在许多炎症性疾病中，疼痛往往在炎症发生前就出现，并在炎症消退后持续存在，这表明疼痛并非仅仅是炎症的一个伴随症状。在类风湿关节炎（RA）患者中，关节痛（关节痛）通常在关节炎发病前就出现，并且与关节炎的严重程度无关。尽管针对关节炎本身的治疗有时有效，但“残留痛”仍困扰着高达25%的患者，带来巨大的痛苦。那么，驱动这种疼痛，尤其是在炎症期之前和之后持续存在的疼痛，其根本的神经生物学机制究竟是什么？这个问题长期困扰着研究者和临床医生。
近日，发表在顶级神经科学期刊《Nature Neuroscience》上的一项研究，为我们揭开了这一谜团的关键部分。由Su等人领导的研究团队发现，一种特定的细胞因子信号通路——I型干扰素（Type I IFNs）驱动的MNK1/MNK2–eIF4E通路，是导致关节炎相关感觉-运动功能障碍和疼痛的“元凶”。这条通路能持续地“激活”和“敏化”一类特异性支配关节的感觉神经元，从而引发疼痛。更重要的是，在动物模型中阻断这条通路，可以成功逆转疼痛并恢复肢体功能。这一发现为理解关节炎疼痛的机制，并开发针对性的镇痛新药，提供了坚实的理论基础和充满希望的治疗靶点。
为了深入探究这一问题，研究人员综合运用了多种前沿技术。他们首先建立了小鼠软骨自身抗体诱导的关节炎模型，该模型能模拟RA患者中疼痛先于关节炎出现并在炎症消退后持续存在的临床特征。在机制探索层面，研究采用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术全面解析了背根神经节（DRG）中神经元、免疫细胞及其他非神经元细胞在不同疾病阶段的分子变化。通过结合谱系追踪、光遗传学（Optogenetics）激活与抑制、皮肤神经单纤维记录、膜片钳电生理记录以及多种行为学测试（如机械/冷痛觉测试、关节挤压测试、爪部精细运动能力测试等），研究人员精准定位了介导疼痛的关键神经元群体。此外，研究还使用了AAV-retro病毒进行逆向示踪以标记关节传入神经元，并通过RNA原位杂交、免疫组化和qPCR等技术在分子和蛋白水平验证了关键发现。最后，研究团队还将发现延伸至人类样本，分析了来自健康个体以及有/无关节痛的RA患者的DRG组织，验证了小鼠模型中关键机制在人类疾病中的保守性。
研究结果
1. 自身抗体诱导的关节炎在炎症前、中、后期均致敏多种感觉神经元类型
研究人员使用靶向软骨的单克隆致病抗体混合物诱导小鼠关节炎。模型小鼠在注射抗体后4小时即出现机械性痛觉超敏（触诱发痛），且这种痛敏在关节炎发生前、炎症期间以及炎症长期消退后（直至第63天）持续存在。此外，小鼠还表现出关节压痛、前爪精细运动能力（如剥葵花籽）下降、整体肢体功能（倒置屏幕测试）受损以及机械和冷痛觉过敏。光遗传学兴奋性测试表明，多种分子定义的感觉神经元类型（如Wnt1-ChR2, TrkAChR2 等）在关节炎期间和之后都表现出过度兴奋。皮肤神经单纤维记录进一步证实，自身抗体处理小鼠的机械敏感性C-纤维具有更低的激活阈值和更高的放电频率。这些结果表明，自身抗体暴露会引起广泛的感觉神经元功能障碍，与多模式的感觉-运动表型一致。
2. 分子定义的关节神经支配神经元介导关节炎疼痛
尽管多种感觉神经元类型变得过度兴奋，但研究人员假设特定的神经元亚群驱动了疼痛表型。通过结合阈下光遗传学激活与行为学测试，他们发现只有激活TrkA+ 和Wnt1+ 的感觉神经元能加剧关节炎小鼠的痛觉超敏和痛觉过敏行为。相反，使用光遗传学特异性抑制TrkA+ 神经元，可以逆转关节炎各阶段的所有痛敏行为、肢体功能障碍和爪部精细运动缺陷。TrkA标记多个感觉神经元类型，其中GFRA3特异性地表达在PEP1 C-纤维神经元中。进一步的实验表明，特异性沉默GFRA3+ 神经元，足以完全逆转关节炎引起的触诱发痛和痛觉过敏。逆向示踪结合RNAscope分析揭示，支配关节的感觉神经元主要包括PEP1.4Oprk1 C-纤维、PEP2.2Aldh1a1 A-纤维和PEP3.2Bmpr1b/Prokr2 A-纤维神经元。直接在关节传入神经元中表达光敏感通道蛋白ChR2的实验证实，在自身抗体暴露后，关节传入神经元本身变得过度兴奋，其激活足以引发疼痛样行为，而在正常小鼠中仅引发保护性反射。
