神经病理性疼痛的治疗是一个重大的临床挑战，严重影响患者的生活质量。目前，药物治疗是缓解神经病理性疼痛的主要手段，但其疗效尚不理想。褪黑素是由大脑松果体分泌的一种神经内分泌激素，长期以来一直被认为具有促进和维持睡眠的作用。尽管近期研究已表明褪黑素具有镇痛效应，但其潜在的中枢镇痛机制一直未被阐明。
2024年10月8日，第四军医大学（空军军医大学）基础医学院人体解剖与组织胚胎学教研室陈涛/李云庆团队于国际医学研究期刊Research杂志在线发表题为：Melatonin induces analgesic effects through MT2 receptor-mediated neuroimmune modulation in the mice anterior cingulate cortex的研究论文。该研究深入揭示了褪黑素发挥镇痛效应的中枢机制，为神经病理性疼痛的治疗提供了一种有前景的治疗策略。
以往研究表明，褪黑素作为一种有效的自由基清除剂，能够保护神经元免受活性氧（ROS）积聚的影响，并减轻神经毒性，从而调节包括帕金森病、阿尔茨海默病在内的多种神经系统疾病。口服、腹腔或鞘内注射褪黑素对患有神经病理性疼痛或化疗疼痛的大鼠具有显著镇痛作用。然而，褪黑素的镇痛作用机制在很大程度上仍未被探索，其是否直接通过作用于中枢神经系统，调节神经元兴奋性发挥镇痛效应尚无研究报道。该团队前期研究表明腹腔注射褪黑素可通过激活小鼠外周背根神经节中的MT2受体和NOS1来缓解神经病理性疼痛，而褪黑素是否作用于中枢神经系统发挥镇痛作用及其机制并不清楚。
图1. 褪黑素通过MT2R缓解SNI诱导的神经病理性疼痛（图源：Jian Wang, et al. Research, 2024）本研究中，作者首先观察到腹腔和前扣带回（ACC）置管注射褪黑素均可剂量依赖性地显著缓解坐骨神经损伤（SNI）诱导的机械性疼痛行为，该镇痛效应的实现主要依赖于ACC中的MT2受体，而该受体主要表达于ACC神经元和小胶质细胞（图1），这些结果提示褪黑素可能通过ACC神经元和小胶质细胞上的MT2受体来发挥其作用。
图2. 转录组测序揭示褪黑素缓解SNI诱导的神经病理性疼痛的可能机制（图源：Jian Wang, et al. Research, 2024）
为进一步明确褪黑素于ACC发挥镇痛作用的机制，该团队采用转录组测序结合生物信息学分析的方法揭示褪黑素可能通过G蛋白偶联受体（GPCR）相关途径（包括GPCR配体结合和Gα(i)信号）以及免疫系统中的II型干扰素信号途径发挥镇痛作用（图2）。
图3.褪黑素通过Gα(i)信号降低ACC锥体神经元的兴奋性，并抑制突触前兴奋性输入（图源：Jian Wang, et al. Research, 2024）
接着，为进一步明确上述测序结果，作者首先观察了褪黑素对ACC内神经元的效应。通过采用全细胞膜片钳技术，作者记录了自发性兴奋性突触后电流（sEPSCs）和抑制性突触后电流（sIPSCs），以反映突触前兴奋性/抑制性神经递质释放的概率和突触后反应。与假手术组小鼠相比，SNI小鼠的sEPSCs频率和幅值均升高，褪黑素显著降低了sEPSCs的频率，但对其幅值无影响。然而，SNI和褪黑素对sIPSCs的频率和幅值均未产生影响。
为了评估褪黑素对兴奋-抑制平衡的影响，作者进一步记录了ACC中相同锥体细胞的诱发兴奋性突触后电流（eEPSC）与抑制性突触后电流（eIPSC）的比值（E/I比值）并且观察到SNI增强了E/I比值，而褪黑素则显著降低了该比值。紧接着，作者观察到褪黑素可显著逆转SNI诱导的锥体神经元峰电位数量的增加、基强度的降低以及输入阻抗的升高，但在中间神经元上并未观察到显著改变。鉴于MT2R是一种通过Gα(i)信号转导的GPCR，作者进一步通过Western Blot 技术评估Gα(i)的下游信号分子蛋白激酶A（PKA）和磷酸化环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（pCREB）的表达水平。结果表明，SNI后小鼠ACC中PKA和pCREB的表达水平显著升高，而腹腔注射褪黑素则显著降低了它们的表达水平。上述结果表明褪黑素通过激活Gα(i)信号途径降低了ACC内锥体神经元而不是中间神经元的兴奋性输入并抑制了其兴奋性（图3）。
图4.褪黑素抑制炎症和II型干扰素反应，并促进原代培养小胶质细胞向抗炎极化方向发展（图源：Jian Wang, et al. Research, 2024）
图5.褪黑素通过抑制cGAS-STING信号通路抑制ACC小胶质细胞的促炎极化降低炎症和II型干扰素反应（图源：Jian Wang, et al. Research, 2024）
为了进一步明确褪黑素对小胶质细胞的影响，作者首先从原代培养小胶质细胞的极化实验观察到，褪黑素可显著抑制LPS刺激诱导小胶质细胞的促炎症极化（即M1极化），降低炎症及II型干扰素反应，促进抗炎症极化（即M2极化）（见图4）。体内实验中，作者观察到褪黑素的效应与体外实验一致，并且作者进一步阐明褪黑素发挥这一效应与抑制cGAS-STING信号通路密切相关（图5）。
综上所述，该团队首次阐明了褪黑素（MLT）对ACC内神经元和小胶质细胞的双重作用（图6），加深了我们对其在神经病理性疼痛中镇痛机制的全面理解。这些发现揭示了褪黑素在ACC中介导的一种新型神经免疫调节机制，该机制对调节小鼠的神经病理性疼痛至关重要。此外，本研究还为开发针对慢性疼痛及其相关症状的创新治疗方法提供了重要的理论依据。
图6.研究结果示意图本文的第一作者是第四军医大学2021级硕士研究生王健，共同第一作者分别为西安交通大学第二附属医院神经外科谷俊翔博士、西北大学生命科学学院马福娟硕士和魏熠博士。最后通讯作者是第四军医大学人体解剖与组织胚胎学教研室陈涛教授，共同通讯作者是第四军医大学基础医学院人体解剖与组织胚胎学教研室李云庆教授。该研究得到国家自然科学基金重大项目和面上项目以及国家科技创新2030重大项目资金的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.34133/research.0493
