2024年4月16日，浙江中医药大学第三临床医学院针灸神经生物学实验室刘伯一研究团队在Nature communications发表“CXCL5 activates CXCR2 in nociceptive sensory neurons to drive joint pain and inflammation in experimental gouty arthritis”，揭示了CXCL5激活伤害性感觉神经元中的CXCR2，以驱动痛风性关节炎的关节疼痛和炎症。
趋化因子CXCL5属于CXC趋化因子家族，它是一种炎症介质和强大的中性粒细胞化学引诱剂。痛风性关节炎会引起关节疼痛和炎症，驱动痛风、疼痛和炎症的机制仍不完全清楚。作者发现CXCL5激活了伤害性感觉神经元上表达的CXCR2，从而驱动痛风疼痛和炎症。CXCL5在痛风关节炎模型小鼠的踝关节中表达增加，而CXCR2在关节神经支配的感觉神经元中表达。CXCL5激活伤害性感觉神经元上表达的CXCR2，触发TRPA1的激活，导致过度兴奋和疼痛。作者的研究扩展了对伤害性感觉神经元免疫调节能力的认识。
图一 CXCL5在痛风关节炎模型小鼠的炎症踝关节中升高，并导致关节疼痛和炎症
作者通过向小鼠踝关节注射尿酸钠晶体（MSU）构建小鼠痛风性关节炎模型。对照组小鼠接受PBS注射。与对照组小鼠相比，模型小鼠的踝关节直径和机械性异位痛症明显增加。通过RNA测序（RNA-Seq）对踝关节进行了基因表达谱分析探究可能导致痛风、关节炎疼痛和关节炎症的信号通路，在模型小鼠出现严重疼痛和炎症的8和24小时采集样本。生物信息学分析，发现了几个富集的信号通路，其中细胞因子-细胞因子受体相互作用排名最高，细胞因子-细胞因子受体相互作用在介导疼痛和炎症中起着重要作用。特别有趣的是趋化因子CXCL5，它是上调最多的基因之一。CXCL5以前没有与痛风疼痛有关，但已被证明参与了晒伤疼痛。qPCR证实了模型小鼠踝关节中Cxcl5基因表达上调。ELISA结果显示，模型建立后8、24、48 h，模型小鼠踝关节中CXCL5的表达增加。CXCL5可由巨噬细胞、肥大细胞、成纤维细胞等产生。而这些细胞可以被MSU激活。痛风模型小鼠踝关节免疫染色显示，大多数（56.6%）CXCL5+细胞与成纤维细胞标记物波形蛋白共染色，程度较小，与巨噬细胞（Iba-1）和肥大细胞共染色。结果表明，在痛风关节炎期间，CXCL5可以由炎症关节中的几种类型的细胞产生，包括成纤维细胞、巨噬细胞和肥大细胞。将抗CXCL5、CXCL2、CXCL1或同型对照IgG的中和抗体注射到踝关节。与对照组IgG相比，中和性CXCL5明显减轻了模型小鼠的机械性异位痛和踝关节直径。然而，中和CXCL1或CXCL2仅对踝关节直径有改善作用，而对疼痛没有改善作用。免疫染色和髓过氧化物酶（MPO）检测显示，CXCL5中和抗体显著减少了痛风模型小鼠踝关节中的中性粒细胞和巨噬细胞浸润。这些结果表明，趋化因子CXCL5有助于痛风模型小鼠的疼痛和关节炎症。
图二 CXCL5受体CXCR2在小鼠踝关节关节支配的DRG神经元中表达
作者推测痛风模型小鼠踝关节中CXCL5的增加可能作用于其在外周感觉神经元上表达的受体来产生疼痛。于是检测了Cxcr1和Cxcr2基因在小鼠DRG中的表达。小鼠DRG的PCR只能检测Cxcr2，而不检测Cxcr1的表达。作为阳性对照，在小鼠脾脏中均检测到这两个基因。这一结果排除了Cxcr1在DRG神经元中的表达。通过预先注射逆行示踪剂WGA进一步研究CXCR2是否在踝关节神经支配的DRG神经元中表达，WGA标记神经元（WGA+）占DRG神经元总数的28.9%（NeuN+）。CXCR2在92.7%的NeuN+神经元和97.3%的WGA标记的踝关节支配DRG神经元中表达。CXCR2只与神经元标记物NeuN共表达，但很少与卫星胶质细胞标记物GFAP共表达。CXCR2抗体的−/−小鼠的DRG中没有免疫染色，从而证实了DRG的特异性。这些数据表明，踝关节神经支配的感觉神经元，包括伤害性感觉神经元，具有CXCR2的表达，为痛风关节炎中CXCL5与神经元CXCR2的相互作用提供了可能的分子基础。
图三 在伤害性DRG神经元中表达的CXCR2有助于CXCL5诱导的机械性疼痛和关节炎症
CXCL5本身可诱导初发期大鼠的机械性疼痛过敏和炎症细胞浸润，但它的下游信号通路在很大程度上未知。作者通过关节内注射CXCL5对小鼠产生机械性异位痛，并以剂量依赖的方式增加关节直径。CXCL5诱导的机械性异位痛通过CXCR2的药物阻断几乎完全减弱。此外，Cxcr2−/−小鼠的机械性异位痛和关节直径明显减少。作者使用SNS-Cre小鼠品系，在表达Nav1.8的外周伤害感受神经元中条件性缺失Cxcr2。SNS Cre Cxcr2fl/fl小鼠在DRG和正常的外周和中枢神经支配中的比例正常，在体重、机械或热刺激的基础疼痛阈值和运动活动方面没有异常体征。然后，作者探究了伤害性神经元中的CXCR2是否参与了CXCL5诱导的机械性异位痛和关节炎症。CXCL5诱导的机械性异位痛、关节炎症和促炎基因表达（如Il1b、Tnfa和Il6）的增加在SNS-Cre Cxcr2fl/fl小鼠中明显减弱。与WT对照组相比，CXCL5诱导的机械性异常痛在Trpa1−/−小鼠中明显改善，而在Trpv1−/−小鼠中没有改善。在trpa1−/−小鼠中，CXCL5诱导的关节炎症和中性粒细胞浸润明显减弱。这些结果表明，伤害性感觉神经元中的CXCR2-TRPA1信号通路有助于CXCL5诱导的机械性疼痛和关节炎症。
综上所述，痛风关节炎期间关节中释放的CXCL5作用于关节神经支配的伤害性感觉神经元中表达的CXCR2，通过Gβγ信号触发TRPA1激活，导致膜去极化和过度兴奋，从而产生疼痛信号。CXCR2的表达和与TRPA1的偶联在痛风关节炎条件下增加。神经肽能痛觉感受器中TRPA1的激活进一步触发Ca2+内流，从而促进神经肽CGRP和SP的释放。这些神经肽作用于附近血管中的CGRP受体和SP NK1受体，从而触发血管舒张和血浆外渗，从而促进CXCL5诱导的中性粒细胞从血管趋化到炎症部位。浸润的中性粒细胞释放活性氧和炎症介质，进一步促进痛风疼痛和关节炎症。该研究阐明了CXCL5神经元CXCR2-TRPA1轴在关节神经支配的伤害性感觉神经元中驱动急性痛风性关节炎疼痛和关节炎症中的关键作用。在关节神经支配的感觉神经元中特异性靶向CXCR2可能是痛风关节炎治疗的一种潜在策略。
文章来源
https://doi.org/10.1038/s41467-024-47640-7
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