针灸通过抑制由脊髓CXCL12/CXCR4驱动的胶质细胞激活和神经炎症，从而缓解腰椎间盘突出引起的坐骨神经病理性疼痛

《Journal for Nature Conservation》：Acupuncture mitigates sciatic neuropathic pain in lumbar disc herniation via inhibiting spinal CXCL12/CXCR4-driven glial activation and neuroinflammation

腰椎间盘突出症（LDH）通过持续神经炎症和中央敏化引发慢性腰背痛和坐骨神经痛，CXCL12/CXCR4信号轴在其病理进程中起关键作用。本研究构建LDH大鼠模型，证实LDH导致脊髓背角神经元兴奋和胶质细胞激活，伴随CXCL12/CXCR4表达上调，引发机械性和热性超敏反应。电针干预可显著降低 withdrawal threshold，抑制c-Fos、GFAP和Iba-1表达，并减少TNF-α、IL-1β、IL-6等炎症因子水平。机制研究表明，电针通过抑制CXCL12/CXCR4信号轴下游ERK/NF-κB磷酸化，调控神经元兴奋和胶质细胞活化，从而缓解神经性疼痛。

　　本研究聚焦于腰椎间盘突出（LDH）引发的神经病理性疼痛机制，并探讨针灸在此过程中的作用。LDH是一种常见的退行性脊柱疾病，主要表现为慢性腰背痛和坐骨神经痛，严重影响患者的生活质量和工作能力。近年来，LDH的发病率持续上升，从2010年的7.62%增加到目前的约15%，并呈现出进一步上升的趋势。疾病负担占劳动力损失、医疗费用和残疾相关因素的15%至30%。其中，坐骨神经痛是LDH患者功能障碍和生活质量下降的主要原因，其临床特征包括自发性疼痛、痛觉过敏、触诱发痛和继发性痛觉过敏。

传统观点认为，LDH相关的疼痛主要源于突出的髓核对神经根的机械压迫。然而，越来越多的研究表明，神经炎症在慢性疼痛的产生和维持中起着核心作用。特别是，适应不良的神经可塑性已被确认为推动神经病理性疼痛发展和持续的关键机制。神经可塑性涉及外周和中枢的敏化过程。外周敏化主要发生在背根神经节（DRG），长期的机械刺激或炎症介质会增加受体的兴奋性。而中枢敏化则涉及脊髓背角（SCDH）神经元和更高级的中枢结构，导致如痛觉过敏和触诱发痛等现象。SCDH作为将疼痛信号传递至中枢神经系统的重要整合枢纽，在疼痛调节中起着关键作用。值得注意的是，神经元兴奋和胶质细胞激活被认为是维持中枢敏化的关键媒介，并且在神经病理性疼痛的研究中成为重要的靶点。然而，将这些发现有效转化为临床策略，用于干预神经病理性疼痛，仍然面临重大挑战。

CXCL12/CXCR4信号轴近年来在神经炎症和神经调节中的作用被越来越多地关注。作为CXC趋化因子家族的一员，CXCL12通过与其受体CXCR4结合，参与多种生理过程，包括免疫细胞募集、炎症反应、血管生成和组织修复。近年来，其在突触可塑性中的作用也引起了越来越多的关注。然而，CXCL12是否参与LDH引起的持续性疼痛的发展仍不清楚。在本研究中，我们发现LDH模型大鼠的SCDH中CXCL12和CXCR4表达显著上调，表明该信号轴可能在LDH引发的疼痛中起关键作用。

为了进一步探索这一机制，研究团队采用自体髓核植入L5背根神经节旁的方法建立了LDH模型，并通过von Frey和足底测试评估行为性痛觉过敏。结果表明，LDH引发了显著的机械和热痛觉过敏，同时伴随着SCDH中CXCL12和CXCR4的上调。CXCL12主要定位于神经元和小胶质细胞，而CXCR4则在神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中表达。通过使用CXCR4的药理学阻断剂AMD3100，能够减轻痛觉过敏并减少神经元和胶质细胞的激活。针灸同样表现出增加疼痛阈值、抑制c-Fos、GFAP和Iba-1表达，以及降低TNF-α、IL-1β和IL-6水平的作用。然而，外源性CXCL12能够逆转这些效果，表明CXCL12/CXCR4轴在维持疼痛中起重要作用。

此外，针灸还能抑制ERK1/2和NF-κB的磷酸化，而选择性阻断这些通路的药物PD98059或PDTC能够重现针灸的镇痛效果。这些发现表明，CXCL12/CXCR4–ERK/NF-κB轴是LDH引发神经炎症的关键介质，并且针灸通过抑制这一信号通路和胶质细胞激活，减轻神经病理性疼痛。这一机制的揭示不仅为针灸在LDH中的镇痛作用提供了新的理论依据，也为针灸在临床中的应用提供了科学支持。

本研究采用的实验动物为成年雄性Sprague-Dawley大鼠（SPF级），体重在180-200克之间，购自北京 SPF生物科技有限公司（动物许可证号：SCXK [Jin 2024–0001)。所有动物均在安静的环境中饲养，环境条件受控（温度：23±2℃，湿度：50±10%），并遵循自然的昼夜节律。动物可自由获取食物和水。所有实验操作均遵循国际疼痛研究协会的指南，并确保符合相关伦理规范。

