外周神经损伤后小胶质细胞形态在全脑范围的动态变化及其在神经病理性疼痛中的作用

《The Journal of Pain》：Brain-wide changes in microglial morphology following peripheral nerve injury

本文系统研究了外周神经损伤（CCI）后不同时间点（7/28天）全脑52个脑区小胶质细胞形态的动态变化，通过HALO软件量化形态学参数（反应性评分/面积/长度），发现损伤和时间点对所有参数均有显著影响。功能网络分析显示小胶质细胞形态发生动态重组：早期（7天）初级运动皮层为枢纽，晚期（28天）转向背内侧下丘脑（DMH）和腹侧被盖区（VTA），提示慢性疼痛涉及稳态和奖赏回路。图论指标显示全局网络连接性随时间下降，表明神经病理性疼痛以区域和回路特异性方式改变中枢小胶质细胞信号传导。

　　

Highlight

外周神经损伤后，小胶质细胞在全脑范围内展现出时空特异性的形态变化。通过52个疼痛相关脑区的形态学量化，发现损伤和时间点共同驱动小胶质细胞反应性（包括分支长度、面积和综合反应评分）的显著改变。关键脑区如前扣带皮层、中央杏仁核、中缝背核和背内侧下丘脑呈现特异性激活，揭示小胶质反应的空间异质性。功能网络分析进一步刻画了动态重组：急性期（7天）以初级运动皮层为枢纽，而慢性期（28天）网络核心转移至背内侧下丘脑和腹侧被盖区，暗示稳态与奖赏回路的参与。图论指标显示全局连接性随疼痛慢性化逐步下降，印证了小胶质细胞信号在脑区与回路层面的特异性重塑。

Perspective

本文提供了疼痛处理相关脑区小胶质细胞形态的全面图谱，为探索小胶质细胞在神经病理性疼痛及其共病中的作用指明方向。

Introduction

小胶质细胞作为中枢神经系统的常驻巨噬细胞，在稳态维持和病理应答中扮演多重角色。这些高度可塑的细胞能在损伤或神经元活动变化时快速调整形态、代谢和基因表达。在神经病理性疼痛（常由外周神经损伤引发）研究中，既往焦点多集中于脊髓小胶质细胞，然而疼痛感知实际发生于脑区。疼痛体验包含感觉辨别、情感动机和认知评估三个维度，分别由不同脑回路编码（图1）。既往研究虽已在特定脑区（如内侧前额叶皮层、海马、腹侧被盖区等）观察到神经免疫信号上调，但脑内小胶质细胞反应的广度、性别差异、半球特异性、时间动态及网络重组等关键问题仍未系统解析。本研究借助HALO软件的自动化形态分析技术，突破了传统方法（如Sholl分析）的局限，通过整合分支长度、胞体大小、染色强度等多维特征，实现对52个脑区小胶质细胞形态的高通量精准量化，并进一步结合图论指标（密度、度、聚类系数）揭示脑回路水平的动态重组。

Results

为解析外周神经损伤对小胶质细胞形态及区域间动态的影响，我们评估了三项互补指标：分支长度、分支面积和HALO软件生成的综合反应性评分。经Z-score滤波（|z| > 3）及零值剔除后，定性观察显示损伤后小胶质细胞胞体增大、分支缩短变粗，呈现典型反应性形态。线性混合模型证实损伤和时间点对所有形态参数均有主效应（p < 0.001）。事后分析（FDR校正）识别出多个脑区的特异性变化，包括前扣带皮层、中央杏仁核、中缝背核和背内侧下丘脑，凸显反应的区域异质性。功能相关性网络分析进一步描绘了损伤后小胶质细胞形态的动态重构：第7天时初级运动皮层作为网络枢纽，反映急性感觉运动适应；至第28天，枢纽转移至背内侧下丘脑和腹侧被盖区，提示慢性阶段稳态与奖赏回路的介入。图论分析显示全局网络连接性随疼痛进展逐渐减弱，支持慢性神经病理性疼痛以区域和回路特异性方式重塑小胶质细胞通讯。

Discussion

本研究首次在纳入性别、脑半球偏侧性和不同时间点（急性期与慢性期）变量的基础上，系统性绘制了外周神经损伤后52个脑区的小胶质细胞反应图谱。总体而言，数据强有力地支持神经损伤后脑内小胶质细胞反应的显著性与持续性，与CCI诱导的持久疼痛行为（可维持70天以上）相呼应。网络分析进一步揭示小胶质细胞形态协调重组的时空动态：早期枢纽位于感觉运动整合区，晚期则转向调控内稳态与动机的脑区。这种网络重构与疼痛慢性化及其共病（如情感障碍）的神经机制密切相关，为靶向小胶质细胞的干预策略提供了回路水平依据。