神经病理性疼痛是由影响躯体感觉系统的损伤或疾病引起的后果。小鼠神经病理性疼痛的“套管模型”是将聚乙烯套管植入坐骨神经主支周围。使用冯·弗雷丝(von Frey)纤维丝检测机械性异常性疼痛。
神经病理性疼痛是由影响躯体感觉系统的损伤或疾病引起的后果。小鼠神经病理性疼痛的“套管模型”是将聚乙烯套管植入坐骨神经主支周围。使用冯·弗雷丝(von Frey)纤维丝检测机械性异常性疼痛。
神经病理性疼痛是由损害或影响躯体感觉系统的病变或疾病所引发的。该综合征源于受损的感觉神经元以及中枢神经系统内整个伤害性感觉通路发生的适应不良性改变。它通常呈慢性病程,且治疗困难。为了研究神经病理性疼痛及其治疗方法,研究人员已在啮齿类动物中建立了多种动物模型。这些模型基于已知的病因,从而可模拟外周神经损伤、中枢损伤以及与代谢、感染或化疗相关的神经病变。小鼠的外周神经损伤模型常以坐骨神经为靶点,因其易于暴露,并可在后肢足掌进行伤害性感觉测试。这些模型通常依赖于神经压迫和/或切断。本文详细描述了小鼠神经病理性疼痛的"套管模型"的手术操作流程。在该模型中,将一段标准化长度(2 mm)的PE-20聚乙烯套管单侧植入坐骨神经主干周围。该操作可诱导持久的机械性异常性疼痛,i.e.,即对原本非伤害性刺激产生伤害性感受反应,可通过von Frey纤维丝进行评估。本文除详细介绍手术及检测方法外,还讨论了该模型在研究神经病理性疼痛机制、疼痛的感觉与焦虑抑郁相关表现,以及神经病理性疼痛治疗方面的应用价值。
神经病理性疼痛通常为慢性疼痛,由影响躯体感觉系统的损伤或疾病引起。受损的感觉神经元以及中枢神经系统内整个伤害性感觉通路发生的适应不良性改变,均参与了这一复杂综合征的发生发展。目前已在啮齿类动物中建立了多种用于研究神经病理性疼痛及其治疗的模型1-3。
根据已知的病因,神经病理性疼痛模型旨在模拟糖尿病中观察到的多发性神经病变、周围神经损伤、中枢损伤、三叉神经痛、化疗后继发的神经病变、带状疱疹后神经痛等。 啮齿类动物周围神经损伤的多种模型主要针对坐骨神经,这些模型依赖于对该神经的压迫和/或切断。事实上,坐骨神经手术操作相对简便,并可支持基于足底回缩反射的行为学检测。慢性神经压迫模型包括例如:慢性压迫性损伤(CCI)4,5,坐骨神经套管6-9,坐骨神经部分结扎(PSL)10,脊神经结扎(SNL)11或腓总神经结扎12. 被称为的模型 "脊神经损伤保留模型" 坐骨神经分支选择性损伤(SNI)也被广泛应用。该方法包括对坐骨神经三个终末分支中的两个进行紧密结扎和横断,而第三个分支保持完整。13-15以坐骨神经为靶点的多种神经病理性疼痛模型,均会导致损伤侧后足出现慢性机械性异常性疼痛(即对通常不会引起伤害性感受的刺激产生伤害性反应)。
本文详细描述了小鼠神经病理性疼痛的"套管模型"的手术操作步骤。该模型通过在坐骨神经主干周围植入聚乙烯套管来建立6-9。文中还介绍了使用冯·弗雷细丝(von Frey filaments)的方法,这些细丝可用于评估该模型中持续存在的机械性异常性疼痛这一痛觉症状。
实验方案已获批准 "斯特拉斯堡动物实验伦理委员会" (CREMEAS)
1. 爪退缩阈值的基线测量
2. 套管植入手术操作步骤
3. 假手术对照组的手术操作
4. von Frey 测试
数据以均值 ± 标准误表示。根据实验设计,采用多因素方差分析(ANOVA)或非配对t检验进行统计分析。在这些分析中,假手术组与结扎手术组,以及生理盐水处理与药物处理均被视为组间因素。适当时,对时间过程数据采用重复测量分析。事后比较采用邓肯检验(Duncan test)。统计学显著性定义为 p<0.05。
当采用上述描述的实验步骤时,套管植入会导致同侧痛觉过敏,如图所示。 图1小鼠一旦适应测试程序,其在von Frey试验中的足底撤回阈值将随时间保持稳定,且不受手术操作的影响。 本身,如假手术动物所示。但应注意,假手术小鼠通常会出现短暂的术后异常性疼痛。当存在此类异常性疼痛时,爪退缩反应在术后数天内即恢复至基线水平。在Cuff小鼠中,同侧异常性疼痛在术后最初几天即已出现,并可持续超过2个月(参见 9,以及 图1;F8,344=29.5,p<0.001)。在C57BL/6J小鼠中,通过上述von Frey试验测量时,套管诱导的异常性疼痛保持在同侧;但在其他条件下,也可观察到对侧足爪出现异常性疼痛。8C57BL/6J小鼠的基础值通常在4至6克之间,但测试方案可能影响这些数值。
三环类抗抑郁药是神经病理性疼痛的临床一线治疗药物之一。在此模型中,三环类抗抑郁药去甲替林(5 mg/kg,腹腔注射,每日两次)经过约2周的治疗后可缓解神经病理性异痛,如图2所示(F7,91=15.3,p<0.001;事后检验:(CuffNor=Sham)>CuffSal,第29至34天,p<0.001)。在此剂量下,未观察到抗抑郁药的急性镇痛作用16,17。为了模拟患者长期服药所获得的持续性疼痛缓解效果,可在每日早晨给药前而非给药后对小鼠进行测试。该操作方式可用于评估既往多日治疗所引发的持久效应。在此情况下,需持续治疗1至2周方可观察到神经病理性异痛的持久缓解。当治疗中断后,通常在3至4天内出现症状复发18。除部分抗抑郁药外,加巴喷丁类药物也是神经病理性疼痛的首选治疗方案。加巴喷丁在此模型中具有急性且短暂的镇痛作用16,但若每日在给药前对动物进行测试,则还可表现出延迟出现但持久的抗异痛作用(图3;p<0.001)。该作用起效速度较抗抑郁药物更快。

