《Somatosensory & Motor Research》：Transcriptomic mechanisms of lumbar sympathectomy improving cold allodynia of nerve injury in rat
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神经病理性疼痛（Neuropathic Pain, NP）是由神经系统损伤引起的慢性疼痛，常表现为自发性疼痛、痛觉过敏和异常性疼痛。冷痛觉过敏（cold allodynia）是神经病理性疼痛的常见表现之一，严重影响患者生活质量。腰交感神经切除术（lumbar
神经病理性疼痛（Neuropathic Pain, NP）是由神经系统损伤引起的慢性疼痛，常表现为自发性疼痛、痛觉过敏和异常性疼痛。冷痛觉过敏（cold allodynia）是神经病理性疼痛的常见表现之一，严重影响患者生活质量。腰交感神经切除术（lumbar sympathectomy, LS）已广泛用于治疗下肢疼痛，但其在冷痛觉过敏中的具体机制尚不明确。材料：本研究建立慢性压迫性损伤（chronic constriction injury, CCI）坐骨神经模型和腰交感神经切除（LS）模型，以探究LS对CCI大鼠冷痛觉过敏的影响及其分子机制。通过行为学测试（包括机械痛阈值测定、丙酮冷刺激试验和冷板试验）观察LS对CCI大鼠冷痛觉过敏的影响。进一步采用转录组测序（bulk RNA-seq）观察CCI大鼠经LS后差异表达基因水平的变化。结果：通过行为学实验和转录组测序（bulk RNA-Seq）分析，研究人员发现腰交感神经切除术（LS）显著缓解CCI大鼠的冷痛觉过敏、冷诱发痛觉过敏和冷痛敏感性，并改变脊髓转录组，包括与炎症信号转导和组织重塑相关的通路。差异表达基因（DEGs）的功能富集分析揭示了大量与疼痛调节相关的信号通路。该研究为LS在缓解冷痛觉过敏中的应用提供了新的分子生物学基础。
**研究背景与问题**
神经病理性疼痛（Neuropathic Pain, NP）是由神经系统损伤或功能障碍引起的慢性疼痛综合征，其病理机制复杂，涉及外周和中枢神经系统的异常重塑与敏化。患者常表现为自发性疼痛、痛觉过敏（hyperalgesia）和异常性疼痛（allodynia），其中冷痛觉过敏（cold allodynia）是神经病理性疼痛的突出表现，以低温刺激 exaggerated sensitivity 为特征，即使是无害的冷刺激也能触发剧烈疼痛反应。冷痛觉过敏可见于多种神经病理状态，包括坐骨神经痛、糖尿病周围神经病变和创伤后神经损伤。值得注意的是，冷痛觉过敏即使在组织愈合后仍可持续存在，且对传统镇痛药物反应不佳，严重损害患者生活质量和社会功能。
腰交感神经切除术（Lumbar Sympathectomy, LS）是通过手术或化学方法阻断腰交感神经节的技术，通过抑制过度交感神经活动，诱导外周血管扩张和改善局部血液循环，从而缓解疼痛和抑制应激反应。该技术已广泛应用于治疗各种下肢疼痛综合征，包括缺血性疼痛和神经病理性疼痛。然而，尽管LS显示出一定的临床疗效，其在冷痛觉过敏中的具体作用机制仍不完全清楚。因此， further research is required to determine whether LS alleviates cold allodynia by regulating the interaction between the sympathetic nervous system and sensory nerves, and to clarify its underlying molecular mechanisms.
