脊髓代谢重编程驱动疼痛慢性化：营养干预与自噬恢复的关键作用

本刊推荐：为解决急性疼痛向慢性疼痛转化的机制难题，研究人员聚焦脊髓代谢重编程（AKT/mTORC1通路激活）与营养耗竭现象，通过多模型验证发现改良饮食MD-1（含特定氨基酸、脂肪酸和棕榈酰乙醇酰胺PEA）可激活营养传感器SIRT1/AMPK、恢复自噬并阻断疼痛慢性化进程，为术后疼痛防治提供了代谢干预新策略。

　　

当身体遭受急性损伤时，疼痛本是正常的生理警报，但令人困扰的是，许多患者在组织完全愈合后仍长期被慢性疼痛所折磨。这种从急性疼痛向慢性疼痛的转变，尤其在手术后患者中发生率高达30%-50%，成为临床疼痛管理面临的重大挑战。尽管研究表明中枢敏化和神经可塑性改变是慢性疼痛产生的基础，但其背后的分子驱动机制至今仍未完全阐明。近年来，能量代谢适应在慢性疾病发展中的作用日益受到关注，而脊髓作为疼痛信号传递和调制的关键中枢，其代谢状态是否参与疼痛慢性化进程，正是本研究试图解答的核心科学问题。

在这项发表于《Cell Reports》的研究中，由加州大学欧文分校Daniele Piomelli教授团队领衔的研究人员，通过整合多组学分析、行为学测试和药理学干预等手段，首次系统揭示了外周损伤后脊髓代谢重编程通过耗竭关键营养物质、抑制自噬，从而驱动疼痛慢性化的全新机制，并开发出通过特异性营养干预阻断这一进程的有效策略。

研究主要采用以下技术方法：1）利用甲醛注射、坐骨神经慢性压迫（CCI）、保留神经损伤（SNI）和手术爪切口（SPI）等多种小鼠疼痛模型模拟临床病理过程；2）通过液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）进行脊髓组织和血清代谢组学分析；3）采用RNA测序技术解析脊髓基因表达谱变化；4）通过蛋白质免疫印迹和免疫荧光技术检测关键信号通路蛋白表达与定位；5）应用药理学工具药（包括SIRT1激动剂SRT-2104、AMPK激动剂二甲双胍、自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤等）进行机制验证；6）结合肠道微生物组16S rRNA测序分析饮食干预的潜在影响。

外周损伤促进脊髓营养耗竭，MD-1饮食阻止这一过程

研究人员发现，小鼠后爪注射甲醛后第4天，同侧腰段脊髓（L4-L6）中12种氨基酸、单不饱和脂肪酸（油酸18:1Δ⁹）和内源性PPAR-α激动剂棕榈酰乙醇酰胺（PEA）水平显著降低。而预先给予改良饮食MD-1（富含上述耗竭物质）可完全阻止这种营养耗竭现象，且药代动力学研究证实MD-1成分能够被有效吸收并进入系统循环。

MD-1阻止损伤诱导的脊髓代谢重编程

在标准饮食（SD）喂养的小鼠中，甲醛损伤激活了脊髓AKT/mTORC1信号通路，导致糖酵解相关基因转录上调和代谢产物积累，而三羧酸循环和氧化磷酸化相关基因则普遍下调。这种代谢重编程伴随着ATP水平下降和AMP/ATP比值升高。MD-1干预不仅阻断了损伤引起的代谢基因表达改变，还正常化了糖酵解和三羧酸循环代谢物水平，维持了ATP稳态。

损伤增强脊髓生物质生成并抑制自噬，MD-1阻止这些效应

研究发现损伤激活mTORC1通路后，显著促进了神经胶质生物质的生成：电压门控离子通道、受体通道和运动蛋白相关基因转录上调；甘油磷脂、鞘脂和胆固醇合成相关基因表达增强；相应的脂类物质水平也显著升高。与此同时，自噬关键调节因子Ulk1、Atg7、Atg9a和Atg2a的转录以及ATG5和LC3B蛋白水平均显著降低。MD-1干预有效阻断了损伤引起的生物质生成增加和自噬抑制。特别值得注意的是，药理抑制自噬可使原本不引起慢性疼痛的低剂量甲醛损伤转化为持久性疼痛状态，表明自噬抑制在疼痛慢性化过程中起关键推动作用。

损伤改变系统代谢组，MD-1阻止这种效应

脊髓代谢变化伴随系统代谢组的显著改变：血清皮质酮和醛固酮水平升高，3-甲基戊二酰肉碱和牛磺酸水平增加，磷脂酰胆碱（PC）和鞘磷脂（SM）积累，而二酰基甘油和长链脂肪酸水平降低。MD-1干预能正常化这些系统代谢变化，且这种效应与肠道微生物组组成改变无关。

MD-1阻止外周损伤后向慢性疼痛的转变

行为学实验表明，MD-1干预不仅减轻了甲醛引起的急性伤害性反应和爪部水肿，更重要的是完全阻断了慢性疼痛发展的三个核心特征：双侧机械和热超敏反应、焦虑样行为增强和长期记忆缺陷。这种保护作用呈现剂量依赖性（MD-1 > MD-2 > MD-3），且需要营养物质与PEA的协同作用（单独营养补充或单独PEA补充均不能提供完全保护）。时机实验发现，损伤后4天内是MD-1干预的关键时间窗，但损伤前预防性干预效果更佳。

MD-1通过激活SIRT1和AMPK及恢复自噬来阻止疼痛慢性化

机制研究表明，MD-1干预提高了脊髓沉默调节蛋白1（SIRT1）的表达和AMP活化蛋白激酶（AMPK）的磷酸化水平。药理学激活SIRT1（SRT-2104）或AMPK（二甲双胍）可模拟MD-1的保护效应，而抑制自噬则完全取消MD-1的获益。这表明MD-1通过激活营养传感器SIRT1和AMPK，进而恢复自噬功能来阻止疼痛慢性化进程。

MD-1保护小鼠免受术后急慢性疼痛

在多种疼痛模型（CCI、SNI、SPI）中，MD-1均表现出显著的保护作用，减轻神经损伤和手术切口引起的持续性超敏反应，改善记忆缺陷，加速伤口愈合，并阻断伤害性敏化 priming现象。然而，在完全弗氏佐剂（CFA）引起的免疫性疼痛模型中，MD-1效果有限，提示其作用机制具有损伤特异性。免疫荧光分析发现，MD-1主要影响脊髓神经元和星形胶质细胞，而对小胶质细胞影响较小。

这项研究系统揭示了外周损伤后脊髓代谢重编程驱动疼痛慢性化的全新机制：AKT/mTORC1通路激活引导代谢流向生物质合成，同时抑制自噬回收，导致关键营养耗竭；而通过特异性营养干预（MD-1）补充耗竭物质，可激活SIRT1和AMPK信号，恢复自噬功能，从而阻断疼痛慢性化进程。研究不仅深化了对慢性疼痛发生机制的理解，更重要的是提出了通过营养干预预防术后慢性疼痛的转化医学新策略，为临床疼痛管理提供了创新性的解决方案。值得注意的是，这种干预策略在多种损伤性疼痛模型中均有效，但在免疫性疼痛模型中作用有限，提示未来需根据疼痛类型制定个性化干预方案。研究发现的4天关键干预时间窗也为临床治疗时机选择提供了重要参考。此外，SIRT1和AMPK作为能量代谢和细胞自噬的关键调节因子，其激活可能带来多重获益，包括减轻急性炎症反应和促进组织修复，这进一步增强了营养干预策略的临床应用前景。