神经重新布线基因导致的无炎症疼痛

近年来，类风湿性关节炎 (RA) 的治疗取得了长足的进步，在许多情况下，一系列抗风湿药物可以成功阻止炎症细胞浸润关节周围的组织，从而引起肿胀和疼痛。 然而，由于某种原因，大约 20% 的关节疼痛、明显肿胀的患者即使多次服用最强效的抗炎药物也始终无法缓解症状。

旨在去除发炎组织的手术干预揭示了原因：“在某些情况下，他们的关节实际上并没有发炎，”共同资深作者、洛克菲勒分子神经肿瘤学实验室临床研究副教授达纳·奥兰治医学博士指出。 “对于这些患者，如果你按压关节，摸起来会感觉又软又厚，但这并不是由浸润的免疫细胞引起的。 它们有过度的组织生长，但没有炎症。 那么他们为什么会感到疼痛呢？”

Orange 及其同事最新报告的研究提出了一种解释。 利用他们开发的一种称为基于图形的基因表达模块识别 (GbGMI) 的机器学习方法，该团队确定了一组 815 个基因，这些基因可激活组织中感觉神经元的异常生长，从而缓冲受影响的关节。 “这 815 个基因正在重新连接感觉神经，这解释了为什么抗炎药物无法减轻这些患者的疼痛，”Orange 说。 他们认为，这些发现可能会为这些异常值带来新的治疗方法。

报告他们的结果 科学转化医学 （“滑膜成纤维细胞基因表达与类风湿性关节炎的感觉神经生长和疼痛相关，”）共同资深作者奥兰治， 等人。总之，“这项工作确定了一组与患者报告的早期未治疗和已确诊的 RA 中低炎症滑膜疼痛相关的基因……这些发现有可能被用来开发下一代治疗方法，以减轻 RA 的疼痛，特别是在低炎症病理型中，可能对当前针对适应性免疫炎症的疗法反应较差。”

类风湿性关节炎是一种棘手的慢性疾病，其特征是滑膜（关节腔内的组织）发炎。 其症状——僵硬、压痛、肿胀、活动受限和疼痛——慢慢出现在手、手腕、脚和其他关节上。 它对称地发生（例如，不仅在一只手上，而且在两只手上）并且零星地发生，不规则地突然发作。 极度疲劳和抑郁也很常见。

大多数 RA 病例是由细胞因子、缓激肽或前列腺素等免疫细胞产物侵入滑膜（关节内衬的软组织）引起的，在滑膜中它们与损伤感知疼痛受体结合。 研究小组写道，针对免疫介质的药物使 RA 成为大多数人更容易忍受的疾病。 “在开发一系列传统合成、靶向合成和生物疾病缓解抗风湿药物（分别为 csDMARD、tsDMARD 和 bDMARD）方面取得了显着进展，这些药物针对相关的免疫介质。” 然而，患有炎症和疼痛脱节的类风湿性关节炎患者并没有受益。 “……高达 20% 的 RA 患者‘难以治疗’； 也就是说，在 csDMARD 失败后，尽管使用至少两种作用机制不同的 bDMARD 或 tsDMARD 进行治疗，但它们并没有改善，”研究人员指出。

人们认为滑膜炎症是 RA 关节疼痛的原因。 然而，最近的研究表明，疼痛与类风湿性关节炎的炎症无关。 “患有 RA 和有限滑膜炎症（也称为‘纤维瘤’、‘低炎症’、‘寡免疫’或‘成纤维细胞类型丰度表型’滑膜的患者，与患有严重炎症的患者一样疼痛，”科学家们说）著名的。 医生经常给这些患者开一种又一种抗炎药，但最终没有效果。 然而，这位科学家表示，“滑膜炎症程度较低的患者往往从抗炎药物治疗中获得的益处较少……”。

奥兰治补充道，“我们让一些患者接受大量导致免疫抑制的药物治疗，但改善症状的机会微乎其微。” 在他们新报告的研究中，奥兰治和同事在这些患者的关节组织样本中表达的基因中寻找答案。 作者评论道：“……我们假设，对低炎症滑膜进行集中分析可能会识别出与关节疼痛相关的炎症以外的因素。”