**研究开展与结论意义**
为探索LS在冷痛觉过敏中的治疗效果和机制，研究人员建立了坐骨神经慢性压迫性损伤（CCI）模型模拟常见临床NP状态。该模型通过结扎坐骨神经诱导神经炎症、轴突变性和神经纤维脱髓鞘，复制人类NP的病理特征，包括冷痛觉过敏、冷痛觉过敏和机械性痛觉过敏。利用该模型，研究人员系统评估了LS如何缓解CCI大鼠的冷痛觉过敏，并进一步探索其潜在分子机制。该研究发现，LS缓解冷痛觉过敏可能与交感神经系统和感觉神经之间的相互作用、炎症因子表达变化以及神经可塑性相关信号通路的调控有关。该研究于《Somatosensory 》发表，为LS在NP治疗中的应用提供了理论基础，也为开发新型镇痛策略提供了重要见解。
**关键技术方法**
研究使用6–8周龄、体重180–220 g的SPF级雄性Sprague-Dawley大鼠，购自北京维通利华实验动物技术有限公司。实验样本分为四组：Sham组、LS组、CCI模型组和CCI+LS组。CCI模型通过结扎左侧坐骨神经建立，LS于CCI术后第7天进行，切除L2-5腰交感神经干约2 mm。行为学测试包括：电子测痛仪测量机械痛阈值；丙酮冷刺激试验评估冷痛觉过敏（0-3分评分）；冷板试验（0℃）测定冷痛潜伏期和冷耐受阈值。术后第21天取L4-L6脊髓背角，进行转录组测序（bulk RNA-Seq，每组6个生物学重复），采用FPKM法进行基因表达定量，edgeR筛选差异表达基因（|log
2 fold change| > 2，FDR < 0.05），并进行GO和KEGG通路富集分析。利用STRING数据库和Cytoscape软件进行蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析，MCODE插件识别关键功能模块。RT-qPCR验证8个关键基因表达（GAPDH为内参）。
**研究结果**
**坐骨神经结扎诱导大鼠机械痛觉过敏和冷痛觉过敏，LS显著改善CCI大鼠冷敏感性**
CCI模型通过结扎大鼠右侧坐骨神经建立，LS于术后第7天在CCI组和Sham组大鼠上进行。行为学测试于术后第3、6、9、12、14、18和21天进行。结果显示，CCI术后第3天即出现显著机械痛觉过敏，持续至少21天；LS可显著缓解CCI大鼠的机械痛觉过敏。此外，CCI组冷痛觉过敏显著增加，而LS显著改善CCI大鼠冷敏感性，该效应持续至少14天。CCI术后第3天即可检测到冷痛和冷敏感性变化，表现为冷刺激潜伏期显著缩短和最低可接受温度明显升高；LS后CCI大鼠对冷刺激的反应潜伏期显著逆转。
**通过bulk RNA-seq鉴定CCI大鼠经LS后的差异表达基因**
为阐明CCI诱导的周围神经病理性疼痛的分子机制，研究人员对CCI、CCI+LS、LS和Sham组大鼠L4-L6脊髓节段进行转录组分析。测序数据显示每样本约500万条原始reads，clean reads比例近96.0%，超过97%的碱基质量值≥Q30，超过97%的clean reads成功比对到大鼠参考基因组，证实测序数据的高质量和可靠性。与Sham组相比，CCI组有120个显著差异表达基因（64个上调，56个下调）；CCI+LS组有75个差异表达基因（55个上调，20个下调）。两个数据集（CCI vs Sham和CCI+LS vs CCI）的交集分析发现24个重叠基因，其中14个在CCI vs Sham中上调、在CCI+LS vs CCI中下调，10个在CCI vs Sham中下调、在CCI+LS vs CCI中上调。聚类分析显示，LS后CCI模型大鼠的差异表达基因表达谱趋于向对照组回归，表明LS显著改变了CCI大鼠脊髓中的基因表达谱。
