傷害性感受在進化上高度保守，傳統(tǒng)觀點認為外周傷害性感受器僅是危險刺激的簡單傳感器，但現(xiàn)在觀點則認為它同時也是炎癥和免疫的關鍵調(diào)節(jié)因素。傷害性感受器能直接被損傷/病原相關分子模式(DAMPs/PAMPs)激活，從而引起疼痛、瘙癢或鎮(zhèn)痛。背根神經(jīng)節(jié)感覺神經(jīng)元深度測序的結果表明：大量本來在免疫細胞中表達的宿主防御相關DAMP或PAMP 受體在傷害性感受器上也有表達。STING是IFN 基因的刺激因子，也被稱為TMEM173，是一種定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的DNA 傳感器。杜克大學紀如榮教授團隊研究發(fā)現(xiàn)，STING 在傷害性感受器中高度表達，由于多種調(diào)節(jié)因子均通過STING 發(fā)揮功能，本文作者推測STING 可能參與調(diào)控傷害性感受。

一、STING 的激動劑抑制傷害性感受

為了驗證STING 是否調(diào)節(jié)傷害性感受，本文作者向正常小鼠鞘內(nèi)注射合成的 (DMXAA 和ADU-S100) 或天然的STING 激動劑 (2', 3'-cGAMP 和3', 3'-cGAMP)。結果顯示激活STING 引起劑量依賴的鎮(zhèn)痛作用和機械感受閾值的增加，藥效長達48 小時，而全身給藥使小鼠的后爪回縮閾值增加，藥效持續(xù)24 小時。在紫杉醇引起的化療痛模型中，發(fā)現(xiàn)鞘內(nèi)或全身給藥均能逆轉模型小鼠機械或冷異痛敏，另外神經(jīng)病理性疼痛也被緩解。骨癌痛是一種嚴重的、尚不能被有效控制的疼痛，鞘內(nèi)注射STING 激動劑能快速抑制癌癥引起的機械和冷異痛敏，且不改變局部的腫瘤負荷。接下來進行了條件性位置偏愛 (CPP) 實驗來檢測STING激動劑在持續(xù)性疼痛中的作用，結果顯示STING 激動劑不像阿片類物質(zhì)一樣激活大腦成癮及獎賞系統(tǒng)，但能引起顯著的位置偏好，同時阿片類受體拮抗劑納洛酮對DMXAA 和ADU-S100 的鎮(zhèn)痛作用沒有影響。此外，在正常和坐骨神經(jīng)分支損傷 (SNI) 模型小鼠中反復鞘內(nèi)注射DMXAA 可以減輕SNI 引起的星形膠質(zhì)細胞增生，卻不會引起耐受。

二、STING 調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)傷害性感受

本文作者分析了STING 全敲小鼠的疼痛敏感性，發(fā)現(xiàn)全敲小鼠對機械和冷刺激的敏感性增加。利用0.04 g 的纖維絲刺激進行條件性位置厭惡(CPA) 實驗，結果顯示僅在敲除鼠中會引起位置厭惡，而野生型卻沒有。膜片鉗記錄顯示 STING 敲除的DRG 神經(jīng)元動作電位增加且基強度降低，說明STING 缺失導致DRG 神經(jīng)元興奮性增加。此外，在傷害性感受器中特異性敲除STING 的小鼠（Sting1fl/fl; Nav1.8-Cre 小鼠）具有同樣表型，表明是感覺神經(jīng)元中STING 缺失引起的。此外，在野生型正常小鼠中注射STING 抑制劑，也會引起短暫的劑量依賴性的痛敏反應。STING 全敲小鼠中，STING 激動劑不會引起鎮(zhèn)痛作用，而在條件性敲除鼠中注射后期能緩解機械痛敏。這表明STING 陽性神經(jīng)元是鎮(zhèn)痛作用起始階段必須的，而長時程的鎮(zhèn)痛作用需要其他細胞類型的參與。用樹膠毒素 (RTX)消融TRPV1+傷害感受器，STING 激動劑注射后期具有明顯鎮(zhèn)痛效果。另外，在免疫缺陷的Prkdcscid小鼠中注射STING 激動劑，結果顯示也具有一定的鎮(zhèn)痛效果。因此感覺神經(jīng)元固有的STING 信號能夠在內(nèi)穩(wěn)態(tài)中穩(wěn)定地調(diào)節(jié)傷害性感受，但是在其他細胞類型中，STING 信號可能參與持續(xù)鎮(zhèn)痛。

