Adv Sci:腰痛为何迁延不愈?华中科技大学杨操等团队揭示异常力学信号通过Piezo2“传感器”触发炎症“风暴”,形成自增强循环


腰痛是全球性公共卫生问题。椎间盘源性腰痛作为最常见的腰痛类型,与软骨终板退变及炎症反应密切相关。

2026年4月16日,华中科技大学杨操、Wang Bingjin、Ke Wencan共同通讯在Advanced Science(IF=14.1)在线发表题为Piezo2 Mediates a Vicious Cycle of “Mechanical Homeostasis Imbalance—Inflammation” in Sensory Nerves and the Cartilage Endplate的研究论文。

本研究通过构建大鼠腰椎不稳模型,结合生物力学分析与分子生物学技术,阐明了机械敏感离子通道Piezo2在椎间盘源性腰痛恶性循环中的核心作用。研究结果显示,异常机械应力通过激活背根神经节(DRG)上的 Piezo2 通道,引发钙离子内流,并促进降钙素基因相关肽(CGRP)释放。

CGRP 联合机械应力,通过受体RAMP1激活软骨终板细胞内IKKβ/NF-κB炎症通路,诱导IL-6、IL-1β分泌,进而加剧背根神经节神经元敏化,形成正反馈恶性循环。巨噬细胞清除干预无法缓解疼痛及炎症病变。

通过腺相关病毒干扰片段(AAV-shPiezo2)沉默 Piezo2、补充 Omega-3 脂肪酸,或是采用瑞美吉泮阻断 CGRP 信号通路,均可显著改善疼痛相关行为、抑制炎症反应,并延缓软骨终板退变。本研究揭示了机械应力-神经炎症互作驱动椎间盘源性腰痛进展的全新机制,为制定多靶点联合治疗方案提供了理论依据。

腰痛是全球公认的公共卫生难题,严重影响患者日常生活活动与劳动能力,并给社会带来沉重的经济负担。目前,难治性腰痛的临床治疗手段十分有限,亟需完善该病的诊疗方案。90% 的腰痛病因无法明确归类,而椎间盘是腰痛重要的疼痛来源。

椎间盘源性腰痛核心的病理生理过程为炎症反应:炎症因子刺激疼痛感受器,进而引发机械伤害性感觉过敏。已有研究证实,伴随神经、血管长入的软骨终板(CEP)退变,是椎间盘源性腰痛的主要发病源头。异常机械应力是驱动该病发生发展的核心因素。

目前学界普遍认为,软骨终板退变可能是椎间盘退变乃至腰痛发生的始动因素。Piezo2 是一类机械信号传导离子通道,在多种病理生理过程中发挥关键作用,可介导炎症微环境下感觉神经对机械刺激的敏化。支配软骨终板的背根神经节(DRG)神经元中Piezo2 阳性表达,与超过90%的椎间盘源性腰痛病例相关。

据此研究提出假说:退变软骨终板内高浓度炎症因子会引起背根神经节中 Piezo2 通道过度激活,使机体对无害机械刺激产生高度敏感,最终诱发椎间盘源性腰痛。

神经除传导痛觉外,还可直接调控其所支配细胞的相关功能。已有研究指出,在椎间盘组织中,感觉神经可通过CGRP/CHSY1 信号轴维持髓核细胞的细胞外基质稳态。与之相比,作为椎间盘营养与代谢废物交换枢纽的软骨终板,其与神经之间的相互作用研究报道较少。

软骨终板虽与关节软骨结构相似,但二者在发育起源、组织排布、细胞外基质组分上均存在差异,应作为独立组织结构开展研究。在椎间盘源性腰痛病程中,感觉神经与软骨终板的相互作用很可能参与椎间盘退变进程。阐明该过程中的关键分子机制,有望为腰痛及椎间盘退变的临床治疗提供潜在靶点。

靶向干预Piezo2与CGRP可减轻疼痛相关反应,并延缓组织退变进程(摘自Advanced Science

本研究通过腰椎不稳术构建椎间盘源性腰痛大鼠模型,探究介导该病发生发展的关键信号通道,及其与软骨终板之间的互作机制。结果表明在本大鼠模型中,背根神经节神经元上的 Piezo2 介导机械痛觉反应,并通过CGRP/RAMP1/IKKβ信号轴,促进软骨终板细胞内 NF-κB 通路激活、炎症因子释放,加剧神经元机械感受敏化,形成正反馈环路,进一步推动椎间盘退变与腰痛进展。

在干预方案探索方面,本研究采用两种靶向治疗策略:一是直接敲低 Piezo2 表达、膳食补充ω-3 多不饱和脂肪酸二十碳五烯酸(EPA)以靶向调控 Piezo2;二是口服小分子药物瑞美吉泮靶向阻断 CGRP 信号。基于上述分子机制,两种干预方式均可显著改善疼痛相关行为表型,并维持软骨终板细胞稳态。

原文链接:https://doi.org/10.1002/advs.202507299


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