《Cell Reports》：Optogenetic activation of cortical microglia promotes neuronal activity and pain hypersensitivity
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慢性疼痛機制研究獲突破！本文利用光遺傳學技術，發現初級體感皮層（S1）小膠質細胞激活通過改變細胞形態、釋放 ATP、增強神經元 Ca2?信號及 c-Fos 表達，誘發小鼠痛覺過敏及情感痛反應，為解析皮層小膠質細胞在慢性疼痛中的作用提供關鍵機制線索。
研究背景與目的
初級體感皮層（S1）在疼痛定位與辨別中起關鍵作用，其神經元過度活躍和連接重組與慢性疼痛相關。盡管已有研究關注 S1 皮層在疼痛處理中的作用，但皮層小膠質細胞對慢性疼痛的貢獻尚不清楚。本研究利用光遺傳學技術特異性激活 S1 皮層小膠質細胞，探討其在疼痛敏化行為中的功能及機制。
光遺傳學激活皮層小膠質細胞誘導疼痛相關行為
通過構建 CX3CR1?creER/+?:R26?LSL-ReaChR/+?轉基因小鼠，實現小膠質細胞中紅色激活通道視紫紅質（ReaChR）的表達。光刺激（625 nm，20 Hz）后，小鼠表現出探索行為減少（開放場試驗中不動時間增加、中央區停留時間減少）、超聲 vocalization（USV，25–40 kHz 頻率增加）、面部表情痛苦評分（Mouse Grimace Scale, MGS）升高，條件位置厭惡（CPA）實驗證實情感痛反應。機械痛敏（von Frey 檢測）和動態觸誘發痛在對側后爪持續數天，熱痛敏則呈短暫性，且熱痛敏存在性別差異（雌性持續時間更長）。
小膠質細胞激活增強神經元活動
光刺激后 2 小時，S1 皮層及前扣帶回皮層（ACC）神經元 c-Fos 表達顯著增加，而海馬、杏仁核等區域無明顯變化�；铙w雙光子成像顯示，S1 皮層 L2–3 層興奮性神經元 Ca2?信號強度和持續時間增加，提示神經元活動增強。該效應在刺激后 1 天達峰值，3 天后逐漸減弱，對照組未見類似變化。
小膠質細胞形態改變與 ATP 釋放
光刺激未改變 S1 皮層 Iba1?小膠質細胞數量，但通過 Sholl 分析發現其突起復雜性在刺激后 3 小時至 1 天顯著增加，表現為突起長度和分支數增多。慢性雙光子成像顯示，刺激后 S1 皮層淺層（50–120 μm）小膠質細胞 “丟失” 和 “獲得” 數量增加，提示細胞位置重排。利用 GRAB hSyn-ATP1.0 傳感器檢測到刺激后 S1 區域 ATP 釋放事件增多，且 ATP 釋放與小膠質細胞形態改變均依賴 P2Y12 受體調控。
小膠質細胞蛋白質組學分析
蛋白質組學檢測發現，光激活小膠質細胞后 44 種蛋白上調，66 種下調。上調蛋白富集于質膜成分、受體復合物和膜內陷相關通路，包括 STOM、PLRG、TRPV2 等；下調蛋白涉及 mRNA 加工和轉錄調控。蛋白互作網絡分析顯示，上調蛋白參與翻譯調控和信號轉導，而下調蛋白與 DNA 模板轉錄相關。
討論與結論
本研究首次通過光遺傳學手段在無損傷條件下誘導 “小膠質細胞源性” 疼痛，證實 S1 皮層小膠質細胞激活通過 ATP 釋放、形態重排和神經元過度活躍引發痛覺過敏及情感痛。值得注意的是，皮層與脊髓小膠質細胞對光刺激的反應存在差異（前者無細胞增殖），提示不同腦區小膠質細胞功能異質性。研究結果為靶向皮層小膠質細胞治療慢性疼痛提供了新方向，未來需進一步解析 ATP 釋放的細胞來源及性別差異機制。