三、STING 通過IFN-I 信號調(diào)節(jié)傷害性感受

激活STING 會導致細胞因子及趨化因子的產(chǎn)生，包括IFN-I 家族的成員IFN-α 和IFN-β。利用STING 激動劑治療會導致血清或DRG 組織中IFN-α和IFN-β 的增加，而在STINGgt/gt小鼠中則無該現(xiàn)象。另外，培養(yǎng)的野生型小鼠的DRG 神經(jīng)元，ADUS100 也能誘導培養(yǎng)基中IFN-α 和IFN-β 增加。接下來，本文作者利用Ifnb1YFP/YFP報告基因小鼠，驗證了DRG 內(nèi)響應STING 激動劑而產(chǎn)生IFN-I 的細胞類型。與STING 缺失小鼠類似，Ifnar1-/-小鼠及在感覺神經(jīng)元中特異性缺少Ifnar1的小鼠，都表現(xiàn)出對機械和冷刺激的痛敏反應，而0.04 g 纖維絲重復刺激，也能在Ifnar1-/-小鼠中誘導條件位置厭惡，膜片鉗記錄也顯示其動作電位發(fā)放頻率增加且基強度降低。在正常小鼠中注射IFN-α 或IFN-β 中和抗體，也會產(chǎn)生Ifnar1-/-和Ifnar1fl/fl; Nav1.8-Cre 小鼠一致的痛敏現(xiàn)象。正常小鼠鞘內(nèi)注射IFNAR1 信號受體TYK2 的藥理學抑制劑，產(chǎn)生劑量依賴的痛敏反應。同樣在DRG 中檢測了IFN-I 的水平及功能， IFN-β 抗體孵育的DRG 神經(jīng)元其動作電位增強，從而進一步證明在DRG 中IFN-I 信號能夠調(diào)節(jié)生理性傷害性感受。

值得注意的是，在Ifnar1fl/fl; Nav1.8-Cre 小鼠中，STING 激動劑的鎮(zhèn)痛作用全部消失。ADU-S100 僅能誘導野生型小鼠的DRG 神經(jīng)元中IFN-α 及IFN-β表達量增加，但在敲除鼠中該現(xiàn)象消失。為了驗證鞘內(nèi)注射IFN-Is 的鎮(zhèn)痛作用，在正常小鼠中注射重組的IFN-α 和IFN-β 以及IFN-I，結果顯示這三類干擾素均能夠產(chǎn)生短暫的、劑量依賴的鎮(zhèn)痛作用。一項最近研究表明，腹腔注射高濃度的IFN-α 及IFN-β能夠引起機械痛覺過敏。研究發(fā)現(xiàn)腹腔注射300 U的IFN-α 在Ifnar1+/+以及Ifnar1-/-小鼠中導致長達3天的急性機械痛敏，而鞘內(nèi)注射IFN-α 則能夠阻斷這種痛敏反應，表明激活DRG 或者脊髓中IFN-I 信號通路對于IFNAR 介導的鎮(zhèn)痛作用是必須的。

接下來，檢測了STING 或IFN-I 信號通路在脊髓背角不同類型的細胞中的作用。首先，檢測接受C 型纖維傳入的外二層投射神經(jīng)元mEPSCs 的頻率和幅度，發(fā)現(xiàn)與同窩對照相比，Ifnar1-/-小鼠的mEPSC 頻率和幅度均增加，而Ifnar1fl/fl; Nav1.8-Cre小鼠則無顯著性差異。STING 在脊髓背角主要定位于IBA1+小膠質(zhì)細胞中，STING 激動劑能夠增加野生型小鼠脊髓背角中IFN-α 的含量，而在STINGgt/gt小鼠中則無該現(xiàn)象。用ADU-S100 孵育脊髓切片后，脊髓背角IIo 層神經(jīng)元 sEPSCs 的頻率和幅度都降低，表明STING 激動劑能夠減弱脊髓內(nèi)的突觸傳遞。另外，rIFN-I 的急性灌注也會降低野生型小鼠脊髓切片中mEPSCs 的頻率和幅度，而在Ifnar1-/-小鼠中不引起該現(xiàn)象。因此，脊髓中STING 介導的IFN-I信號傳導也具有減弱傷害性神經(jīng)傳遞的作用。

由于缺乏STING 的小鼠在DRG 及脊髓背角組織中IFN-α 及IFN-β 的基礎水平較低，本文作者檢測了IFN-I 配體是否使STINGgt/gt小鼠的痛敏有所恢復，結果顯示鞘內(nèi)注射IFN-α 及IFN-β 使其機械痛敏反應短暫恢復。由于STING 能被雙鏈DNA(dsDNA) 激活，其主要通過細胞質(zhì)內(nèi)的DNA 傳感器cGAS 產(chǎn)生2', 3'-cGAMP 來響應dsDNA 的刺激，因此推測細胞內(nèi)部的dsDNA 也能通過激活cGASSTING 途徑產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用。此外， DNA 傳感器也是RNA 傳感器（如RIG-I）都有誘導IFN-I 的特征，因此同樣推測細胞內(nèi)的RNA 可能通過非STING 依賴，但依賴于RIG-I 及IFN-I 的機制而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。進一步，本文作者在Ifnar1+/+,Ifnar1fl/fl; Nav1.8-Cre,STINGgt/gt,Cgas-/-或RIG-I-/-（RIG-I 由Ddx58 基 因編輯）正常小鼠中，通過鞘內(nèi)注射激活了細胞內(nèi)的dsDNA 和dsRNA，發(fā)現(xiàn)只有dsDNA 依賴的鎮(zhèn)痛作用需要cGAS-STING 途徑。

