实验性骨关节炎诱导雌性大鼠延髓头端腹内侧区反应性星形胶质细胞增生：一项性别差异性研究

《Osteoarthritis and Cartilage》：Same pain, different brainstem: sex-dependent astrocytic activation in the rostral ventromedial medulla during experimental osteoarthritis

本研究针对骨关节炎(OA)疼痛的性别差异机制尚不明确的问题，聚焦疼痛调控关键脑区延髓头端腹内侧区(RVM)，探究实验性OA(eOA)对其细胞结构的影响。研究发现，eOA诱导的慢性疼痛在雌性大鼠中引发RVM特异性星形胶质细胞(GFAP+)增生和形态复杂化，并伴随Ki67+细胞增殖，而雄性大鼠无此变化。该结果揭示了OA疼痛中枢敏化的性别差异性胶质细胞机制，为开发性别特异性镇痛策略提供了新靶点。

　　

膝盖传来阵阵隐痛，关节活动时发出细微的摩擦声——这是全球数亿骨关节炎(OA)患者熟悉的日常。OA不仅侵蚀关节软骨，更带来持续不断的慢性疼痛，严重影响生活质量。值得注意的是，女性罹患膝OA的风险和疼痛程度往往高于男性，这提示疼痛的生物学机制可能存在显著的性别差异。然而，这种差异背后的中枢神经系统变化，特别是大脑如何处理和调控来自关节的长期疼痛信号，仍是一个未被充分探索的领域。

传统观点认为，慢性疼痛主要与脊髓层面的信号放大（即“中枢敏化”）有关。但近年来，科学家们将目光投向了大脑内部一个关键的疼痛“调控中心”——延髓头端腹内侧区(RVM)。RVM如同一个复杂的指挥中心，既能发出“停止”疼痛的信号，也能在某些情况下反常地“ facilitation 促进”疼痛的持续。理解在慢性OA疼痛状态下，RVM内的神经元和胶质细胞（大脑的免疫细胞和支持细胞）发生了何种变化，尤其是这些变化是否因性别而异，对于揭示OA疼痛的长期维持机制至关重要。为此，研究人员在《Osteoarthritis and Cartilage》杂志上发表了一项研究，旨在深入探究实验性OA(eOA)如何差异性影响雄性和雌性大鼠RVM的结构和细胞组成。

为了开展这项研究，团队运用了几个关键技术方法。他们使用膝关节内注射角叉菜胶和kaolin的方法在大鼠中诱导eOA模型，并通过压力测量测试(PAM)和行为学观察持续监测疼痛发展和动物福利。研究核心在于运用体视学定量分析技术，对RVM进行精确的细胞计数和体积测量。此外，通过免疫组织化学方法标记星形胶质细胞标志物GFAP和小胶质细胞标志物Iba1，并结合三维形态学Sholl分析，细致评估了胶质细胞的激活状态和结构复杂性。团队还采用了先进的全脑定量空间分析流程(QUINT workflow)，对GFAP阳性细胞在全脑范围内的分布进行了系统性评估，以验证RVM内变化的特异性。

行为学评估揭示疼痛发展的性别差异

研究人员首先确认，eOA模型成功诱导了关节水肿和机械性痛觉过敏。有趣的是，疼痛发展模式显示出性别差异：雌性大鼠在造模后第一周就出现了显著的机械性痛觉过敏，并持续整个实验期；而雄性大鼠的痛觉过敏直到第三周才变得明显。这表明雌性对OA相关的疼痛刺激可能更敏感，或疼痛机制更快地被激活。