3. I型干扰素在背根神经节驱动急性多细胞炎症反应
为了解析分子基础和神经-免疫交互，研究人员对自身抗体处理不同时间点后的小鼠DRG进行了单细胞RNA测序。分析发现，在抗体注射后12小时，DRG中发生了急剧的免疫细胞组成变化，单核细胞急剧增多。差异基因表达和细胞间通讯分析揭示，在关节炎发生前，DRG中的非神经元细胞和免疫细胞（特别是血管细胞和单核/巨噬细胞）驱动了一个复杂的促炎通信网络。基因集富集分析一致地将I型干扰素信号通路和干扰素反应鉴定为所有DRG细胞类型中最显著上调的通路。通过使用Fc段糖基化缺失的抗体（EndoS处理）或预先用抗体阻断I型干扰素受体（IFNAR1），可以完全阻止DRG中干扰素刺激基因（ISG）的诱导、单核细胞浸润以及早期炎症基因表达程序。这些结果表明，软骨结合自身抗体通过Fc-糖基依赖的免疫复合物形成，触发I型干扰素释放和IFNAR激活，进而驱动ISGF3介导的ISG表达。I型干扰素是驱动自身抗体诱导的早期炎症反应的主导因素。
4. 持续性I型干扰素表达及其对神经元兴奋性的影响
有趣的是，早期的转录组变化是短暂的，而疼痛行为却持续存在。进一步的qPCR分析发现，I型干扰素（Ifna/Ifnb）的转录本在关节炎的所有疾病阶段（包括炎症后阶段）在DRG中持续上调，而Il1b和Tnf的表达变化则是短暂的。RNA原位杂交和scRNA-seq数据均证实神经元广泛表达Ifnar1和Ifnar2。在关节炎后期，系统性给予抗IFNAR1抗体，可以正常化关节传入神经元的反射阈值并大幅逆转其伤害性行为反应。更重要的是，在感觉神经元中条件性敲除Ifnar1，可以完全逆转自身抗体诱导的所有疼痛表型。膜片钳记录显示，IFNα处理可显著增加小鼠DRG神经元的兴奋性。在人类RA患者的DRG组织中也观察到类似现象：与健康对照或无痛的RA患者相比，有关节痛的RA患者DRG中IFNα蛋白和mRNA水平显著升高，且感觉神经元表达IFNAR1/IFNAR2。
5. 一条持续的“非ISGF3”I型干扰素–MNK1/MNK2–eIF4E通路导致感觉神经元过度兴奋
典型的I型干扰素信号通过ISGF3（STAT1/STAT2/IRF9）诱导ISG转录，但该反应具有自我限制性。本研究发现了另一条持续激活的通路。免疫组化和蛋白质印迹分析显示，在自身抗体处理小鼠的DRG神经元中，eIF4E的丝氨酸209位点磷酸化（p-eIF4E，MNK1/MNK2活性的直接读数）从早期到炎症后期均持续增加。这种磷酸化的增加可被IFNAR1阻断所逆转。在人类有疼痛的RA患者DRG神经元中也观察到了p-eIF4E的增加。机制上，膜片钳记录证实，MNK1/MNK2抑制剂eFT508可以完全阻止IFNα诱导的DRG神经元过度兴奋。这表明I型干扰素通过激活MNK1/MNK2-eIF4E通路，导致感觉神经元持续性超兴奋性。
6. 抑制I型干扰素–MNK1/MNK2–eIF4E信号通路可逆转疼痛行为
最后，研究人员在多种治疗时间窗测试了阻断该通路的治疗效果。无论是在关节炎发生前进行预防性IFNAR1阻断，还是在炎症高峰期或炎症后残留痛阶段进行单次治疗，抗IFNAR1抗体都能有效逆转机械性痛觉超敏、痛觉过敏、关节压痛、精细运动障碍和肢体功能受损。同样，口服给予TYK2抑制剂（deucravacitinib）、腹腔注射MNK1/MNK2抑制剂（eFT508）或eIF4E抑制剂（4EGI），均能在单次给药后快速、完全地逆转已建立的关节炎相关感觉障碍。这些数据强有力地证明，持续的I型干扰素–MNK1/MNK2–eIF4E信号传导是驱动关节炎疼痛的关键机制，并且是高度可药用的靶点。
研究结论与意义
本研究通过整合多学科方法，构建了关节炎疼痛进展过程中神经-免疫相互作用的分子图谱。核心 结 论 包 括 ：
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