為了解IFN 鎮(zhèn)痛機理，本文作者對DRG 神經(jīng)元進行了膜片鉗記錄，rIFN-I 急性灌注抑制了動作電位的發(fā)放頻率，并且使其基強度增加，但在Ifnar1-/-小鼠中該現(xiàn)象消失。考慮到鈉通道對于產(chǎn)生動作電位以及生理和病理性疼痛至關重要，本研究認為IFN-I 引起的鎮(zhèn)痛效果是由于其調(diào)節(jié)鈉電流引起的。值得注意的是，IFN-I 灌注導致的鈉電流顯著降低及基強度增強現(xiàn)象在Ifnar1-/-小鼠中缺失。為了驗證rIFN-I 是否可以調(diào)節(jié)生理和病理性傷害性感受的關鍵鈉通道Nav1.7 的活性，本文作者記錄了在rIFN-I 急性灌注后Nav1.7 的HEK-293 穩(wěn)轉株細胞的鈉電流，這導致Nav1.7 電流減少約20%。同樣也記錄了離體的DRG神經(jīng)元中的鈣電流，觀察到rIFN-I 灌注后鈣電流顯著降低，而在Ifnar1-/-小鼠中，其基礎鈣電流無變化，因此IFN-I 信號途徑可能通過多方面抑制鈉通道和鈣通道的活性來對傷害性感受器的興奮性產(chǎn)生直接抑制。

四、STING 激動劑能夠對猴子產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用

為了驗證研究結果的轉化應用潛力，本文作者在非人類靈長類中檢測激活STING 是否能夠抑制傷害性感受，在恒河猴中使用薄荷醇凝膠誘導冷異常性疼痛實驗。結果顯示ADU-S100 可以產(chǎn)生持久且劑量依賴性的鎮(zhèn)痛作用，并且腦脊液中IFN-β 的含量也大幅增加。引起該類效應的劑量遠低于在小鼠模型中的用量，這表明ADU-S100 對于靈長類動物以及人類STING 的選擇性更高。接下來，記錄了離體的猴DRG 神經(jīng)元的動作電位，結果顯示rIFN-I 急性灌注強烈抑制了其動作電位的發(fā)放頻率并且使其基強度增加。最后，測試了rIFN-I 處理是否可以改變?nèi)说腄RG 神經(jīng)元的興奮性，盡管未記錄到動作電位，但rIFN-I 灌注能夠引起小直徑的人類DRG 神經(jīng)元超級化。這些數(shù)據(jù)表明STING 途徑的激活在猴子中誘導了長期的鎮(zhèn)痛作用，并且IFN-I配體能夠通過調(diào)節(jié)鈉和鈣通道的功能直接抑制小鼠、猴以及人類傷害性感受器的活性。

五、討論

本研究將STING-IFN-I 信號軸確定為主要的調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)疼痛敏感性及幾種病理條件下慢性疼痛的傷害性感受調(diào)節(jié)因素。從進化的角度看，因為導致IFN-I 通路激活的刺激往往是痛苦的（如輻射、癌癥或感染），所以使用能激活免疫反應STING-IFN-I 信號通路鎮(zhèn)痛是對機體的很大挑戰(zhàn)。感覺神經(jīng)元中IFN-I 途徑的激活可能是在機體受到挑戰(zhàn)時抑制疼痛的固有機制。實驗數(shù)據(jù)表明STING 介導的IFN-I 信號途徑通過旁分泌和自分泌途徑作用于外周的感覺神經(jīng)元，通過非經(jīng)典的IFN-I-IFNAR1 信號導致鈉通道和鈣通道的快速抑制。與嗎啡相比，猴子鞘內(nèi)注射STING 激動劑產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用的劑量低，鎮(zhèn)痛時間長，并且重復注射并不會引發(fā)耐受性，因此低濃度的STING 激動劑在藥物治療方面也有更大的優(yōu)越性。盡管這些結果具有廣闊前景，但現(xiàn)在要考慮的是哪種慢性疼痛嚴重到機體不惜引起免疫調(diào)節(jié)產(chǎn)生的不良反應也要調(diào)動這種鎮(zhèn)痛機制。大多數(shù)晚期癌癥病人會經(jīng)歷嚴重的疼痛，但這些病人中只有不到一半的病人表示疼痛能夠得到有效控制。在異常疼痛的骨癌痛模型中，STING 激動劑能夠產(chǎn)生顯著的鎮(zhèn)痛作用，表明在骨癌痛條件這種鎮(zhèn)痛機制的作用值得盡早探索。臨床研究表明STING 激動劑已成為癌癥免疫治療的輔劑，能夠促進免疫細胞介導的抗腫瘤免疫。本研究則提出這些依賴于STING 的功能，可以通過作用于免疫細胞以及外周的傷害性感受器來協(xié)同完成。