孙丰润|田晓芬|李哲|于宁|蔡华梅|傅子祺|彭亮|赵静|马超|王涛|刘晓文
中国医学科学院基础医学研究所与北京协和医学院基础医学院联合实验室，麻醉与疼痛联合实验室，人体解剖学、组织学和胚胎学系，重大疾病共同机制研究国家重点实验室，北京，中国
摘要
骨关节炎（OA）是一种常见的关节疾病，其特征是进行性退化和慢性关节疼痛，但有效的镇痛疗法仍然缺乏。本研究探讨了背根神经节（DRG）巨噬细胞在介导OA疼痛中的作用，重点关注它们对感觉神经元周围周围神经网（PNNs）的影响。在单碘乙酸（MIA）诱导的OA模型中，DRG中PNNs的破坏（表现为WFA标记的PNNs减少）与机械性痛觉过敏、热痛觉过敏以及承重能力下降同时发生。通过软骨素酶ABC（chABC）或基因敲低Acan来破坏PNNs会加重疼痛，并增加C纤维的自发活动和机械性诱发的活动。相反，特异性消除巨噬细胞可以保护PNNs并缓解疼痛。机制上，DRG巨噬细胞通过IL-33/ST2信号通路被激活，并与PNN完整性的降低有关。靶向巨噬细胞中的ST2可以保护PNN完整性，减少巨噬细胞激活，并显著缓解OA疼痛。我们的结果支持巨噬细胞介导的PNN破坏是OA疼痛的关键机制，并提出IL-33/ST2轴可能是一个潜在的治疗靶点。
引言
骨关节炎（OA）是全球最常见的关节疾病，影响超过2.4亿人，是慢性疼痛和残疾的主要原因，尤其是在老年人群中（Long等人，2022年；O'Neill和Felson，2018年；Perrot和Anne-Priscille，2023年）。尽管有可用的药物和非药物治疗方法，许多患者仍然经历持续的疼痛，这突显了需要更好地理解其机制和开发新的镇痛策略（Bennell等人，2021年；Courties等人，2024年）。在OA疼痛中，周围敏化主要源于释放到关节腔内的炎症介质，这些介质激活了伤害感受器并增强了周围感觉神经的敏感性（Fu等人，2018年；O'Neill和Felson，2018年）。然而，针对关节炎症的临床治疗往往无法充分缓解疼痛，这表明除了经典的关节炎症外，周围感觉回路也参与了疼痛过程（Glyn-Jones等人，2015年；McAlindon等人，2017年）。
OA越来越被认为是一种复杂的炎症性疾病，其特征是关节组织与免疫系统之间的病理相互作用（Moulin等人，2025年；Nedunchezhiyan等人，2022年）。巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞和肥大细胞等免疫细胞通过持续调节关节微环境和周围伤害感受通路，在OA疼痛中起着核心作用（Zou等人，2024年）。巨噬细胞是OA关节和背根神经节（DRG）中最丰富的免疫细胞类型，导致慢性关节炎症、软骨退化和神经元炎症性兴奋性增强。巨噬细胞表达和分泌可诱导的一氧化氮合酶以及促炎物质直接导致OA病理条件下神经元的持续毒性（Geraghty等人，2023年；van Helvoort等人，2021年）。此外，巨噬细胞在OA后表达更多的炎症因子和神经肽受体，导致其表型改变，并促进吞噬能力（Geraghty等人，2021年）。
软骨细胞外基质（ECM）的降解和滑膜炎症是OA的关键病理变化，但仅针对关节的干预措施并不能完全解释或解决慢性疼痛，这表明周围神经结构也对OA疼痛有重要贡献（Hodgkinson等人，2022年；Rapp和Zaucke，2023年；Sanchez-Lopez等人，2022年）。滑膜由小直径感觉纤维支配，对OA疼痛有显著贡献。类成纤维细胞滑膜细胞（FLS）分泌促炎细胞因子、生长因子和基质重塑酶，促进软骨降解和伤害感受器敏化（Dainese等人，2022年）。持续的外周伤害感受输入通过激活脊髓胶质细胞促进中枢敏化，最终导致慢性疼痛（Amodeo等人，2024年）。
