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【背景】 疼痛是骨质疏松的最常见症状之一。病人常常主诉腰背部疼痛,疼痛的性质从酸痛到剧痛不止。这种疼痛病程迁延,严重影响病人的生活质量,且临床治疗效果不佳。随着老龄人口的不断增加,越来越多的人受骨质疏松症的危害。尤其是女性受危害更为严重。澄清骨质疏松性痛的中枢机制并探寻合适的镇痛策略是当前迫切需要解决的问题之一。卵巢切除(Ovariectomy,OVX)Sprague-Dawley(SD)大鼠是评估绝经期后骨质疏松治疗方案的常用动物模型。由于大鼠卵巢切除后骨质丢失与痛敏现象同时出现,使得OVX大鼠成为研究骨质疏松性痛的理想动物模型。既往研究采用OVX大鼠模型观察了骨质疏松性痛的可能中枢机制,认为5-羟色胺系统、细胞外信号调节激酶等可能参与了痛敏的发生。但是否有其他细胞或分子机制参与OVX术后大鼠痛行为异常?当前应用较为广泛的降钙素治疗缓解骨质疏松性痛的根本机制是什么?针对这些问题,我们开展了一系列研究。 【目的】 观察OVX术后大鼠骨质疏松及痛敏的发生过程;探讨OVX致骨质疏松大鼠痛敏发生的细胞或分子机制;探讨降钙素治疗缓解骨质疏松性痛的机制,旨在为骨质疏松性痛的临床治疗提供潜在策略。 【方法】 1)建立OVX致骨质疏松大鼠模型;2)运用vonFrey纤维丝检测大鼠OVX术后机械性缩足阈值的改变;采用热板实验及甩尾实验法检测大鼠热刺激反应潜伏期的改变;3)观察大鼠血清骨代谢指标变化,骨矿密度变化以及骨微结构变化;4)采用免疫荧光组织化学的方法,观察OVX术后脊髓背角内吗啡肽2(EM2)表达变化;采用WesternBlot观察μ-阿片受体(MOR)表达变化;5)对OVX致骨质疏松性大鼠,皮下给予不同剂量的降钙素治疗,观察大鼠骨代谢指标变化与大鼠痛行为学变化之间的关系;6)对OVX致骨质疏松性大鼠,鞘内给予降钙素治疗,观察大鼠骨代谢指标变化,大鼠痛行为变化,以及脊髓背角EM2和MOR表达的变化;7)采用化学阻断(给予初级传入神经毒素辣椒辣素)或者物理切断(三叉神经感觉根切断术)的方法,观察延髓背角EM2表达的继发性改变;8)通过小脑延髓池注射轴浆运输阻断剂秋水仙碱,观察延髓背角内是否存在EM2阳性神经元;9)将荧光金(FG)注射到延髓背角,观察三叉神经节中及脊髓上位中枢结构内FG逆标的EM2阳性神经元的分布情况;10)通过与CGRP或异凝集素IB4共染色等免疫组织化学多重标记技术,观察了三叉神经节内FG逆标的EM2阳性神经元的细胞类型;11)通过免疫荧光组织化学染色的方法,观察OVX致骨质疏松性大鼠背根神经节中EM2/MOR免疫阳性神经元的数量变化,通过WesternBlot观察背根神经节中MOR的变化,以及降钙素鞘内给药的影响;12)通过免疫荧光组织化学染色的方法观察降钙素受体在脊髓背角和背根神经节中的分布;13)通过免疫荧光双重标记的方法观察降钙素受体与EM2的共表达情况;14)采用不同浓度的EM2体外反应体系中激活MOR,观察脊髓背角及背根神经节中[35S]GTPγS结合能力的变化;15)鞘内给予MOR的特异性拮抗剂CTOP,观察对降钙素缓解痛行为异常的影响。 【结果】 1)卵巢切除后,雌性SD大鼠体重迅速增加;血清钙、磷浓度未见显著性变化,血清碱性磷酸酶水平在术后4周与对照组相比呈显著增加;椎骨、股骨骨矿密度在术后呈下降的趋势,椎骨骨密度在术后6周与对照组相比显著下降;椎骨HE染色显示,随卵巢切除术后时间的延长,骨小梁变细、断裂,排列紊乱;行为学测试观察到,卵巢切除4周后,大鼠机械刺激缩足阈值、热刺激缩足潜伏期及热刺激甩尾反射潜伏期与正常大鼠相比均显著下降。 