高脂肥胖影响机体疼痛反应性的中枢脊髓分子机制

More recent clinical evidences support that obesity is also a risk factor associated with several pain syndromes. However, the mechanisms underlying the association between obesity and pain are not known. It may be contributed by low inflammatory state in the body, including the central nervous system. Microglial cells are key inflammatory and immune cells, microglia in the spinal cord may be activated and polarized to M1 type that produces and releases proinflammatory cytokine, chemokines, and other inflammatory mediators, resulting central sensitization and responding painful to nociceptive stimuli. We hypothesized that saturated fatty acids from high fat diet could act as endogenous ligands of Toll-like receptors (TLRs) on microglia and activated the innate immune system, leading to activation of the nuclear factor-kB (NF-kB) family of transcription factors, and subsequently resulting into transcription of genes of pro- and anti-inflammatory cytokines, chemokines and costimulatory molecules. While in addition, high fat diet may produce low expression of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), which at the crossroads of lipid signaling and inflammation have several inhibitory effects on the nuclear translocation and activation of the proinflammatory transcription factor NF-kB. We designed the series of research to evaluate central inflammatory states, microglial phenotype changes, and associated central sensitization pain mechanisms. It is quite a novel point to understand obesity induced health problem.

临床证据表明，肥胖也是慢性疼痛的危险因素。这可能与肥胖机体全身多器官的低炎症状态有关，中枢神经系统也不例外。小胶质细胞是中枢神经系统炎症免疫的关键细胞，可能在脊髓水平有更多的小胶质细胞转化为促炎性的M1型小胶质细胞。当外周伤害性刺激传入后释放更多的炎症性细胞因子、趋化因子、及其他炎症疼痛介质，导致中枢敏化或疼痛放大。我们提出可能的分子机制：高脂肥胖机体的多种代谢产物，如饱和脂肪酸可作为内源性配体与小胶质细胞膜上的Toll样受体（TLR2或TLR4）结合，激活转录因子NF-κB，最终导致炎症免疫相关因子的基因表达。同时，高脂肥胖机体PPARs（过氧化物酶体增殖物激活受体家族）表达和转录活性下降，减弱了对NF-κB的活化和炎症因子释放的抑制作用。本课题首次评价高脂肥胖动物的神经系统炎症状态、小胶质细胞的形态功能变化、以及致疼痛敏化的生物学机制，从一个全新的角度认识肥胖对机体的健康危害性。

多项研究指出，肥胖导致包括中枢神经系统炎症在内的全身系统性低程度慢性炎症状态是相关疾病发生的生物学基础。本课题首次评价高脂肥胖动物的神经系统炎症状态、小胶质细胞的形态功能变化、以及致疼痛敏化的生物学机制，从一个全新的角度认识肥胖对机体的健康危害性。. 本研究首先建立高脂饮食喂养致小鼠肥胖的动物模型，证实疼痛行为发生改变，并应用行为学、组织学及分子生物学等实验方法，研究脊髓背角小胶质细胞的激活参与中枢炎症的发生和痛觉敏化机制。主要结果如下：.1..高脂饮食喂养后动物的疼痛敏感性增强，如高脂饮食喂养8周的小鼠术后痛恢复时间延长；高脂饮食喂养6w及8w组的小鼠缩足阈值、缩足潜伏期明显降低。.2..高脂饮食喂养后小鼠脊髓小胶质细胞活化。如，高脂饮食喂养8w组的小鼠脊髓背角中Iba-1阳性细胞数明显较正常饮食喂养组多，而GFAP阳性细胞的数目无明显改变；p-p38蛋白表达在高脂饮食喂养6w、8w中明显增多，且p38蛋白无改变。.3..高脂饮食喂养组小鼠脊髓致炎型小胶质细胞表达CD16/32（M1型小胶质细胞/巨噬细胞标记物）增多。.4..高脂饮食喂养后小鼠脊髓炎症因子表达增多，如高脂饮食喂养8周组脊髓背角TNF-α mRNA和BDNF蛋白表达增多。.5..干预或去除小胶质细胞活化可以逆转动物的疼痛行为。如，给予CSF1R（colony-stimulating factor-1 receptor，集落刺激因子1受体）激酶选择性抑制剂PLX3397或鞘内给予免疫毒素Mac-1-saporin，可以缓解高脂饮食喂养的小鼠的痛阈降低及脊髓背角的炎症状态。.6..侧脑室及鞘内给予脂肪酸可以影响中枢脊髓小胶质细胞的形态和细胞表型。如给予棕榈酸（饱和脂肪酸）后，小胶质细胞数目增加，其中致炎性小胶质细胞标志物CD16/32的面积与荧光强度显著增多。. 结论：脊髓小胶质细胞的持续活化介导的脊髓中枢炎症反应参与了高脂饮食喂养致小鼠的机械痛敏和热痛敏的发生，p38 MAPK/TNF-α与p38/BDNF是高脂喂养导致小鼠疼痛敏化的分子机制之一；而高脂饮食中的饱和脂肪酸可能是导致脊髓小胶质细胞活化的一种主要介质。