周围神经网（PNNs）是由软骨素硫酸蛋白聚糖（如聚集蛋白和透明质酸）及相关连接蛋白组成的特化ECM结构，在中枢神经系统（CNS）中稳定神经元回路（Fawcett等人，2019年）。最新研究表明，小胶质细胞介导的围绕疼痛投射神经元的PNNs降解通过减少抑制控制和增加神经元兴奋性而促进神经病理性疼痛（Tansley等人，2022年）。周围神经系统（PNS）中的PNNs，尤其是在DRG中的PNNs，目前了解较少。从发育生物学的角度来看，巨噬细胞被认为与CNS中的小胶质细胞具有相同的祖细胞来源，并且它们具有类似的吞噬功能（Wu等人，2025年）。然而，尚不清楚它们是否影响伤害感受器周围的PNN完整性，从而调节OA疼痛。
ST2是IL-1受体超家族的成员，是调节巨噬细胞吞噬功能的关键受体（Sheng等人，2025年）。它也被认为是OA病理进展中的关键受体，作为白细胞介素-33（IL-33）的功能受体。在PNS中，IL-33/ST2信号通路已被证明可以激活细胞内激酶并增加伤害感受器的兴奋性（Du等人，2025年；Huang等人，2021年；Yin等人，2020年）。尽管IL-33/ST2信号通路与伤害感受器敏化有关，但尚不清楚该通路是否通过调节DRG内的PNNs来调节OA疼痛（Staurengo-Ferrari等人，2018年）。在这里，我们旨在阐明IL-33/ST2–巨噬细胞–PNN轴在OA疼痛中的作用和潜在机制。
动物和伦理
小鼠在标准条件下饲养，光照/黑暗周期为12小时，并提供充足的食物和水。野生型C57BL/6小鼠和Sprague-Dawley大鼠（用于电生理记录）来自中国国家食品药品监督管理局。Cx3cr1-Cre+/-小鼠从GemPharmatech LLC（江苏，中国）购买，而ll1rl1flox+/+小鼠从Cyagen（苏州，中国）购买。所有动物实验均获得了动物福利和伦理委员会的批准。
在骨关节炎疼痛模型中，背根神经节PNNs被降解
通过关节内注射单碘乙酸（MIA）成功诱导了骨关节炎，表现为显著的滑膜组织增生、淋巴细胞炎症浸润和软骨损伤。与对照组相比，滑膜炎评分和Mankin评分显著升高，这些是评估关节炎病理变化的通用标准。（图1A-B）。行为测试显示，MIA注射后的小鼠表现出承重能力下降、爪部
讨论
疼痛是关节炎的主要症状。虽然关节腔内的炎症介质已被确定为这种疼痛的关键驱动因素，但越来越多的证据表明，支配关节的外周伤害感受神经元的敏化也起着重要作用（Geraghty等人，2023年；Lu等人，2023年；Miller等人，2020年）。尽管之前的研究主要集中在这些感觉神经元内的细胞内信号通路，但我们的研究扩展了这一概念
结论
总体而言，我们的研究表明，DRG中PNN的降解是OA疼痛中周围敏化的重要组成部分。在OA小鼠模型中，DRG中的PNN标记减少，独立实验性破坏PNNs足以增强伤害感受器的兴奋性和疼痛行为。同时，DRG巨噬细胞显示出IL-33反应性的CD68和MMP9表达增加，这与PNN丢失的程度一致，支持巨噬细胞和蛋白酶相关重塑的作用
CRediT作者贡献声明
孙丰润：撰写——原始草案、方法学、研究、数据管理。田晓芬：方法学、研究。李哲：方法学、研究。于宁：撰写——原始草案、方法学、研究、正式分析。蔡华梅：方法学、研究。傅子祺：方法学。彭亮：监督。赵静：监督。马超：监督、资金获取。刘晓文：撰写——审阅与编辑、监督、资金
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中日友好医院的国家级高水平医院临床研究资助、精英医疗专业人员项目（编号：ZRJY2023-GG11、STI2030-重大项目-2022ZD0211800、任务3 #2022ZD021180003）的支持。我们感谢重大疾病共同机制研究国家重点实验室在咨询和仪器提供方面的支持。
