小胶质SPP1-ITGB1环路驱动卒中后慢性疼痛分子机制的研究

浏览次数：21　发布日期：2026-10-14　来源：本站　仅供参考，谢绝转载，否则责任自负

2026年9月28日，北京脑科学与类脑研究所罗敏敏课题组于国际神经科学期刊《Neuron》发表题为“A microglial SPP1ITGB1 feedback loop sustains thalamic hyperexcitability and poststroke pain”的研究论文，该研究综合动物行为学、光遗传学、单细胞转录组学、基因编辑与药理学干预等多重实验手段，以丘脑出血小鼠模型模拟临床中枢卒中后疼痛病理状态，揭示了小胶质细胞作为疼痛发生的必要且充分驱动因素；明确损伤释放的 ATP 经由 P2X7 受体诱导小胶质分泌 SPP1，SPP1 与小胶质表面 ITGB1 形成自分泌正反馈环路，特异性上调 CC 趋化因子，进而维持丘脑神经元过度兴奋与持续性机械痛觉超敏；该工作区分了疼痛的急性期启动与慢性维持两个独立时相，解析了 SPP1 并非单纯的小胶质活化标志物，而是疼痛慢性化的关键分子开关，为临床上难治的中枢卒中后疼痛提供了全新的治疗靶点与延后干预窗口。

1.1 动物模型构建
构建两种核心动物模型，一是丘脑出血模型，将 IV 型胶原酶注射至小鼠丘脑腹后外侧核 VPL，模拟人丘脑出血病理，设置假手术组作为对照；二是小胶质特异性光遗传激活模型，借助 CX3CR1 - CreER工具小鼠，在小胶质细胞上特异性表达光敏感蛋白 cOpn5，通过蓝光照射实现单纯激活小胶质，排除脑组织出血坏死带来的混杂干扰。

1.2 行为学检测
采用 Von - Frey 纤维丝测试评估小鼠机械痛觉超敏的表型，通过缩爪阈值反映疼痛敏感程度；利用转棒实验检测小鼠运动协调能力，区分疼痛表型与运动功能损伤。

1.3 药理学干预
运用多种工具药物开展干预：BLZ945 用于全身性耗竭脑内小胶质细胞；BBG 抑制 P2X7 受体；GLPG0187、pyrintegrin 分别作为整合素的拮抗剂与激动剂；使用 SPP1 中和抗体阻断胞外 SPP1 功能；Cenicriviroc、vCCI 分别用于抑制 CC 趋化因子相关信号；局部给予 ATPγS 模拟损伤释放的 ATP，注射重组 SPP1 蛋白开展回补实验。

1.4 遗传操作手段
使用全身 Spp1 敲除小鼠；构建小胶质细胞特异性条件敲除小鼠Spp1 - cKO、Itgb1 - cKO，实现目的基因仅在小胶质中删除；利用 MG1.2 血清型 AAV - CRISPR 病毒，在丘脑 VPL 脑区局部敲除目标基因，实现脑区局部的基因编辑。

1.5 组学、分子生物学与形态学技术
采用 Smart - seq3 单细胞 RNA 测序获取丘脑组织的细胞转录信息，搭配 CellChat 开展细胞细胞通讯分析，预测配体受体相互作用关系；结合蛋白免疫印迹、qPCR、免疫荧光、RNAscope 原位杂交、ELISA，检测基因、蛋白的表达与定位。

1.6 电生理与在体活体记录技术
借助脑片全细胞膜片钳记录丘脑神经元电生理活动，评价神经元兴奋性；光纤光度记录技术采集前扣带回 ACC 脑区的神经元钙信号，解析疼痛发生过程中高级脑环路的活动改变；c - Fos 免疫染色标记神经元的激活状态。

2.1 小胶质细胞是 CPSP 发生的必要且充分条件
首先建立丘脑出血模型，使用 BLZ945 清除脑内小胶质细胞，结果显示，小胶质耗竭之后，丘脑病灶周边的小胶质聚集现象消失，丘脑出血诱导产生的机械痛觉超敏表型得到消除，同时小鼠的运动功能损伤也得到改善。

研究进一步利用光纤光度记录技术观察前扣带回 ACC 脑区的神经元活动，丘脑出血模型小鼠受到无害的机械刺激时，ACC 脑区会出现异常升高的神经元钙信号，代表痛觉信号发生异常放大；而清除小胶质之后，这种异常的皮层神经元激活现象不再出现。

为进一步验证仅仅激活小胶质是否就可以诱发疼痛，研究采用光遗传学工具特异性激活丘脑的小胶质细胞，不施加脑出血损伤。光刺激之后小胶质转变为活化形态，丘脑神经元出现明显激活，小鼠产生持续性的机械痛觉超敏表型。

