脊髓电刺激通过减少大鼠慢性压迫性损伤模型中脊髓集落刺激因子1水平减轻小胶质细胞活化从而缓解神经病理性疼痛

Spinal Cord Stimulation Alleviates Neuropathic Pain by Attenuating Microglial Activation via Reducing Colony-Stimulating Factor 1 Levels in the Spinal Cord in a Rat Model of Chronic Constriction Injury

作者信息Cong Sun, Xueshu Tao, Chengfu Wan, Xiaojiao Zhang, Mengnan Zhao, Miao Xu, Pinying Wang, Yan Liu, Chenglong Wang, Qi Xi, Tao Song
PMID35709447
发布时间2022-07-01
DOI10.1213/ANE.0000000000006016

实验完整度

研究包含CCI模型建立、SCS干预、行为学检测、免疫荧光、Western blot、RT-qPCR等多个实验层级,并包含外源性CSF1回补的功能验证,证据层级完整。

主要模型

Sprague-Dawley大鼠CCI模型 原代培养的脊髓组织、DRG及背根组织

重点核对

CCI手术:坐骨神经4处结扎,间隔1mm,结扎至阻断但不阻断神经外膜血流 SCS参数:频率60Hz,脉宽240μs,强度80%运动阈值,每日6小时,连续5天 鞘内注射:CSF1或海藻糖,浓度分别为15ng/μL和1μmol/μL,体积10μL,每日一次,连续3天 行为学检测:von Frey纤维丝测定机械缩足阈值,最大力50g,每只动物测3次,间隔5分钟 分子检测:Western blot检测CSF1,RT-qPCR检测IL-1β、IL-6、TNF-α

摘要

背景:脊髓电刺激(SCS)是一种新兴的微创手术,用于治疗顽固性慢性疼痛患者。尽管已有若干信号通路被提出可解释SCS介导的疼痛缓解,但其确切机制仍知之甚少。近期证据表明,受损感觉神经元来源的集落刺激因子1(CSF1)诱导脊髓小胶质细胞活化,参与神经病理性疼痛(NP)的发展。在此,我们检验了如下假设:SCS通过阻断CSF1到达脊髓,减轻小胶质细胞活化,从而缓解大鼠慢性压迫性损伤(CCI)模型中的疼痛。方法:对Sprague-Dawley大鼠进行坐骨神经结扎以诱导CCI,并植入硬膜外SCS导线。SCS每天6小时,持续5天。部分大鼠在SCS期间连续3天每天一次鞘内注射CSF1。结果:与对照组大鼠相比,CCI大鼠爪的机械 withdrawal 阈值显著降低,同时脊髓背角和背根神经节中小胶质细胞活化增加,CSF1水平升高,通过免疫荧光或Western blotting测量。SCS显著提高了CCI大鼠的机械 withdrawal 阈值,并减轻了脊髓背角中的小胶质细胞活化,这与脊髓背角和背根中CSF1水平降低有关,但背根神经节中未降低。此外,鞘内注射CSF1完全消除了SCS诱导的机械 withdrawal 阈值变化和脊髓背角小胶质细胞活化。结论:SCS减少脊髓小胶质细胞活化,并通过抑制损伤侧背根神经节释放CSF1至少部分缓解慢性NP。

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
SCS是否通过抑制CSF1从背根神经节向脊髓的释放,减轻脊髓小胶质细胞活化,从而缓解CCI大鼠的神经病理性疼痛?
核心机制
SCS通过抑制损伤侧背根神经节中CSF1的释放,减少脊髓中CSF1水平,进而减轻小胶质细胞活化及促炎细胞因子产生,从而缓解神经病理性疼痛。
主要证据
CCI大鼠出现机械痛觉过敏、脊髓背角和DRG中CSF1水平升高及小胶质细胞活化;SCS提高机械缩足阈值,降低脊髓背角和背根中CSF1水平并抑制小胶质细胞活化;鞘内注射重组CSF1可逆转SCS的镇痛和抑制小胶质细胞活化作用。
研究意义
该研究为SCS缓解慢性NP的机制提供了新见解,表明CSF1信号可能是治疗NP的潜在靶点。