研究小组研究了 39 名 RA 患者的组织样本和自我报告的疼痛报告，这些患者有疼痛但很少炎症。 他们还开发了基于图形的基因表达模块识别（GbGMI）机器学习工具，该工具测试数据集中每种可能的基因组合，以确定与目标临床特征（在本例中为疼痛）相关的最佳基因组。 。

通过 RNA 测序，研究人员发现，在组织样本中表达的 15,000 个基因中，约 2,200 个基因在 39 名患者中表达增加。 “为了揭示与疼痛而非炎症相关的基因，我们重点分析了 2,227 个基因，这些基因在低炎症滑膜中相对于高炎症滑膜中表现出表达增加，并重点分析了记录采样关节疼痛程度的疼痛评分 [Hip Osteoarthritis Outcome Score/Knee Osteoarthritis Outcome Score (HOOS/KOOS)]，”他们说。

共同通讯作者、威尔康奈尔医学院人口健康科学教授、数字健康人工智能研究所创始主任王飞博士补充道：“这是一个具有挑战性的问题，因为我们拥有大量基因，但基因有限。患者数量。 我们使用的基于图表的方法有效地探索了基因组与患者报告的疼痛之间的集体关联。” 研究小组在第二个独立数据集中验证了这些发现，该数据集来自早期未经治疗的 RA 患者的滑膜活检样本。

单细胞测序分析发现，滑膜组织中的四种成纤维细胞中，CD55+成纤维细胞的疼痛相关基因表达量最高。 作者写道：“成纤维细胞亚群中的基因表达分析表明，与其他成纤维细胞亚群相比，衬里 CD55+ 成纤维细胞 (SC-F4) 表现出 GbGMI 鉴定的疼痛相关基因的最高表达。” CD55+ 细胞位于滑膜外层，分泌滑液，实现无摩擦的关节运动。

它们还表达 NTN4 基因，该基因编码一种名为 Netrin-4 的蛋白质。 netrin 家族中的蛋白质引导轴突生长路径并促进新血管生长。 研究人员发现，这些基因富含对神经元轴突生长重要的通路。 感觉神经元是感觉的关键，它接收信息并将信息传输到中枢神经系统。 轴突是从轴突分支到组织中的卷须。

RA滑膜组织的成像还显示出过多的血管，这些血管负责喂养和培育新细胞。 这些血管被 CGRP+ 感觉神经纤维包裹，并在组织过度生长或增生的区域向内层成纤维细胞生长。 这个过程可能会导致湿软肿胀，许多风湿病学家和外科医生将其误认为是炎症。 在报告基于细胞的研究时，研究小组表示，“我们的结论是，在低炎症性 RA 滑膜中，异常乳头状突起的新生血管生成伴随着 CGRP+ 伤害性轴突的新生神经生成。”

未来，研究人员的目标是研究成纤维细胞可能产生的其他产物，这些产物可以影响疼痛敏感神经元的生长。 他们写道：“……这些发现支持了一种模型，即滑膜内层成纤维细胞表达与疼痛相关的基因，从而增强了类风湿性关节炎滑膜肥大区域的痛觉神经元的生长。” “未来的研究需要进一步阐明这里发现的基因如何独立地或与其他基因结合与神经元生长和患者的疼痛体验相关。” 他们补充说，还需要开展更多工作来探索成纤维细胞产品对人类神经元的影响。 “该数据集中还有许多其他与患者疼痛报告相关的基因，值得进一步研究。”

此外，研究人员还旨在研究可能受到影响的其他类型的感觉神经。 “我们研究了一种类型，但大约有十几种，”奥兰治指出。 “我们不知道是否所有神经都受到同样的影响。 我们不想阻止所有的感觉。 例如，感觉神经对于了解您应该避免某些运动以及关节在空间中的位置非常重要……我们希望深入研究这些细节，以便我们能够为没有感觉神经的患者提出其他治疗方法。很多炎症。 目前，他们正在服用每年花费 7 万美元的药物，但没有任何效果。 我们必须做得更好，为正确的患者提供正确的药物。”