结论：小胶质细胞的激活对于 CPSP 既是必要条件，同时也是充分条件，单纯激活小胶质细胞，就能够复刻丘脑出血之后的神经元过度兴奋以及机械痛敏表型。

图 1 围绕小胶质细胞和卒中后疼痛的因果关系设计多组实验。

2.2 单细胞转录组筛选，锁定 SPP1 为小胶质关键效应分子
对丘脑出血 7 天的丘脑血肿周边组织进行单细胞测序，对比假手术组，小胶质细胞中大量疾病相关小胶质特征基因上调，其中 Spp1 是上调变化最为显著的基因。蛋白层面检测同样证实，丘脑出血之后 SPP1 蛋白水平持续升高；预先清除小胶质细胞，则脑出血无法诱导 SPP1 的表达上调，证实活化小胶质是 SPP1 的主要细胞来源。

在光遗传单纯激活小胶质的模型中，单细胞测序结果同样观察到 Spp1 显著上调，免疫荧光染色也验证 SPP1 蛋白表达上升。对小胶质做亚群细分后发现，Spp1 特异性高表达在活化状态的小胶质亚群，而稳态的小胶质几乎不表达该基因。两套完全不同的动物模型共同指向同一个分子，提示 SPP1 很可能是介导小胶质致痛效应的关键分子。同时现有人类脑出血的相关研究也观察到血肿周边小胶质高表达 SPP1，说明该发现具备潜在临床参考价值。

图 2 开展单细胞转录组测序，分别解析丘脑出血模型、光遗传小胶质激活模型的丘脑组织细胞转录特征。

2.3 SPP1 是介导机械痛觉超敏的必要且充分分子，下游调控 CC 趋化因子微环境
细胞通讯分析预测 SPP1 是小胶质向外输出的最显著变化的信号分子。充分性实验中，向正常小鼠丘脑 VPL 直接注射重组 SPP1 蛋白，小鼠即可出现机械痛觉超敏，证明 SPP1 足够诱发疼痛表型。

必要性层面，研究采用多重手段进行验证：丘脑局部注射 SPP1 中和抗体阻断胞外 SPP1 功能，可以缓解脑出血造成的痛敏；全身 Spp1 敲除小鼠在发生丘脑出血之后，几乎不会发展出机械痛觉超敏；使用 AAV - CRISPR 在丘脑局部敲除 Spp1，同样能够减轻疼痛表型；小胶质特异性敲除 Spp1，也可以抑制痛觉超敏，同时纠正病灶周边神经元的异常高兴奋性。实验同时排除 Igf1、Ifi27l2a 等其他上调基因的致痛作用，说明疼痛表型变化是 SPP1 特异性介导。另外，Spp1 敲除小鼠和对照组小鼠的脑出血病灶体积没有差异，说明 SPP1 介导疼痛，并不是通过改变脑组织损伤的严重程度实现。

在下游机制方面，对比野生型与 Spp1 敲除小鼠的小胶质转录组发现，Spp1 缺失不会全面抑制炎症基因，而是选择性下调 CCL2、CCL5、CCL12 等 CC 趋化因子。使用工具分子抑制 CC 趋化因子信号，能够缓解机械痛敏，降低丘脑神经元过度兴奋。上述结果说明 SPP1 通过塑造富含 CC 趋化因子的促伤害性局部微环境，进而介导中枢卒中后疼痛。

图 3 用来验证 SPP1 在 CPSP 当中的功能地位。

2.4 上游嘌呤能 ATPP2X7 信号通路启动 SPP1 表达
脑出血发生之后细胞裂解会大量释放 ATP，ATP 作为损伤警报分子作用于小胶质。丘脑局部注射 ATP 稳定类似物 ATPγS，可以上调丘脑 SPP1 蛋白表达，并且诱导小鼠机械痛觉超敏；但在 Spp1 敲除小鼠当中，ATPγS 无法诱发痛敏，说明 SPP1 处于 ATP 信号的下游。

进一步确认介导该效应的受体为 P2X7。给予 P2X7 受体抑制剂 BBG 之后，丘脑出血诱导的 SPP1 蛋白上调被抑制，小鼠的机械痛觉超敏、运动功能损伤均得到改善。预先耗竭小胶质，同样可以消除 ATPγS 带来的 SPP1 升高和疼痛。

结果说明：脑出血释放的 ATP，通过小胶质 P2X7 受体启动 SPP1 的表达，是整个病理通路的上游触发开关。

图 4 聚焦 SPP1 的上游启动信号。

2.5 SPP1ITGB1 自分泌正反馈环路专门维持慢性疼痛状态
细胞通讯分析提示，SPP1 主要作用于小胶质自身表面的 ITGB1（整合素 β1）受体，形成小胶质到小胶质的自分泌信号环路。

药理学实验显示，整合素拮抗剂干预可以减轻丘脑出血后的机械痛敏，而整合素激动剂会加重痛觉超敏。构建小胶质特异性 Itgb1 条件敲除小鼠，丘脑出血之后，该小鼠的机械痛敏可以发生，但是疼痛无法长期维持，痛阈可以逐步恢复。为区分急性启动和慢性维持的功能差异，向 Itgb1 - cKO 小鼠丘脑注射重组 SPP1，小鼠能够出现短暂的机械痛敏，但是疼痛仅维持很短时间便消退。这一关键结果说明，ITGB1 并不参与疼痛的急性期启动，但是对于慢性疼痛的持续维持不可或缺。