**LS调控后CCI大鼠脊髓的功能富集分析**
基因本体论（Gene Ontology, GO）分析显示，CCI组上调差异表达基因的生物过程包括生物调控、细胞过程、刺激反应、免疫系统过程、种间相互作用、发育过程、代谢过程等；分子功能包括结合、分子转导活性、催化活性等；细胞组分富集于细胞解剖实体和蛋白复合物。KEGG通路分析进一步证实CCI模型表现出强烈的全身炎症反应，核心驱动通路包括补体-凝固系统、肿瘤坏死因子（TNF）/白细胞介素（IL）-17信号通路和免疫细胞迁移，伴随色氨酸代谢紊乱和神经敏化。LS干预后，差异表达基因富集于细胞外基质（ECM）重塑、胶原代谢和形态发生等通路，表明LS使CCI大鼠基因表达模式从免疫激活转向组织稳态重建。KEGG分析中鉴定出的ECM-受体相互作用和肌动蛋白细胞骨架调控与GO富集分析结果一致，共同指向组织修复过程。GO分析中的"血管发育"与KEGG中的黏着斑和多种激素信号（如加压素）互补，提示血管重塑可能是组织修复的关键组成部分。
**鉴定差异表达基因的PPI网络**
基于CCI vs Sham组120个差异表达基因构建的PPI网络包含84个相互连接的节点，从中提取2个上调差异表达基因显著模块和2个下调差异表达基因显著模块，共31个枢纽差异表达基因作为关键基因。基于CCI+LS vs CCI组75个差异表达基因构建的PPI网络包含48个相互连接的节点，提取3个上调差异表达基因显著模块和1个下调差异表达基因显著模块，共20个枢纽差异表达基因作为后续分析的关键基因。
**LS显著调控靶基因表达**
为验证转录组测序数据的可靠性，研究人员选择CCI vs Sham组中8个上调差异表达基因进行RT-qPCR验证，包括Cxcl13、Ccl7、Ccl2、Cxcl11、Reg3b、Fcrl2、Irored8和Plac8。结果显示，这些基因在CCI组L4-L6脊髓中的表达显著高于Sham组，而LS干预显著降低其在CCI大鼠中的表达，与转录组测序数据一致，证实LS可逆转CCI诱导的这些基因上调。
**讨论与结论总结**
神经病理性疼痛的发病机制涉及外周和中枢神经系统敏化、炎症反应、神经可塑性改变和异常交感神经激活。交感神经系统在某些NP疾病中发挥关键作用。生理条件下，交感神经系统和躯体感觉系统相对独立运作，神经损伤后这种独立性被破坏，形成"躯体感觉-交感耦联"（somatosensory-sympathetic coupling）。其潜在机制可能包括肾上腺素能受体的异位表达、交感出芽、血管调节和缺血以及免疫调节。过度交感兴奋可导致持续外周血管收缩，造成神经内血流减少、组织缺血缺氧和酸中毒，间接激活对机械和化学刺激敏感的受体；同时通过释放神经肽调节局部免疫反应，影响炎症因子释放，维持神经炎症和敏化。
本研究建立CCI诱导的大鼠NP模型，系统评估LS对冷痛觉过敏的缓解作用，并利用转录组测序进一步分析其潜在分子机制。行为学结果表明，LS显著改善CCI大鼠的冷痛觉过敏和机械痛觉过敏，与LS用于缓解NP的临床报告一致。研究仅纳入雄性大鼠以减少变异性，但NP、神经免疫信号和交感调节中的性别差异已有充分文献记录，未来需要纳入雌性动物的研究以提高转化相关性。
转录组测序分析显示，CCI诱导后脊髓差异表达基因显著富集于免疫炎症反应、补体系统激活和淋巴细胞迁移等通路，表明神经损伤后的强烈免疫炎症反应是NP发展的关键机制。LS干预后，CCI大鼠脊髓中多种与炎症、免疫反应和神经可塑性相关的基因表达发生显著变化，提示LS可能通过促进组织修复和抑制过度免疫反应来缓解NP。PPI网络分析进一步识别了多个关键模块和枢纽基因，包括趋化因子如CXCL13、CCL2和CCL7，这些基因在神经炎症和疼痛信号传递中至关重要，它们在神经炎症期间招募单核细胞/巨噬细胞和淋巴细胞，直接激活胶质细胞，是连接免疫和神经系统的关键信使。qRT-PCR结果证实了这些基因的表达变化，进一步支持转录组测序数据的可靠性。然而，由于使用的是组织整体RNA测序（bulk RNA-seq），无法确定观察到的转录组变化的具体细胞群，因此需要进一步采用单细胞RNA测序研究以确定哪些细胞群驱动这些转录变化。此外，RNA测序仅在终点时间点（第21天）进行，可能无法捕捉神经免疫激活早期阶段的动态转录组变化，未来需要涉及多个时间点的研究。
**研究结论**
本研究系统阐明了LS对CCI诱导冷痛觉过敏的缓解作用及其分子机制，从行为学到分子层面进行了深入分析。LS可通过调节脊髓基因表达谱缓解CCI诱导的冷痛觉过敏，特别是抑制炎症相关通路和促进组织修复通路。这些发现证实了腰交感神经在CCI诱导的神经病理性疼痛中的作用，为开发新型治疗策略提供了潜在的分子靶点。ω
