肠道菌群代谢产物通过TRPM2介导迷走神经信号驱动镰状细胞病慢性疼痛机制研究

镰状细胞病（SCD）患者长期遭受难以治愈的慢性疼痛困扰。本研究通过粪菌移植（FMT）、代谢组学和电生理技术，发现SCD肠道中胆红素代谢异常激活迷走神经TRPM2通道是疼痛的关键机制。补充Akkermansia muciniphila益生菌或使用TRPM2抑制剂可显著缓解疼痛，为SCD疼痛治疗提供了非阿片类新靶点。

　　

镰状细胞病（Sickle Cell Disease, SCD）作为一种常见的遗传性血液疾病，患者长期遭受慢性广泛性疼痛的折磨。由于对疼痛生物学基础的认识不足，目前除阿片类药物外缺乏有效的治疗选择。根治性疗法如造血干细胞移植虽能减轻疼痛，但提示持续的红细胞镰变、血管阻塞、组织缺氧和溶血可能促进慢性SCD疼痛的发生。近年来，16S核糖体RNA基因测序研究揭示了SCD患者存在肠道菌群失调，但这些肠道微生物变化是否参与慢性SCD疼痛尚不明确。

为了深入探究这一问题，研究人员利用转基因SCD小鼠模型展开研究。他们发现将健康供体的粪便微生物移植（Fecal Microbiota Transplantation, FMT）到SCD小鼠体内，能够缓解其慢性疼痛，特别是通过增加益生菌Akkermansia muciniphila的相对丰度。相反，将SCD肠道微生物移植到野生型受体小鼠中，会通过胆红素-迷走神经TRPM2信号通路诱发持续性疼痛。通过对SCD患者生物样本和人类结节状神经节组织的空间转录组分析，研究人员还识别出其他细菌种类和神经元表达转录本，这些可作为新型SCD镇痛靶点进行探索。

研究的主要技术方法包括：使用Townes转基因SCD小鼠模型进行行为学测试（如机械性异常性疼痛和冷敏感性评估）；粪菌移植（FMT）实验；16S rRNA基因测序分析肠道菌群；非靶向代谢组学筛查粪便和血浆样本；全细胞膜片钳记录结节状神经节神经元活性；钙成像技术检测神经元对胆红素的反应；RNAscope原位杂交和空间转录组学分析人类结节状神经节组织；以及免疫荧光染色评估肠道黏液蛋白MUC2和紧密连接蛋白表达。

研究结果部分，首先通过α和β多样性分析发现SCD小鼠粪便微生物组成与健康对照组存在显著差异。粪菌移植实验显示，接受健康供体FMT的SCD小鼠机械性异常性疼痛和冷超敏反应得到暂时性缓解，而接受SCD供体FMT的野生型小鼠则出现持续性疼痛行为。特别值得注意的是，SCD小鼠粪便中Akkermansia muciniphila的相对丰度显著降低，而补充这种益生菌能有效逆转SCD小鼠的多种疼痛表型，包括机械性异常性疼痛、机械性痛觉过敏、动态机械超敏和冷超敏反应。

机制探索方面，研究人员发现SCD肠道内容物通过改变迷走神经传入兴奋性驱动持续性疼痛。电生理记录显示，接受SCD FMT的小鼠结节状神经节多放电神经元兴奋性显著增加。进一步代谢组学分析揭示，SCD粪便中血红素分解产物胆绿素、胆红素异构体以及尿胆素原水平显著升高。通过羟基脲治疗降低溶血和胆红素水平后，SCD小鼠粪便移植不再诱发受体小鼠疼痛，证实了胆红素在疼痛发生中的关键作用。

分子机制研究表明，口服胆红素能诱导野生型小鼠出现剂量依赖性的机械性异常性疼痛，并增加结节状神经节神经元兴奋性。钙成像实验发现胆红素能浓度依赖性地激活神经元，而TRPM2抑制剂A23能阻断这一效应。行为学实验证实，口服A23可剂量依赖性地缓解SCD小鼠和SCD FMT受体小鼠的机械性异常性疼痛。

临床转化方面，对SCD患者血浆样本的分析显示，在健康基线状态下，患者血浆中的胆绿素、胆红素和尿胆素原水平显著高于健康黑人对照组。16S rRNA测序分析发现SCD患者粪便中表达胆红素还原酶（BilR）的细菌总丰度降低，特别是表达长型bilR基因的菌属减少。此外，通过RNAscope和空间转录组学分析人类结节状神经节组织，发现97%的神经元表达TRPM2，且这些神经元均共表达PHOX2B，约50%共表达TRPV1，证实了TRPM2作为治疗靶点的临床相关性。

研究结论表明，肠道菌群和代谢产物在驱动慢性SCD疼痛中发挥关键作用。SCD肠道中过量的胆红素通过激活TRPM2通道，增加迷走神经传入兴奋性，导致中枢敏化。相反，增加肠道中Akkermansia muciniphila丰度或抑制TRPM2能有效缓解疼痛。这些发现不仅深化了对慢性SCD疼痛病理生理学的理解，还为开发非阿片类镇痛疗法提供了新方向，包括针对TRPM2的抑制剂、减少胃肠道胆红素的化学疗法以及表达BilR的益生菌治疗策略。

讨论部分强调，识别胃肠道胆红素作为慢性SCD疼痛的主要驱动因子是一个新颖发现，具有重要的治疗意义。TRPM2抑制剂不仅能阻断胆红素诱导的神经元活性，还能完全缓解SCD小鼠的疼痛行为。考虑到TRPM2在免疫细胞、内皮细胞和小胶质细胞中的广泛表达，以及这些细胞在SCD病理生理中的作用，TRPM2抑制剂可能在管理SCD症状方面具有额外的疗效。此外，研究还提示可能存在其他胆红素受体如5-HT_3A受体和MRGPRX4/MRGPRA1等，值得进一步探索。

该研究的局限性包括缺乏SCD患者和健康对照粪便中胆红素水平的直接测量，以及TRPM2抑制剂可能通过肠道外机制发挥镇痛作用。未来研究应评估粪便和血清胆红素水平与慢性疼痛指标之间的相关性，并明确所有在外感觉传入中表达的胆红素受体的相对贡献。

总之，这项研究为慢性SCD疼痛的管理提供了多个新型非阿片类靶点，通过详细表征SCD中宿主-微生物相互作用，显著推进了对慢性SCD疼痛病理生理学的理解，并为该患者群体开展微生物治疗奠定了基础。研究成果发表在《Cell Host & Microbe》期刊上，为未来治疗策略的开发提供了重要框架。