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CCI大鼠模型

模拟神经病理性疼痛状态。

对Sprague-Dawley大鼠进行坐骨神经结扎,共4处,间隔1mm,诱导CCI模型。

2

植入SCS电极并进行刺激

评估SCS对CCI大鼠疼痛行为及分子标志的影响。

CCI后第7天植入定制电极,第13天开始SCS,持续5天。

3

鞘内注射CSF1或海藻糖

验证SCS的镇痛和抗小胶质细胞活化作用是否由降低CSF1介导。

SCS开始后第2天起,每日一次鞘内注射CSF1或海藻糖,共3天。

4

行为学检测

评估CCI大鼠机械痛觉过敏及SCS的镇痛效果。

使用von Frey纤维丝测定机械缩足阈值。

5

免疫荧光检测

检测脊髓背角、DRG及背根中CSF1和CD11b的表达及定位。

对脊髓、DRG和背根切片进行免疫荧光染色。

6

Western blot分析

定量检测脊髓背角、DRG和背根中CSF1蛋白水平。

组织裂解后,SDS-PAGE电泳,免疫印迹。

7

RT-qPCR检测促炎细胞因子mRNA

评估SCS对脊髓促炎细胞因子表达的影响。

提取脊髓总RNA,逆转录,实时定量PCR检测IL-1β、IL-6、TNF-α。

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
异氟烷----
定制电极----
微型手持颅脑钻(78001,RWD)RWD78001
MultiFocus数字放射成像系统(Faxitron Bioptics LLC)Faxitron Bioptics LLC--
动态足底触觉测量仪(Ugo Basile)Ugo Basile--
裂解液(P0013,Beyotime)BeyotimeP0013
蛋白酶抑制剂混合物(R0010,Solarbio)SolarbioR0010
BCA蛋白测定试剂盒(Beyotime)Beyotime--
PVDF膜(IPVH00010;Millipore)MilliporeIPVH00010
抗CSF1抗体(Santa Cruz Biotechnology)Santa Cruz Biotechnology--
抗GAPDH抗体(Proteintech)Proteintech--
抗小鼠二抗(Invitrogen)Invitrogen--
增强化学发光(Biosharp)Biosharp--
ChemiDoc MP成像系统(Bio-Rad)Bio-Rad--
Tissue-Tek OCT包埋剂(Compound 4583,Sakura Finetek USA, Inc)Sakura Finetek USA, IncCompound 4583
抗CSF1抗体(1:250,Invitrogen;PA5-42558)InvitrogenPA5-42558
抗CD11b抗体(1:400,Bio-Rad,MCA275R)Bio-RadMCA275R
Alexa Fluor 488山羊抗兔(1:400,ThermoFisher;A11001)ThermoFisherA11001
Alexa Fluor 594山羊抗鼠(1:400,ThermoFisher;A11037)ThermoFisherA11037
共聚焦激光扫描显微镜(Leica TC [Leica]或Nikon C2 [Nikon])Leica/Nikon--
TRIzol试剂(Invitrogen)Invitrogen--
逆转录试剂盒(Takara)Takara--
Power SYBR Green PCR预混液(Applied Biosystems)Applied Biosystems--
Applied Biosystems 7300实时PCR系统Applied Biosystems--
GraphPad Prism 8.0GraphPad--

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
CCI模型建立
大鼠品系、性别、体重、麻醉方式、结扎位置、结扎次数、间隔、结扎力度
阅读提示:Methods: Production of CCI Model
SCS电极植入
电极型号、植入时间、植入位置、X-ray确认方法
阅读提示:Methods: Implantation of the Electrode
SCS刺激参数
频率、脉宽、强度(%运动阈值)、每日刺激时长、刺激天数、麻醉状态
阅读提示:Methods: Implantation of the Electrode; Figure 1
鞘内注射
注射时间、注射频率、注射剂量、浓度、体积、溶媒
阅读提示:Methods: Intrathecal Injections; Figure 1
行为学检测
检测仪器、最大力、测试次数、间隔时间、测试时间点、盲法
阅读提示:Methods: Behavioral Test
免疫荧光
组织取材时间、切片厚度、一抗浓度、二抗浓度、图像采集设备
阅读提示:Methods: Immunofluorescence
Western blot
组织取材、裂解液、蛋白酶抑制剂、蛋白上样量、抗体浓度、内参
阅读提示:Methods: Western Blotting Analysis
RT-qPCR
RNA提取试剂、逆转录试剂盒、PCR预混液、引物序列、内参基因
阅读提示:Methods: Quantitative Real-Time Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction