综述：胶质细胞在慢性口面部疼痛动物模型中的病理生理机制：一项系统综述

《Pathophysiology》：The Pathophysiological Mechanisms of Glia in Animal Models of Chronic Orofacial Pain: A Systematic Review

　　

背景/目的：慢性口面部疼痛代表一组影响三叉神经系统（trigeminal system）的异质性疾病，由于其复杂的病理生理学（pathophysiology）而难以治疗，该病理生理学涉及胶质细胞（glial cells）在持续性疼痛状态的发展和维持中。本系统综述旨在综合来自动物研究的证据，这些研究调查了胶质细胞在慢性口面部疼痛中的病理生理作用。方法：在PROSPERO注册后，根据PRISMA指南进行了系统的文献检索，以识别评估胶质细胞在口面部疼痛模型中参与的实验性动物研究。经过筛选和资格评估，10项研究符合纳入标准。提取了关于实验模型、所研究的胶质细胞群体以及疼痛相关行为结果的数据，并进行了定性综合。结果：卫星胶质细胞（satellite glial cells, SGCs）、小胶质细胞（microglia）和星形胶质细胞（astrocytes）的激活与三叉神经通路内神经炎症信号（neuroinflammatory signaling）增强和神经元兴奋性（neuronal excitability）增加一致相关，表明外周和中枢神经组织均参与其中。几项研究报告称，药理学调节胶质细胞活性可能减少疼痛相关行为。结论：胶质细胞通过神经免疫相互作用（neuroimmune interactions）成为慢性口面部疼痛的关键调节因子，这些相互作用促成外周和中枢敏化（peripheral and central sensitization）。尽管这些发现突出了有前景的治疗靶点，但需要进一步的转化研究来阐明它们与人类疼痛状况的相关性。

1. 引言（Introduction）：慢性口面部疼痛包括一组高患病率且致残性强的疾病，影响颅面区域，如颞下颌关节紊乱、三叉神经病理性疼痛、持续性特发性面痛、带状疱疹后神经痛和癌症相关疼痛综合征。这些疾病与咀嚼、言语、睡眠和社会功能严重受损相关，并伴有焦虑、抑郁和灾难化行为等共病。流行病学数据显示，多达30%的普通人群在一生中某个阶段会经历口面部疼痛，慢性形式给医疗系统带来沉重负担。尽管影响巨大，但现有药物和非药物治疗效果有限，许多患者发展为难治性疼痛，凸显了改进机制理解和治疗创新的必要性。历史上，慢性疼痛的病理生理学主要从神经元角度概念化，关注外周伤害感受器敏化、异位放电和中枢伤害感受回路中的适应不良突触可塑性。然而，在过去的二十年中，这一观念被根本性修订，认识到胶质细胞积极参与疼痛处理，通过神经可塑性和胶质可塑性变化促进慢性疼痛状态的启动和维持。胶质细胞群主要包括小胶质细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞、卫星胶质细胞（satellite glial cells, SGCs）和施万细胞，它们与神经元和中枢及外周神经系统中的免疫介质动态相互作用。慢性疼痛的一个定义性特征是神经炎症的发展，这一过程主要由胶质细胞协调。在组织损伤或神经损伤后，小胶质细胞迅速采用激活表型，表现为离子化钙结合衔接分子-1（ionized calcium-binding adaptor molecule-1, Iba-1）上调、形态学肥大以及细胞因子如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）、白细胞介素-1β（interleukin-1β, IL-1β）和白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6）的产生增加。这种胶质激活与三叉神经脑干感觉核复合体中的中枢敏化紧密耦合，小胶质细胞和星形胶质细胞发生显著的胶质可塑性变化，通过释放炎症介质作用于神经元受体和细胞内信号通路，促进N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate, NMDA）受体的磷酸化、抑制性GABA能传递的下调以及电压门控钠和钙通道的表达增加，从而促进和维持持续性疼痛状态。星形胶质细胞通过更持久的谷氨酸摄取、钾缓冲和胶质递质释放改变来促进疼痛的持续，维持伤害感受网络中的过度兴奋。同时，星形胶质细胞产生的趋化因子如C-C基序趋化因子配体2（C-C Motif Chemokine Ligand 2, CCL2）和C-X-C基序趋化因子配体1（C-X-C Motif Chemokine Ligand 1, CXCL1）进一步招募和激活小胶质细胞，建立自我维持的神经免疫环路。少突胶质细胞和施万细胞传统上被视为纯髓鞘形成细胞，现在被认为调节轴突传导和炎症信号，影响神经病理性疼痛表型。在外周神经系统中，背根神经节和三叉神经节中感觉神经元周围的SGCs在炎症或神经损伤后表现出显著的表型变化，包括胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）上调、通过连接蛋白-43（connexin-43）增强缝隙连接偶联，以及嘌呤能受体（P2X7, P2Y12）表达增加，促进旁分泌信号放大神经元兴奋性。这些机制已被牵涉到脊髓和三叉神经伤害感受系统中异位活动和外周敏化的产生。尽管胶质对脊髓疼痛的贡献已被广泛研究，但三叉神经系统具有独特的解剖和功能特征，可能赋予不同的胶质-神经元相互作用。口面部疼痛的动物模型，如颞下颌关节（temporomandibular joint, TMJ）炎症、咬肌损伤、牙髓炎症和眶下神经结扎，一致证明三叉神经脊束核中小胶质细胞和星形胶质细胞以及三叉神经节中SGCs的强烈激活。在分子水平上，神经胶质通讯涉及复杂的信号通路网络。从受损神经元释放的ATP激活小胶质细胞P2X4和P2X7受体，导致p38丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）激活和脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）释放，进而下调神经元钾-氯共转运蛋白2（potassium-chloride cotransporter 2, KCC2）并削弱抑制性控制。分形趋化因子（fractalkine, CX3CL1）信号进一步维持小胶质细胞激活，而星形胶质细胞连接蛋白和泛连接蛋白（pannexins）调节钙波和炎症介质的细胞间传播。此外，补体成分（C1q, C3）和Toll样受体（TLR2, TLR4）参与慢性疼痛状态中的突触重塑和神经免疫激活。除了经典炎症级联反应，新出现的证据表明代谢重编程、氧化应激和表观遗传调控参与胶质介导的疼痛慢性化。激活的胶质细胞表现出向糖酵解代谢的转变和线粒体活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生增加，进一步放大炎症信号。胶质细胞中的表观遗传修饰，包括组蛋白乙酰化和DNA甲基化，调节参与伤害感受的细胞因子和离子通道的表达。这些机制可能构成疼痛敏感性长期变化的基础，并导致慢性疼痛对常规治疗的抵抗。重要的是，已描述了胶质反应的性别依赖性差异，小胶质细胞信号在雄性中起主导作用，而T细胞介导机制在雌性中更为突出，表明胶质对口面部疼痛的贡献也可能表现出性二态性。尽管有大量临床前证据，但胶质靶向治疗的临床转化有限。米诺环素、丙戊茶碱和异丁司特等药物在动物模型中显示出强大的抗伤害感受效应，但在人体试验中效果不一致。这种差异凸显了需要对临床前数据进行系统评估，并仔细考虑实验模型、结局指标和与口面部疼痛相关的机制途径。本系统综述旨在评估来自慢性口面部疼痛啮齿动物模型的现有证据，涉及胶质激活和胶质相关分子通路的调节对疼痛相关行为和功能结局的影响。

2. 材料与方法（Materials and Methods）：本系统综述遵循PRISMA指南进行。PICO问题为：“在慢性口面部疼痛动物模型中，与对照或假手术条件相比，胶质激活或胶质相关分子通路调节对疼痛强度、痛觉过敏/异常性疼痛和功能影响有何效果？”纳入标准包括：用英语发表、全文可获取、在啮齿动物模型（大鼠或小鼠）中进行的实验性体内研究，这些模型通过验证的实验程序诱发慢性口面部神经病理性疼痛和/或炎症性疼痛，并设计用于诱发或模拟慢性口面部疼痛和/或调节胶质激活或胶质相关分子信号通路，以及报告至少一项结局指标（疼痛强度、痛觉过敏和/或异常性疼痛、功能影响）。排除标准包括：仅在细胞培养、器官型切片或离体组织中进行的研究；主要评估药物或化合物镇痛效果而不研究胶质激活或相关分子机制的研究；在非啮齿类物种或非口面部慢性疼痛模型中进行的研究；以及综述、评论、会议摘要等灰色文献。检索策略：研究方案在PROSPERO注册（CRD420251160245），于2025年10月在PubMed、Web of Science（WoS）和Scopus三个电子数据库中进行系统文献检索，并结合受控词汇和自由文本词。2026年3月进行了额外手动检索。文献筛选：两名独立研究人员在Rayyan平台上进行标题和摘要筛选，并通过Kappa检验评估一致性，随后进行全文评估。数据提取包括第一作者、发表年份、国家、研究设计、动物模型特征、实验干预、行为评估方法、分子和细胞靶点以及预定义结局。主要结局为疼痛相关行为测量，次要结局包括功能性和情感-行为改变以及胶质细胞和相关信号通路的形态学和分子变化。偏倚风险评估：使用SYRCLE动物研究偏倚风险工具由两名作者独立评估，涵盖十个领域。数据合成：由于实验模型、物种、性别、干预方案、分子靶点、行为结局评估和时间点的显著异质性，不进行定量荟萃分析，而是进行定性合成。

3. 结果（Results）：初始检索共获得617篇文章，去除重复后筛选标题和摘要，最终纳入10项研究。筛选过程中研究者间一致性高（Cohen's kappa=0.93）。3.1. 纳入研究描述：所有研究均在体内使用啮齿动物模型（大鼠和小鼠），主要采用慢性口面部神经病理性或炎症性疼痛的既定实验模型，如慢性眶下神经缩窄损伤（chronic constriction injury of the infraorbital nerve, CCI-IoN）、完全弗氏佐剂（complete Freund's adjuvant, CFA）皮下注射或TMJ炎症模型。机械性超敏反应是最常评估的行为结局，通过von Frey细丝测试进行。其他研究还检测了热敏感性或情绪-行为反应。所研究的分子机制主要涉及小胶质细胞、星形胶质细胞或SGCs的激活及其相关信号通路，包括炎症细胞因子信号、嘌呤能信号、补体级联激活、离子通道调节以及ATP或腺苷介导的神经元-胶质通讯。3.2. 外周三叉神经结构中的胶质激活：在CFA诱导的炎症模型中，Aczél等发现三叉神经节感觉神经元和SGCs中速激肽前体4（tachykinin precursor 4, Tac4）基因（编码hemokinin-1）表达增加，其时间模式与面部机械性伤害感受阈值降低平行。Kushnir等显示外周炎症和眶下神经轴突切断术显著增加了SGCs对ATP的敏感性，主要通过上调嘌呤能P2X受体（特别是P2X2和P2X5亚型）介导。Vit等通过选择性沉默三叉神经节SGCs中的内向整流钾通道4.1（potassium inwardly rectifying channel 4.1, Kir4.1），诱导出明显的疼痛样行为，包括机械性超敏反应、自发闭眼频率增加以及操作冲突任务表现改变。3.3. 三叉神经疼痛通路中的中枢胶质激活：Villa等在TMJ炎症模型中显示三叉神经节中SGCs和驻留巨噬细胞显著激活，伴随三叉神经尾侧亚核和颈髓背角中小胶质细胞激活，而星形胶质细胞在早期炎症阶段未激活。Lee等报告外周神经损伤后三叉神经核复合体中小胶质细胞和星形胶质细胞激活的时间模式不同：小胶质细胞增殖和形态激活出现较早，而星形胶质细胞肥大出现较晚。Demartini等研究瞬时受体电位锚蛋白1（transient receptor potential ankyrin 1, TRPA1）通道在CCI-IoN模型中的作用，发现神经损伤诱导促炎细胞因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）表达增加，抗炎细胞因子（IL-10, IL-4）水平降低，并伴随三叉神经节、三叉神经尾侧核、延髓和颈髓中小胶质细胞和星形胶质细胞激活增加，而TRPA1药理学阻断可减弱这些炎症反应和胶质激活。3.4. 星形胶质细胞介导的信号与神经元-胶质串扰：Lv等研究腹侧海马中星形胶质细胞来源的嘌呤能信号，在CCI-IoN模型中，神经损伤诱导机械性异常性疼痛，伴随星形胶质细胞激活增加和海马CA1区细胞外腺苷水平升高，以及小胶质细胞激活和IL-17A表达增加。抑制星形胶质细胞或阻断腺苷信号通路可显著减轻与慢性三叉神经病理性疼痛相关的抗抑郁样行为。Feng等研究TMJ骨关节炎模型中内侧前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）的胶质-神经元相互作用，显示IL-1β表达增加（主要定位于小胶质细胞），以及神经元分泌型磷脂酶A2组III（secretory phospholipase A2 group III, PLA2-III）表达增加。药理学抑制IL-1β或基因沉默PLA2-III可显著减轻口面部机械性超敏反应和广泛躯体痛觉过敏。3.5. 补体介导的小胶质细胞突触重塑：Huang等在TMJ炎症大鼠模型中研究延髓头端腹内侧（rostral ventromedial medulla, RVM）的补体依赖性突触修剪，发现补体蛋白C1q和C3表达增加，伴随小胶质细胞标志物Iba-1和分化簇68（cluster of differentiation 68, CD68）升高，这些变化与机械性超敏反应的发展时间相关。小胶质细胞通过补体C1q/C3-CR3信号通路选择性靶向兴奋性突触前末端进行吞噬。C1q抑制剂或米诺环素可显著减轻机械性异常性疼痛并减弱RVM中的小胶质细胞激活。3.6. 实验结果总结：所研究的口面部病理模型显示从外周损伤到三叉神经系统中枢敏化的明确神经炎症级联反应。在外周和神经节水平，局部损伤上调神经元Tac4、激活TRPA1受体，并通过Kir4.1钾通道缺失和向嘌呤能P2X受体优势转变破坏SGC稳态。这些信号传入中枢神经系统后，触发三叉神经核内顺序性胶质反应，早期小胶质细胞激活后延迟的、持久的星形胶质细胞强化。激活的小胶质细胞通过释放IL-1β等促炎细胞因子和RVM中补体介导的突触修剪（C1q/C3-CR3）驱动中枢敏化，而星形胶质细胞介导的ATP释放和持续的星形胶质细胞-小胶质细胞串扰使系统处于过度兴奋状态。这种神经免疫信号级联从脑干中继扩展到内侧前额叶皮层和腹侧海马，调节持续性机械性超敏反应和情感性、焦虑-抑郁共病。药理学或遗传学干预靶向胶质信号通路常能减弱疼痛行为和炎症反应，支持胶质细胞是慢性口面部疼痛的关键调节因子。3.7. 偏倚风险：一项研究被评为低偏倚风险，四项为不清楚偏倚风险，五项为高偏倚风险。

4. 讨论（Discussion）：纳入文献的收敛性发现表明，不同胶质细胞群的激活和功能调节是驱动三叉神经通路内持续性伤害感受状态启动和维持的关键机制。尽管实验范式各异，但出现了一致的病理生理模式：外周三叉神经损伤或炎症触发强烈的神经免疫级联反应，跨越外周神经节结构和中枢伤害感受回路，最终驱动行为超敏反应和共病的情感性疼痛障碍。所纳入研究在疼痛模型、动物特征、行为评估、分子靶点和解剖部位上存在差异，但一致显示胶质细胞在慢性口面部疼痛中的参与。神经病性和炎症性模型在初始机制上不同，但都趋向于增强的神经炎症、增加的神经元兴奋性和持续性疼痛。本系统综述识别出慢性口面部疼痛下的一致的病理生理序列：外周损伤最初激活三叉神经节中的SGCs，通过嘌呤能信号、细胞因子释放和钾稳态改变促进神经元过度兴奋；这些外周神经免疫变化随后是中枢三叉神经通路中小胶质细胞的早期激活，通过促炎细胞因子和补体信号放大神经炎症；随后星形胶质细胞被激活，通过维持适应不良的突触可塑性和持续的神经免疫通讯来维持而非启动持续性疼痛。SGCs在三叉神经节中作为外周敏化的主要介质的作用已被证实，实验操作破坏嘌呤能信号、钾缓冲能力或神经肽表达可引发明显的伤害感受表型，即使在没有直接神经元损伤的情况下，也支持感觉神经节作为动态神经免疫中心而非被动中继站的观点。中枢结构中，三叉神经脑干感觉核复合体中小胶质细胞和星形胶质细胞的激活增强突触传递并延长伤害感受信号，这些胶质-神经元相互作用可在初始损伤解决后持续存在，标志着从适应性可塑性向适应不良、自我维持的敏化转变。这些机制在三叉神经系统中表现出独特特征，涉及三叉神经节SGCs、脑干伤害感受核团和参与情感疼痛处理的上位脑区之间的高度专门化相互作用。炎症性模型以组织损伤后快速细胞因子释放和SGCs激活为特征，而神经病理性模型显示更持续的小胶质细胞激活、补体介导的突触重塑和持久的星形胶质细胞-小胶质细胞通讯，但两者最终均汇聚于增强的神经元兴奋性、中枢敏化和持续性疼痛。神经元-胶质通讯在塑造疼痛的感觉和情感维度中发挥作用，星形胶质细胞来源的嘌呤能信号和小胶质细胞来源的细胞因子释放影响海马和内侧前额叶皮层等边缘结构中的神经活动，这与慢性疼痛不仅是感觉障碍，而且是涉及情感、认知和动机成分的复杂脑状态的概念一致。小胶质细胞在突触重塑中的参与不仅限于补体依赖性修剪，还整合了更广泛的炎症和受体介导机制，通过IL-1R1、IL-6R、TNFR、CX3CR1、CSF1R和CD200R等受体系统影响突触完整性。从转化角度看，这些发现表明慢性口面部疼痛可能至少部分是三叉神经系统中神经免疫信号失调的疾病，但将临床前证据转化为有效临床疗法仍面临挑战。米诺环素、丙戊茶碱和异丁司特等抑制胶质激活的药物在啮齿动物模型中反复显示抗伤害感受和抗炎效果，但人体临床试验结果不一致，可能反映了剂量、干预时机、疼痛慢性化和人类神经免疫表型复杂性的差异。大多数临床前工作仍使用短期的急性/亚急性范式，而慢性口面部疼痛在数月和数年内演变，涉及从外周三叉神经传入到脑干和皮质回路的进行性可塑性。啮齿动物模型中以诱发反应和自发性疼痛为主，与临床表型存在差距，且模型异质性低，几乎全部动物均发展出强烈痛觉过敏，而临床队列中仅部分个体转变为持续性口面部疼痛。另一个关键转化考虑是生物变异，特别是神经免疫信号中的性二态性：在雄性中，慢性疼痛状态主要由小胶质细胞信号通路驱动；在雌性中，则常绕过这些通路，依赖适应性免疫机制，如T淋巴细胞介导的级联反应。将性作为生物变量纳入对提高临床前模型的预测效度至关重要。为了优化转化保真度，未来实验设计应转向更全面和纵向的建模策略，包括延长时间线、系统整合生物变异（性别、年龄、情感共病），以及采用多重临床相关三叉神经功能读数，如运动诱发性颌痛、眨眼反射指标、操作冲突任务和面部表情评分。此外，单细胞和空间转录组学等新兴工具可表征疼痛相关回路中小胶质细胞和星形胶质细胞的分子异质性。尽管纳入研究提供了见解，但存在方法学局限性，包括合格研究数量少、部分实验偏倚风险中等偏高，以及实验模型异质性限制直接可比性，需审慎解读结论。

5. 结论（Conclusions）：本系统综述确定，从急性损伤到慢性口面部疼痛的转变依赖于从外周组织到中枢伤害感受回路的高度协调的神经炎症级联反应。慢性疼痛的维持并非依赖纯神经元通路，而是由顺序性的神经元-胶质相互作用驱动：外周和神经节损伤通过Kir4.1下调和嘌呤能P2X转变破坏SGC稳态，而中枢敏化由早期小胶质细胞激活、C1q/C3-CR3突触修剪，以及延迟的、持久的星形胶质细胞Panx1/腺苷反馈环路所巩固。这种神经免疫串扰从经典感觉脑干中继扩展到更高皮质和边缘结构，特别是内侧前额叶皮层和腹侧海马，为慢性口面部疼痛临床特征中的情感、焦虑-抑郁共病提供了生物学框架。然而，将这些结果转化为人类疾病时需谨慎，因为大多数证据来自受控实验模型，可能无法完全复制临床疼痛障碍的多因素性质和长期进展。未来研究应侧重于提高实验模型的转化相关性，纳入更长的病程、性别差异和行为共病。分子谱分析和神经免疫成像的进展也可能有助于阐明胶质细胞群在人类慢性口面部疼痛中的作用，并支持开发胶质靶向治疗策略。总体而言，证据支持一个顺序性神经免疫模型，其中外周和中枢胶质细胞群以协调方式启动、放大和维持慢性口面部疼痛，为未来转化研究提供了整合的概念框架。