RVM的体视学分析显示基础性别差异，但eOA不引起结构重塑

通过高精度体视学分析，研究发现雌性大鼠的RVM总体积和平均面积天生小于雄性，但单位面积内的胶质细胞密度更高，导致胶质细胞与神经元的比率基线水平就高于雄性。然而，无论是雄性还是雌性大鼠，eOA诱导并未导致RVM总体积或神经元数量的显著损失。这一发现表明，慢性OA疼痛的维持可能不依赖于RVM的大规模结构性重塑或神经元死亡，这与某些神经病理性疼痛模型中的发现不同。

eOA特异性诱导雌性大鼠RVM星形胶质细胞增生

对胶质细胞激活状态的深入分析带来了关键发现。小胶质细胞（大脑常驻免疫细胞）的标记物Iba1的免疫反应性在对照组和eOA组之间没有显著差异，且雌性大鼠的Iba1⁺细胞密度基线水平低于雄性。与之形成鲜明对比的是，星形胶质细胞的标志物GFAP的免疫反应揭示了强烈的性别特异性效应。eOA雌性大鼠的RVM，特别是其中的中缝大核(RMg)，表现出GFAP⁺细胞密度和GFAP免疫阳性面积的显著增加，而eOA雄性大鼠则无此变化。

雌性eOA大鼠RVM星形胶质细胞形态复杂化并发生增殖

为进一步探究星形胶质细胞的改变，研究人员进行了三维形态学分析。发现eOA雌性大鼠的星形胶质细胞表现出更强的复杂性：其细胞突起更长、分支更多，与细胞体不同距离处的交叉点数量也更多。更重要的是，通过GFAP与细胞增殖标记物Ki67的双重免疫荧光染色，证实eOA雌性大鼠RVM中增殖的GFAP⁺/Ki67⁺细胞数量显著增加，表明新增的星形胶质细胞来源于已有细胞的增殖，而非从其他地方迁移而来。

全脑分析确认RVM内星形胶质细胞增生的区域性特异性

为确保在RVM观察到的现象并非全脑广泛的、非特异性反应的一部分，研究者利用QUINT工作流程对全脑范围的GFAP表达进行了量化分析。结果显示，在雄性和雌性eOA大鼠中，大多数脑区的星形胶质细胞密度与对照组相比均无显著差异。这强有力地证明，eOA诱导的星形胶质细胞增生是RVM特异的，而非弥漫性的全脑神经炎症反应。

本研究得出结论，慢性实验性骨关节炎疼痛在雌性大鼠中诱发了延髓头端腹内侧区(RVM)特异性的、以星形胶质细胞增生和形态复杂化为特征的神经炎症反应，而雄性大鼠则未出现此种显著变化。这种反应包括星形胶质细胞密度增加、结构复杂性增强以及细胞增殖活性升高。值得注意的是，RVM的基础结构和神经元数量并未因骨关节炎而改变，且小胶质细胞的激活在两种性别中均不明显。这些发现揭示了骨关节炎疼痛中枢调控机制中存在深刻的性别二态性。在讨论中，作者强调，雌性大鼠中观察到的早期且持续的星形胶质细胞反应，可能与她们更早出现并持续存在的痛觉过敏行为相关。活化的星形胶质细胞通过释放各种胶质递质和炎症因子，可能显著改变RVM内疼痛“开启”细胞(ON-cell)和“关闭”细胞(OFF-cell)的平衡，从而促进而非抑制疼痛信号的传递，这可能是慢性骨关节炎疼痛得以长期维持的关键中枢机制。相比之下，雄性大鼠可能依赖其他尚未阐明的机制来应对持续的伤害性输入。

此项研究的重要意义在于，它将骨关节炎疼痛的研究视角从外周关节和脊髓成功延伸至大脑内部的疼痛调控中枢，并首次详细揭示了RVM胶质细胞反应在慢性骨关节炎疼痛中的性别差异性。这不仅为理解为何女性对骨关节炎疼痛更易感提供了潜在的神经生物学解释，更重要的是，将RVM的星形胶质细胞确立为一个新的、具有性别特异性的治疗靶点。未来针对性的调控星形胶质细胞功能的疗法，或许能为开发更有效、更具个性化的骨关节炎疼痛管理策略开辟新的道路。