在实验过程中，研究人员首先通过组织学和免疫组化方法检测了LDH模型大鼠SCDH中CXCL12和CXCR4的表达情况。结果显示，LDH模型大鼠表现出显著且持续的机械性痛觉过敏，其峰值出现在术后第3天，并持续超过14天（图1A）。面积下曲线（AUC）分析进一步确认了模型组与假手术组相比，机械性痛觉过敏明显增强（图1B）。这表明LDH确实引发了显著的疼痛反应，并且这种反应具有持续性。

为进一步验证CXCL12/CXCR4信号轴是否参与LDH引发的疼痛，研究人员首先检测了SCDH中CXCL12和CXCR4的表达。结果表明，CXCL12和CXCR4在LDH模型大鼠的SCDH中显著上调，提示该信号轴可能在疼痛的发展过程中起重要作用。CXCL12主要定位于神经元和小胶质细胞，而CXCR4则在神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中表达。这表明CXCL12/CXCR4信号轴不仅在神经元中起作用，也在胶质细胞中发挥关键作用。

为了进一步探究针灸对LDH大鼠疼痛行为的影响，研究人员进行了针灸治疗，并评估了其对疼痛阈值、CXCL12/CXCR4表达、神经元兴奋、胶质细胞激活和炎症细胞因子水平的影响。结果显示，针灸能够有效减轻LDH模型大鼠的机械性痛觉过敏和热痛觉过敏。此外，针灸还能够抑制c-Fos、GFAP和Iba-1的表达，表明其能够减少神经元和胶质细胞的激活。同时，针灸能够降低TNF-α、IL-1β和IL-6的水平，进一步表明其对炎症反应的抑制作用。

为了进一步确认针灸是否通过抑制CXCL12/CXCR4信号轴的下游通路来发挥镇痛作用，研究人员使用了PD98059和PDTC等药物，分别阻断ERK和NF-κB的磷酸化。结果表明，这些药物能够重现针灸的镇痛效果，进一步支持了针灸通过抑制ERK和NF-κB通路来减轻疼痛的假设。这表明，CXCL12/CXCR4信号轴不仅是LDH引发疼痛的关键介质，而且其下游通路ERK和NF-κB的激活在疼痛维持中起着重要作用。

在讨论部分，研究人员进一步探讨了CXCL12/CXCR4信号轴在LDH引发疼痛中的潜在机制。CXCL12作为一种关键的趋化因子，能够通过与其受体CXCR4结合，参与神经炎症和神经调节过程。近年来，其在突触可塑性中的作用也引起了广泛关注。然而，CXCL12是否在LDH引发的持续性疼痛中起作用仍不清楚。在本研究中，研究人员发现LDH模型大鼠的SCDH中CXCL12和CXCR4表达显著上调，表明该信号轴可能在疼痛的发展过程中起重要作用。

此外，研究人员还探讨了针灸在LDH中的作用机制。针灸能够通过抑制CXCL12/CXCR4信号轴，减少胶质细胞激活，从而减轻疼痛。这一机制的发现不仅为针灸在LDH中的镇痛作用提供了新的理论依据，也为针灸在临床中的应用提供了科学支持。然而，目前关于针灸如何通过调节CXCL12/CXCR4信号轴及其下游通路来发挥镇痛作用的研究仍较为有限，需要进一步深入探讨。

本研究的结论指出，CXCL12/CXCR4信号轴在LDH引发的坐骨神经痛中起着关键作用。针灸能够有效减轻LDH模型大鼠的机械性痛觉过敏和热痛觉过敏，并且其镇痛效果可能与抑制SCDH中的CXCL12/CXCR4信号轴有关。通过抑制该信号轴，针灸能够减少胶质细胞激活，从而减轻疼痛。这一发现不仅为针灸在LDH中的作用机制提供了新的视角，也为针灸在临床中的应用提供了科学依据。

在资金支持方面，本研究得到了王庆医院高水准中医院发展项目的资助（编号：WJCC-202322），以及中国中医科学院技术创新项目的资助（编号：CI2021A02006）。这些资金支持为研究的顺利进行提供了保障。

在伦理审批和参与方面，所有动物实验均得到了中国中医科学院中药研究所动物伦理委员会的批准（批准号：Approval No. 2024B131），并且所有实验操作均符合相关伦理规范，确保了实验的合法性和伦理性。

在作者贡献声明中，Fudong Shi负责撰写、审阅和编辑论文，进行验证、软件开发、方法设计、调查、数据分析和概念设计。Zhiyi Wu负责撰写、审阅和编辑论文，以及方法设计。Jinyan Yin负责撰写和审阅论文。Yuzhang Liu负责撰写和审阅论文。Zuoxu Li负责撰写和审阅论文。Shimin Zhang负责撰写和审阅论文，以及资金获取和概念设计。

在利益冲突声明中，研究团队声明没有利益冲突。这一声明确保了研究的客观性和公正性，表明研究结果不受外部利益影响。

综上所述，本研究通过建立LDH模型，系统探讨了CXCL12/CXCR4信号轴在LDH引发的神经病理性疼痛中的作用，以及针灸如何通过调节该信号轴及其下游通路来发挥镇痛作用。研究结果不仅揭示了针灸在LDH中的潜在机制，也为针灸在临床中的应用提供了科学支持。这一研究为未来在LDH相关疼痛的治疗中，探索针灸的分子机制和临床应用提供了新的思路和方向。