分子检测结果显示，Itgb1 敲除之后，丘脑出血模型中小胶质 Spp1 的 mRNA 表达水平显著下降。证明 SPP1 激活 ITGB1 信号，反过来又维持小胶质自身 SPP1 的合成，构成自分泌正反馈环路，持续放大病理信号。研究同时对 SPP1 的其他候选受体 Cd44、Itgav 进行局部敲除，均无法改善疼痛表型，凸显 ITGB1 在该病理过程中的特异性。Itgb1 敲除同样可以削弱 CC 趋化因子的上调，把上游环路和下游趋化因子效应联系起来。

图 5 阐释全文最核心的自分泌反馈环路机制。

2.6 研究局限性
该研究主要采用胶原酶诱导丘脑出血模型，通路的普适性还需要自体血脑出血模型进一步验证；CC 趋化因子下游发挥效应的靶细胞、对应受体还未解析；实验全部基于小鼠开展，人与小鼠小胶质细胞存在物种差异，仍然需要临床样本验证 SPP1 与 CPSP 患者发病的相关性。

3.1 重新定义 SPP1 的生物学角色
过去 SPP1 仅被视作疾病相关小胶质细胞的状态标志物，本研究通过多层次遗传、药理实验，证实小胶质来源 SPP1 是急性脑损伤向慢性中枢卒中后疼痛转换的分子开关，它并非损伤的被动伴随产物，而是驱动慢性疼痛发生的核心效应分子。

3.2 发现 SPP1 - ITGB1 自分泌正反馈环路，区分疼痛启动与维持时相
本研究揭示小胶质内部 SPP1 - ITGB1 自分泌正反馈环路，把整个通路划分为两个功能阶段：ATP - P2X7 信号负责急性期启动 SPP1 表达，开启疼痛；而 SPP1 - ITGB1 反馈环路专门负责锁住病理状态，维持慢性持续性疼痛。二者功能相互独立。

3.3 解释临床广谱抗炎药物疗效不佳的内在机制
SPP1 并不会触发全面的炎症风暴，而是特异性诱导 CC 趋化因子网络，塑造促伤害微环境。这就解释了临床上广谱抗炎药物对于 CPSP 治疗效果有限的原因，为后续药物开发指明方向，应当靶向特异性信号轴，而非笼统抑制全部炎症。

3.4 提出延后可干预的治疗窗口
因为 SPP1 - ITGB1 环路的功能集中在疼痛维持阶段，药物干预不需要严格限定在损伤发生的极早期，即便慢性疼痛表型已经建立，靶向该环路依然具备干预潜力；同时可以保留 SPP1 其他受体介导的组织修复功能，减少治疗带来的副作用风险。

4.1 区分分子 “标志物” 与 “功能驱动分子”
在中枢神经系统损伤当中，活化胶质细胞会出现大量基因上调，但上调不等于致病。对于组学筛选得到的候选基因，不能直接默认其具备致病功能，需要结合药理、多种基因编辑手段区分哪些仅仅是细胞状态改变的标记，哪些是真正介导病理表型的效应分子。

4.2 重视病理过程 “启动阶段” 与 “维持阶段” 的功能分离
同一个病理通路内部不同分子承担不同分工，部分分子只负责启动损伤反应，而反馈环路负责维持慢性病理稳态。针对慢性疾病，如果只干预启动阶段的信号，很难逆转已经建立的病理表型，靶向维持环路会更贴合慢性期治疗的现实需求。

4.3 跳出 “泛炎症” 固有思维，关注局部特异性微环境
神经病理性疼痛不一定来源于大规模的炎症风暴，可由一套特定趋化因子网络介导。神经炎症相关疾病的新药研发，应当跳出广谱抗炎的传统思路，聚焦细胞之间特异性的配体受体信号轴。

4.4 多模型互相佐证，正视动物模型固有限制
本研究同时使用损伤模型与无损伤光遗传激活模型，两套体系互相印证，排除组织坏死带来的混杂变量。同时也要客观看待动物模型的局限，单一模型得到的通路结论，需要多种疾病动物模型、后续临床样本加以验证，不能直接外推到人体。

4.5 同一分子功能具有高度微环境依赖性
SPP1 在缺血性卒中、蛛网膜下腔出血的研究报道中发挥组织修复保护作用，但在丘脑出血的微环境之下，SPP1 介导疼痛损伤。提示同一蛋白的功能会随着损伤类型、细胞表面受体组合、局部微环境发生改变，不能简单照搬其他疾病体系下的功能结论。

参考文献：
Dai R, Wu W, Zhou X, et al. A microglial SPP1ITGB1 feedback loop sustains thalamic hyperexcitability and poststroke pain. Neuron. 2026. doi:10.1016/j.neuron.2026.08.028

作者介绍：
罗敏敏，神经生物学家，博士生导师，特聘研究员。北京脑科学与类脑研究所所长。
研究方向：奖赏和惩罚的神经环路机制及其相关疾病。