图 1. 小鼠神经病理性疼痛套管模型中的机械性足爪缩足阈值。 成年雄性 C57BL/6J 小鼠适应 von Frey 实验操作,直至获得稳定的基线值(基线值在图中以时间点 0 表示)。双侧足爪均进行测试。套管组小鼠表现出同侧机械性异常性疼痛,表现为缩足阈值降低(每组 n=10)。

图 2. 三环类抗抑郁药的延迟性抗异常性疼痛作用。 术后两周,小鼠每天两次(上午和下午)接受腹腔注射0.9% NaCl或5 mg/kg盐酸去甲替林(每组n=5或6)。在上午给药前进行von Frey试验。通过该方案可观察到去甲替林的延迟性抗异常性疼痛作用,该作用需持续给药约12天方可显现。

图3. 加巴喷丁类药物的抗异常性疼痛作用。 术后三周,小鼠每天两次(上午和下午)接受腹腔注射0.9% NaCl或10 mg/kg加巴喷丁(每组n=5)。在上午给药前进行von Frey试验。通过该方案可观察到加巴喷丁具有延迟但持久的抗异常性疼痛作用。数据展示的是治疗开始前以及治疗第6天的结果。
该 "袖带" 该模型最初在大鼠中建立,通过在坐骨神经周围植入多个套管,以获得标准化且可重复的慢性压迫损伤6然后对其进行改造,以植入单个套管7,8,尽管一些研究团队仍在使用多次套管插入的方法19-22随后将其应用于小鼠9,23,这使得使用转基因动物成为可能。套管通常长2 mm,但在大鼠中也使用过其他长度。22聚乙烯管的选择取决于物种:小鼠使用PE-209,以及 PE-6024,25 或 PE-907,8,26,27 在大鼠中。
机械性异常性疼痛通过 von Frey 纤维丝进行测量。在此测试中,足爪回缩阈值的绝对值可能取决于动物所站立的表面28或纤维丝弯曲的持续时间3,但这些因素并不影响神经病理性异常性疼痛的检测。
“"套管"”模型对于神经病理性疼痛机制的研究具有重要意义。该模型曾被用于研究有髓和无髓纤维的形态学变化6,29,以及感觉神经元、初级传入神经元和脊髓神经元的功能改变19,21,22,30-35。该模型还证实了胶质细胞的激活以及神经元阴离子梯度的中枢性改变,参与了脊髓伤害性感受神经元活动及其反应的改变,并参与了神经病理性异痛的发生24,36-38。此外,该模型也被用于研究谷氨酸受体7,39-41、阿片受体16,42-45以及烟碱型受体46的作用。
该模型的另一个优势在于其对神经性疼痛现有治疗方法的响应性, 即,加巴喷丁类药物和抗抑郁药。与临床观察相似:加巴喷丁类药物在高剂量时既表现出急性、短暂的镇痛作用,又在连续给药数天后呈现延迟出现且持续的缓解作用;三环类抗抑郁药和选择性5-羟色胺及去甲肾上腺素再摄取抑制剂在相关剂量下无急性镇痛效应,但需经过1至2周治疗后才显现延迟性持续缓解作用;而选择性5-羟色胺再摄取抑制剂氟西汀则无效。16因此,该模型适用于研究这些治疗方法背后的分子机制16-18,44,45,47,这可能揭示出可在患者中进行验证的新治疗靶点48-51.
最后,该模型还允许研究神经病理性疼痛的焦虑抑郁后果。临床上,这些后果影响约三分之一的神经病理性疼痛患者,但在临床前研究中,相较于疼痛的感觉方面,对此研究较少。在此模型中,存在时间依赖性的类焦虑和类抑郁表型的发展52,因此可针对其相关机制进行研究。
该神经病理性疼痛小鼠模型采用标准化袖带和操作程序,可使机械性异常性疼痛的个体间差异较小。该模型可使用基因修饰动物17,18,44-47,52,具有持久的异常性疼痛、对临床常用治疗方案有反应,以及焦虑抑郁样症状随时间进展等特点,因此适用于研究神经病理性疼痛及其治疗的多个方面和后果,已为该研究领域提供了有价值的信息。
作者声明不存在任何竞争性经济利益。
本工作由法国国家科学研究中心(合同号 UPR3212)、斯特拉斯堡大学以及脑与行为研究基金会(Brain & Behavior Research Foundation)的 NARSAD 青年研究者资助项目资助。 & 行为研究基金会(资助 I.Y)。出版费用由Neurex网络(上莱茵河地区Interreg IV计划)资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| PE-20 聚乙烯导管 | Harvard Apparatus | PY2-59-8323 | 术前剪开 |
| 氯胺酮 | Centravet | IMA004 | |
| 盐酸赛拉嗪 | Sigma | X1251 | 术前新鲜配制 |
| Ocry-gel | Centravet | ||
| 镊子 | FST | 11003-12 | 52.5 mm 直头 |
| 微型动脉夹 | FST | p130 18038-45 | |
| 带孔板 | CTTM | ||
| von Frey 纤维丝 | Bioseb | NC-12775 |