2)卵巢切除4周后,免疫荧光组织化学染色显示大鼠脊髓背角内EM2免疫荧光强度与假手术组相比显著下降,WesternBlot显示MOR在脊髓背角表达也显著下调。皮下给予8U/kg/d降钙素治疗可以在改善骨密度的同时改善大鼠痛敏状态;皮下给予4U/kg/d治疗组大鼠骨密度及骨代谢指标未见改善,痛行为学检测提示痛敏状态改善。鞘内给予1U/kg/d降钙素,在不影响大鼠骨骼代谢的前提下,显著改善了大鼠痛敏症状,伴随着大鼠脊髓背角内EM2表达的显著增加,逆转了MOR的表达下调。 3)采用化学阻断(给予初级传入神经毒素辣椒辣素)或者物理切断(三叉神经感觉根切断术)方法阻断三叉神经初级感觉后,延髓背角内EM2免疫阳性纤维和终末的密度显著下降;FG注射到延髓背角后,同侧三叉神经节内可见大量EM2/FG双重标记的神经元,下丘脑和孤束核均观察到EM2/FG双重标记神经元;免疫荧光多重标记显示三叉神经节内95.2%±3.1%的EM2/FG双标神经元表达降钙素基因相关肽,5.8%±0.5%的EM2/FG双标神经元表达异凝集素IB4。秋水仙碱处理后延髓背角未见EM2免疫阳性神经元存在。 4)卵巢切除致骨质疏松性大鼠背根神经节中EM2免疫阳性神经元数量与正常大鼠相比显著下降,而鞘内给予降钙素处理后背根神经节中EM2免疫阳性神经元数量与鞘内生理盐水处理组相比显著增加。MOR在背根神经节中表达未见显著性变化。在脊髓背角浅层(Ⅰ层、Ⅱ层),有致密的降钙素受体免疫阳性纤维和终末分布;辣椒辣素鞘内处理后,双侧脊髓背角降钙素受体免疫荧光强度显著下降;在背根神经节中,降钙素受体免疫阳性神经元以小细胞为主,与降钙素基因相关肽双标的神经元占降钙素受体阳性神经元的78.6%±5.2%;在背根神经节中降钙素受体/EM2双重标记神经元占降钙素受体免疫阳性或EM2免疫阳性神经元的比例分别为78.5%±6.8%和72.3%±5.2%。鞘内给予降钙素处理改善了EM2在卵巢切除致骨质疏松性大鼠脊髓背角中[35S]GTPγS结合能力的下降。鞘内给予CTOP,逆转了降钙素鞘内给药对卵巢切除大鼠缓解痛敏的作用。 【结论】 1)雌性SD大鼠卵巢切除后4周左右出现骨质丢失伴痛行为异常,可以作为研究骨质疏松性痛的理想动物模型。 2)EM2和MOR在脊髓背角的表达下降,可能参与了卵巢切除致骨质疏松性大鼠痛行为异常的机制。 3)皮下注射降钙素治疗可能通过作用于骨代谢之外的靶点参与镇痛。 4)鞘内给予降钙素治疗,可以显著缓解大鼠痛敏症状,伴随着大鼠脊髓背角内EM2和MOR表达增加。 5)对延髓背角EM2的来源研究显示,延髓背角浅层内的EM2阳性纤维主要来源于初级传入纤维;下丘脑和孤束核也向延髓背角发出EM2阳性纤维投射;延髓背角内未见EM2阳性神经元。三叉神经节内投射到延髓背角的EM2阳性神经元多数为肽能神经元。上述结果说明,EM2存在于很多疼痛信息传递调控通路,提示EM2可能参与痛信息的调控并发挥重要作用。 6)卵巢切除致骨质疏松性大鼠背根神经节中EM2阳性神经元数量显著下降。鞘内降钙素给药可能激活脊髓背角浅层降钙素受体,继而导致背根神经节中EM2合成与释放增加。降钙素鞘内给药后EM2在脊髓背角释放增加伴激活MOR功能改善,可能是鞘内给予降钙素缓解卵巢切除致骨质疏松大鼠痛敏现象的机制。