光学分辨率光声显微镜揭示炎症消退过程中局部氧浓度从高氧到缺氧的反转现象及其调控机制

本研究通过光学分辨率光声显微镜（OR-PAM）首次观测到痛风性关节炎（GA）初期的高氧状态及其向缺氧的反转现象，揭示了炎症消退过程包含两个特征不同的亚进程。研究人员利用627 nm光照射调控氧浓度水平，证实光生物调节（PBM）可下调炎症因子并抑制缺氧，为GA的非侵入性监测和治疗提供了新策略。

　　

痛风性关节炎（GA）作为一种典型的急性无菌性炎症，长期以来被认为是由单钠尿酸盐（MSU）晶体沉积引发的单一病理过程。然而，临床观察发现，即使MSU晶体持续存在，炎症仍会自发消退，这一现象背后的机制尚未阐明。更令人困惑的是，传统观点认为炎症与缺氧（hypoxia）同时发生，但最新研究提示慢性缺氧可能对自身免疫疾病有益。这些矛盾现象促使研究人员思考：GA的炎症消退过程是否存在更复杂的氧代谢动态变化？

为解决这一问题，中国科学院深圳先进技术研究院的研究团队利用自主搭建的双波长光学分辨率光声显微镜（OR-PAM），首次在GA模型中观测到从高氧（hyperoxia）到缺氧（hypoxia）的氧浓度反转现象。研究发现，炎症消退过程实际上由两个亚进程组成：初期（1-5天）伴随高氧状态和急性炎症反应，后期（6-15天）则转为缺氧状态并与第二波免疫响应相关。通过627 nm光照射干预，研究人员成功下调初期高氧水平，从而抑制后期的缺氧状态。这项突破性成果发表于《Photoacoustics》，为理解GA病理机制和开发非药物疗法提供了全新视角。

研究采用三项关键技术方法：1）OR-PAM系统（波长532/558 nm）实时监测血管形态和氧饱和度（sO₂
）；2）SD大鼠GA模型构建（踝关节注射MSU悬液）；3）LED环形光源（627 nm，10 mW/cm²
）进行光生物调节（PBM）治疗。同时结合超声检查、von Frey疼痛阈值测试和ELISA炎症因子检测等多模态评估手段。

3.1 24小时内GA起始阶段的时程变化
通过OR-PAM发现，MSU注射后9-12小时血管直径和密度突然倍增，同时sO₂
从63%升至71%，形成高氧状态。这与IL-1β浓度8倍增长同步，提示高氧可能是免疫细胞募集导致微血管扩张的结果。

3.2 15天内急性GA炎症的自发消退
纵向观测显示，初期（1-5天）sO₂
峰值达72%后逐渐下降，后期（6-15天）持续低于基线（56%），证实氧浓度反转现象。组织学检查发现后期大量炎性细胞浸润，说明缺氧与慢性炎症相关。

3.3 外部光照射对氧水平的调控
PBM治疗使初期sO₂
峰值从72%降至67%，并阻止后期缺氧发生。超声显示MSU晶体更早溶解，炎症因子（IL-1β、TNF-α）水平显著降低，血管形态恢复提前4天。

这项研究首次揭示GA炎症消退过程的双相特征：第一相由MSU晶体触发，表现为高氧环境下的急性炎症；第二相则与持续性缺氧和第二波免疫响应相关。通过PBM调控氧代谢的发现，不仅解释了GA自发消退的机制，更开创了以氧浓度为靶点的非药物干预策略。该成果为炎症性疾病的动态监测和治疗提供了全新范式，其采用的OR-PAM技术有望成为临床评估关节微环境的有力工具。值得注意的是，研究提出的"氧浓度反转"概念可能普遍存在于其他自限性炎症中，这为后续研究开辟了新的方向。