《Communications Biology》：IL-33/ST2 drives inflammatory pain via CCL2 signaling and activation of TRPV1 and TRPM8
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在疼痛研究領域，先天免疫系統與感覺神經元如何相互作用引發疼痛一直是未解之謎。中山大學研究人員開展 IL-33 相關研究，發現 IL-33/ST2 通過 CCL2 信號及 TRPV1、TRPM8 激活引發炎癥性疼痛，揭示神經免疫串擾機制，為疼痛治療提供新靶點。
在人體的防御體系中，先天免疫作為抵御病原體的首道防線，不僅守護著身體的安全，還與疼痛的產生有著千絲萬縷的聯系。當病原體入侵引發炎癥時，疼痛往往隨之而來。一般情況下，急性疼痛會隨著炎癥的消退而緩解，但如果炎癥持續存在，疼痛就可能轉變為慢性，給患者帶來長期的困擾。目前，雖然已知先天免疫激活能通過模式識別受體引發疼痛，可先天免疫系統究竟是如何與感覺神經元相互作用來調控疼痛的，這一機制仍如同隱藏在迷霧之中，亟待科學家們去揭開它的神秘面紗。
為了攻克這一難題，中山大學的研究人員挺身而出，開展了一項意義重大的研究。他們將目光聚焦于白細胞介素 33（IL-33），這個在免疫和神經系統中都扮演著重要角色的細胞因子。研究發現，IL-33 就像一把 “鑰匙”，能夠開啟疼痛超敏反應的大門，而這一過程離不開趨化因子（C-C 基序）配體 2（CCL2）的參與，同時還與感覺神經元中的瞬時受體電位香草酸 1（TRPV1）和瞬時受體電位 Melastatin 8（TRPM8）通道的激活密切相關。這一發現意義非凡，它揭示了一種此前未被認知的神經免疫串擾機制，為深入理解疼痛的發生發展過程提供了全新的視角，也為疼痛的治療指明了新的方向。該研究成果發表在《Communications Biology》雜志上。
在這項研究中，研究人員運用了多種關鍵技術方法。首先是動物實驗，通過構建 IL-33 模型、完全弗氏佐劑（CFA）模型、單碘乙酸（MIA）模型等多種疼痛模型，模擬不同的疼痛場景。同時，對實驗動物進行行為學測試，如測量爪退縮閾值（PWT）、爪退縮潛伏期（PWL）來評估疼痛反應。此外，利用 SYBR Green 定量實時聚合酶鏈反應（qRT-PCR）檢測相關基因的表達水平，以及蛋白質免疫印跡（Western Blot）分析蛋白表達情況，從分子層面深入探究疼痛機制。
下面來看具體的研究結果。
- IL-33/ST2 激活引發急性疼痛：研究人員給小鼠足底注射 IL-33 后發現，無論是雄性還是雌性小鼠，都出現了機械性異常性疼痛和熱痛覺過敏的現象，同時還誘導了冷異常性疼痛。而當使用 ST2 中和抗體預處理，或者選用 ST2 基因敲除（ST2-/-）和 IL-33 基因敲除（IL-33-/-）的小鼠進行實驗時，IL-33 誘導的疼痛反應明顯減輕。這一系列實驗表明，IL-33/ST2 的激活確實能夠引發急性疼痛。
- IL-33/ST2 維持慢性炎癥性疼痛：在 CFA 誘導的慢性炎癥性疼痛模型中，研究人員發現，IL-33-/-和 ST2-/-的雄性和雌性小鼠，在炎癥發生后的第 3 天和第 9 天，機械性異常性疼痛和熱痛覺過敏癥狀都得到了部分緩解。在 MIA 誘導的骨關節炎疼痛模型中，ST2-/-雄性小鼠的熱痛覺過敏也有所減輕。這些結果充分說明，IL-33/ST2 信號通路在維持慢性疼痛方面起著至關重要的作用。
- IL-33 通過上調 CCL2 引發疼痛超敏反應：研究人員在探索 IL-33 引發疼痛的機制時發現，IL-33 注射后，小鼠后爪和脊髓中 CCL2 的 mRNA 水平顯著上調，后爪中 CCL2 的蛋白水平也有所增加。而其他一些炎癥介質，如 CXCL1、CCL12 和 IL-17 等，在 IL-33 注射后表達并未發生明顯變化。這表明，CCL2 很可能是 IL-33 誘導疼痛的關鍵下游信號。
- CCL2/CCR2 是 IL-33 和 CFA 誘導的炎癥性疼痛所必需的：為了進一步驗證 CCL2/CCR2 在疼痛中的作用，研究人員使用 CCR2 拮抗劑（INCB3344）進行實驗。結果發現，該拮抗劑能夠顯著減輕 IL-33 和 CFA 誘導的熱痛覺過敏，但對機械性異常性疼痛沒有明顯影響。在骨關節炎（OA）患者的臨床樣本研究中，研究人員也發現 OA 患者滑膜中 CCL2 和 IL-33 的基因表達增加，且二者存在正相關關系，這進一步證實了 CCL2/CCR2 信號在炎癥性疼痛中的重要性。
- CCL2 由巨噬細胞和中性粒細胞分泌：研究人員通過共染色實驗發現，IL-33 刺激后，小鼠后爪皮膚中的中性粒細胞和巨噬細胞數量增加，且表達 CCL2 的比例也顯著上升。使用氯膦酸鹽脂質體清除巨噬細胞后，IL-33 誘導的疼痛反應明顯減輕，CCL2 和 ST2 的表達也隨之降低。此外，體外實驗也表明，IL-33 刺激巨噬細胞系 Raw264.7 后，CCL2 的分泌量大幅增加。這些結果都表明，CCL2 主要由巨噬細胞和中性粒細胞分泌，且其分泌依賴于 IL-33。
- IL-33 - CCL2 通過激活 TRP 通道和增強 c - 纖維誘發的長時程增強（LTP）促進疼痛狀態：研究人員檢測了 IL-33 注射后小鼠后爪中多種離子通道的基因表達，發現 TRPV1、TRPV4 和 TRPM8 的 mRNA 水平上調，且這種上調在 ST2-/-小鼠中大部分被抑制。進一步研究發現，阻斷 TRPV1 和 TRPM8 通道能夠顯著減輕 IL-33 誘導的疼痛超敏反應。此外，研究人員還發現 CCL2 能夠誘導機械性和熱痛覺過敏，并增強脊髓背角 c - 纖維誘發的 LTP，而阻斷 CCR2 或 TRPV1、TRPM8 通道則能抑制這一過程。這表明，IL-33 - CCL2 通過激活 TRPV1 和 TRPM8 通道，以及增強 c - 纖維誘發的 LTP 來促進疼痛狀態。
綜上所述，該研究揭示了 IL-33 - CCL2 軸在炎癥性疼痛中的重要作用機制。IL-33 激活后，促使巨噬細胞和中性粒細胞分泌 CCL2，CCL2 與感覺神經元上的受體結合，激活 TRPV1 和 TRPM8 通道，同時增強脊髓背角 c - 纖維誘發的 LTP，最終導致疼痛超敏反應的發生。這一研究成果不僅為理解神經免疫相互作用在疼痛中的作用提供了新的理論依據，也為開發針對炎癥性疼痛的新型治療策略提供了潛在的靶點。未來，研究人員可以基于這些發現，進一步探索如何阻斷 IL-33 - CCL2 信號通路，或者調節 TRPV1 和 TRPM8 通道的活性，從而為慢性疼痛患者帶來新的希望。
