头蛋白通过STAT3依赖途径的小胶质细胞极化调控和铁稳态重塑缓解神经病理性疼痛

摘要

目的：痛觉敏化作为神经病理性疼痛(neuropathic pain,NP)的核心特征，与中枢神经系统内炎症失衡密切相关。本研究探讨鞘内注射头蛋白(noggin,NOG)对腰5脊神经结扎(spinal nerve ligation,SNL)模拟的NP模型大鼠的痛觉超敏、小胶质细胞(microglia,MG)活化、极化及铁代谢的影响，并分析下游信号转导及转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)在MG表型转化中的作用。方法：66只Sprague-Dawley(SD)大鼠被随机分为假手术(Sham)组、SNL组和SNL+NOG组。通过Von-Frey纤维检测大鼠的机械痛缩足阈值(paw withdrawal threshold,PWT)。分别采用蛋白质印迹法和逆转录聚合酶链反应(real-time polymerase chain reaction,RT-PCR)检测相关蛋白质和mRNA的表达水平，包括MG活化标志物CD11b、STAT3和磷酸化STAT3(phosphorylated STAT3,p-STAT3),M1型极化标志物CD86、CD32、白细胞介素(interleukin,IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factoralpha,TNF-α)和CC趋化因子受体2(CC chemokine receptor 2, CCR2)，以及M2型极化标志物CD204、 CD163、CX3C趋化因子受体1(CX3C chemokine receptor 1,CX3CR1)、IL-10和精氨酸酶1(arginase-1,ARG-1)，铁转运蛋白(ferroportin,FPN；编码基因为SLC40A1)、铁调素(hepcidin，编码基因为HAMP)、转铁蛋白受体(transferrin receptor,TFR；编码基因为TFRC)、二价金属离子转运蛋白1(divalent metal ion transporter 1,DMT-1；编码基因为SLC11A2)。结合免疫荧光观察p-STAT3在MG中的表达及定位。体外实验将原代MG分为对照(Control)组、骨形态发生蛋白4(bone morphogenetic protein 4,BMP4)组及BMP4+Stattic(STAT3抑制剂)组，分析用Stattic抑制STAT3后对MG活化、极化和铁代谢的影响。结果：在动物实验中，与Sham组比较，SNL组和SNL+NOG组大鼠术后的PWT显著降低(P<0.05)，脊髓内CD11b和p-STAT3的蛋白质表达水平均显著升高(均P<0.05)，促炎M1型MG标志物CD86的蛋白质及CD86、CD32、IL-1β、TNF-α和CCR2的mRNA的表达水平均明显升高(均P<0.05)，而抗炎M2型MG标志物CD204的蛋白质和CD204和ARG-1的mRNA的表达水平均显著下降(均P<0.05),hepcidin的蛋白质和铁蓄积相关基因HAMP、SLC11A2、TFRC的mRNA的表达水平均显著升高(均P<0.05)，而FPN的蛋白质和铁释放相关基因SLC40A1的mRNA的表达水平均明显降低(均P<0.05)。与SNL组比较，SNL+NOG组大鼠术后的PWT显著升高(P<0.05)；其脊髓内CD11b和p-STAT3的蛋白质表达水平均显著降低(均P<0.05),CD86的蛋白质和除TNF-α外的M1型MG标志物的mRNA的表达水平均显著降低(均P<0.05)，而CD204的蛋白质及CD204和ARG-1的mRNA的表达水平均显著升高(均P<0.05)；铁代谢标志物中，hepcidin的蛋白质和HAMP的mRNA的表达水平均明显降低(均P<0.05)，而FPN的蛋白质和SLC40A1的mRNA的表达水平明显升高(均P<0.05)。在体外实验中，与Control组比较，BMP4组原代MG中CD11b、p-STAT3、STAT3、CD86和hepcidin蛋白的表达水平均显著升高(均P<0.05)，同时CD204和FPN蛋白的表达水平均显著下调(均P<0.05)。与BMP4组比较，BMP4+Stattic组原代MG中CD11b、p-STAT3、CD86和hepcidin蛋白的表达水平均显著下调(均P<0.05),p-STAT3/STAT3比值降低(P<0.05)，同时CD204和FPN蛋白的表达水平明显升高(均P<0.05)。结论：NOG通过拮抗STAT3信号通路，调节MG极化平衡并改善铁代谢紊乱，从而缓解SNL诱导的NP。

关键词

头蛋白 / 神经病理性疼痛 / 小胶质细胞极化 / 铁代谢 / 信号转导及转录激活因子3