 不受限小鼠高帧率视频行为评估体系 DeepLabCut自动追踪分析体系

重点核对

cbz剂量60 mg/kg腹腔注射,测试前30分钟给药 L-Baclofen剂量2 mg/kg腹腔注射,测试前30分钟给药 PS75剂量5 mg/kg腹腔注射,测试前30分钟给药 Meloxicam剂量5 mg/kg腹腔注射,测试前30分钟给药 BIBN 4096剂量5 mg/kg腹腔注射,测试前30分钟给药

摘要

三叉神经痛(TN)是一种严重的神经病理性疼痛,严重影响人类健康。尽管卡马西平(CBZ)初期有效,许多患者仍对药物治疗及后续侵入性操作无效。虽然已开发出三叉神经颅外慢性压迫性损伤(CCI)的临床前三叉神经病理性疼痛模型,但损伤诱导的面部超敏很少对CBZ有响应,这使这些模型与TN的相关性受到质疑。近期报道显示,通过更接近经典TN中所见压迫的颅内CCI,可诱导出CBZ响应性面部疼痛。然而,这些模型中持续性疼痛的行为学评估通常需要束缚设置,这可能触发与疼痛不一定相关的不可预测行为。在此,我们聚焦于CBZ敏感的颅内CCI模型(即FRICT-ION模型)后不受限小鼠的自发性和诱发性疼痛测量。为长期测量这些行为,我们开发了一种高帧率视频图像分析,能够可靠捕捉损伤同侧增加的慢性自发性不对称理毛和机械诱发的面部摩擦。值得注意的是,这种改变的行为表型可被非镇静剂量的CBZ显著逆转。使用DeepLabCut追踪,我们还发现面部机械刺激后头部运动速度是TN异常性疼痛的一个显著CBZ敏感行为相关指标。重要的是,这些行为测量准确重现了一组特定非阿片类镇痛药在既往TN临床管理中测试的临床结果——包括成功与失败。总之,这些测量应极大促进创新TN疗法的研究开发。

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
如何在不受限小鼠中可靠评估FRICT-ION三叉神经痛模型长期面部疼痛行为,并验证其与临床TN镇痛药反应的相关性。
核心机制
颅内FRICT-ION损伤诱导同侧三叉神经V2区域慢性神经免疫激活,伴随持续性面部疼痛行为,这些行为可由CBZ、L-Baclofen和PS75调控,而不受NSAID或CGRP受体拮抗剂影响。
主要证据
在不受限小鼠中,高帧率视频手动分析与DLC自动追踪显示损伤后自发不对称理毛和诱发面部摩擦增加持续至少4周,头部运动速度增加持续5个月,CBZ、L-Baclofen和PS75显著逆转这些行为,而Meloxicam和BIBN 4096无影响;免疫组化显示同侧三叉神经PU.1+巨噬细胞浸润、TG中ATF3表达及TNC中IBA1+小胶质细胞增加。
研究意义
这些行为测量准确重现了特定非阿片类镇痛药在TN临床管理中的成功与失败,应有助于创新TN疗法的研究开发,并可推广至其他三叉神经病理性疼痛模型。

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

FRICT-ION模型建立

建立CBZ敏感的三叉神经痛小鼠模型。

通过眶下神经颅内慢性压迫性损伤,在foramen rotundum处植入4根铬肠线及surgifoam,增强三叉神经V2颅内压迫。

2

不受限行为评估体系建立

捕捉不受限小鼠自发性和诱发性面部疼痛行为。

使用遮蔽管法将小鼠置于定制丙烯酸管中,以单色相机和红外镜头进行高帧率视频记录,同步记录von Frey丝强度和刺激次数。

3

手动行为分析

通过人工评分检测损伤诱导的慢性面部疼痛行为。

由盲法观察者分析视频,评估自发不对称理毛和诱发面部摩擦(理毛和擦拭总和),并采用grimace scale和OPAD评估。

4

DeepLabCut自动追踪分析

自动捕捉von Frey刺激后头部运动速度作为持续性疼痛相关指标。

使用DLC v3.0训练神经网络追踪鼻、爪、胡须垫和眼睑关键点,计算刺激后15秒内头部运动速度。

5

药物验证

验证行为测量对临床TN镇痛药反应的预测能力。

腹腔注射CBZ、L-Baclofen、PS75、Meloxicam或BIBN 4096,30分钟后测试自发和诱发行为。

6

神经免疫验证

检测FRICT-ION模型是否伴随慢性神经免疫激活。

免疫组化检测三叉神经V2、三叉神经节和TNC中PU.1、IBA1、NF200和ATF3表达。

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
手术丝线Ethicon6.0
铬肠线Ethicon4.0
明胶海绵文中未明确说明--
Dumont 5/45镊子FST#11251-35
BRI #10-1725镊子BRI#10-1725
3M Vetbond组织胶3M#1469SB
定制抬高丙烯酸透明管TAP PlasticSKU#23353-CTS
单色相机The ImagingsourceDMK 37BUX252
红外C-Mount镜头TamronBH #TA41212ML; MFR #12VM412ASIR
卡马西平文中未明确说明--
L-巴氯芬文中未明确说明--
PS75文中未明确说明--
美洛昔康文中未明确说明--
BIBN 4096文中未明确说明--
2-羟丙基β-环糊精文中未明确说明--
兔抗PU1抗体Cell Signaling#2266
兔抗IBA1抗体Wako#019-19741
小鼠抗NF200抗体Sigma#N5389
兔抗ATF3抗体Sigma-Aldrich#HPA001562
Alexa Fluor 488荧光二抗ThermoFisher Scientific--
Alexa Fluor 555荧光二抗ThermoFisher Scientific--
Alexa Fluor 594荧光二抗ThermoFisher Scientific--
Alexa Fluor 647荧光二抗ThermoFisher Scientific--
Carl Zeiss LSM 700显微镜Carl ZeissLSM 700
口面部疼痛评估装置笼Stoelting--
Ensure Original营养奶昔Abbott Laboratories--
加速转棒仪Ugo BasileModel #7650
高架十字迷宫Kinder Scientific--

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
FRICT-ION模型建立
铬肠线数量4根、长度3-4 mm;植入位置foramen rotundum;术后软食喂养
阅读提示:Methods 2.2 Surgery
不受限行为记录
相机帧率60 fps;von Frey丝强度0.02 g或0.04 g;每侧刺激5次,间隔30-60秒;刺激前habituation 10分钟
阅读提示:Methods 2.3和2.4.1,Figure 1C,Figure 2
DeepLabCut追踪
DLC v3.0;RestNet-50;20轮训练,1000 epochs,batch size 16;头部运动速度计算窗口为刺激后15秒
阅读提示:Methods 2.4.6,Figure 2D-G
药物处理与行为测试
CBZ 60 mg/kg、L-Baclofen 2 mg/kg、PS75 5 mg/kg、Meloxicam 5 mg/kg、BIBN 4096 5 mg/kg;腹腔注射;给药后30分钟测试;溶媒组成
阅读提示:Methods 2.5,Figure 3
免疫组化
抗体稀释比例:anti-PU1 1:500,anti-IBA1 1:2000,anti-NF200 1:1000,anti-ATF3 1:500;灌注固定条件
阅读提示:Methods 2.6,Figure 4