在神经科学的研究领域中，偏头痛（Migraine）是一个备受关注的问题。它是一种常见且致残的原发性头痛疾病，全球有大量人口受其困扰。据全球疾病负担研究（2021）显示，偏头痛影响着 11.6 亿人，是导致残疾调整生命年的第三大原因。其中，慢性偏头痛（Chronic migraine）更是让患者苦不堪言，它不仅会使头痛更加剧烈和持久，还会增加并发症的发生率，降低治疗效果。而且，慢性偏头痛常常与精神健康问题如焦虑和抑郁共病，严重影响患者的生活质量。

然而，目前对于慢性偏头痛与这些共病之间的潜在机制，科学家们了解得还非常有限。尽管在偏头痛的研究上取得了一些进展，但大部分研究都集中在三叉神经节和三叉神经尾核，无法完全解释慢性偏头痛伴随的各种症状。此外，色氨酸分解代谢和犬尿氨酸代谢途径在偏头痛患者中发生了改变，而吲哚胺 2,3 - 双加氧酶 1（Indoleamine 2,3 - dioxygenase 1，IDO1）作为色氨酸代谢途径中的关键酶，它在神经炎症和疼痛敏化中的作用还不明确，也不清楚其表达变化到底是偏头痛的原因还是结果。

为了深入探究这些问题，南方医科大学的研究人员在《Journal of Neuroinflammation》期刊上发表了题为 “IDO1 modulates pain sensitivity and comorbid anxiety in chronic migraine through microglial activation and synaptic pruning” 的论文。研究人员通过一系列实验，得出了重要结论：前扣带回皮层（Anterior cingulate cortex，ACC）中的小胶质细胞 IDO1 驱动了慢性偏头痛中的疼痛敏化和焦虑，这意味着 IDO1 有可能成为治疗慢性偏头痛的潜在靶点。这一发现为慢性偏头痛的治疗开辟了新的方向，具有重大的意义。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们利用基因敲除技术，培育出 IDO1 基因敲除（KO）小鼠，以此来观察 IDO1 缺失对慢性偏头痛的影响。同时，采用腺相关病毒（Adeno - associated virus，AAV）介导的基因沉默技术，在慢性偏头痛小鼠模型的 ACC 中敲低 IDO1 的表达。此外，还运用了体内光纤光度测定技术，实时监测 ACC 神经元的活动；通过全细胞膜片钳技术，记录神经元的电生理活动，分析兴奋性和抑制性突触后电流，从而评估神经元的兴奋 / 抑制（E/I）平衡 。

下面让我们来详细看看研究的具体结果。

研究人员首先建立了慢性偏头痛小鼠模型，通过间歇性腹腔注射硝酸甘油（Nitroglycerin，NTG）来模拟慢性偏头痛的症状。他们发现，与对照组相比，NTG 诱导的慢性偏头痛小鼠的基础和急性机械、热痛觉阈值都逐渐降低，而且在明暗转换实验中，NTG 处理的小鼠在亮室中停留的时间明显减少，这表明该模型有效地模拟了偏头痛的痛觉过敏和畏光症状。

为了探究 IDO1 在慢性偏头痛中的作用，研究人员用 IDO1 抑制剂 1 - 甲基色氨酸（1 - methyltryptophan，1 - MT）处理小鼠，结果发现 1 - MT 显著提高了慢性偏头痛小鼠的爪机械痛阈值，而对对照组小鼠没有影响。随后，研究人员又利用 IDO1 基因敲除小鼠进行实验，结果显示，基因敲除 IDO1 同样能提高小鼠的爪机械痛阈值。这些实验表明，无论是药物抑制还是基因敲除 IDO1，都能减轻 NTG 诱导的慢性偏头痛模型中的痛觉过敏。

为了找出对慢性偏头痛有反应的脑区，研究人员检测了 c - Fos（一种已被证实的神经元活动标记物）的表达。他们发现，慢性偏头痛模型小鼠的 ACC 中，c - Fos 阳性细胞的相对表达显著增加。接着，研究人员通过在 ACC 中注射 AAV - CaMKIIα - GCaMP6m 并植入光纤，利用体内光纤光度测定技术实时监测 ACC 锥体神经元的活动。结果发现，在 NTG 处理的小鼠中，用 von Frey 细丝刺激后，ACC 中的 Ca2?信号明显增加，而在注射 NTG 之前则没有这种反应。

研究人员进一步运用全细胞膜片钳电生理记录技术，评估神经元的 E/I 平衡。他们发现，慢性偏头痛模型小鼠的自发兴奋性突触后电流（sEPSC）频率显著增加，而 sEPSC 幅度、自发抑制性突触后电流（sIPSC）频率和幅度都没有变化，这导致了 E/I 平衡向兴奋状态转变。此外，两组小鼠 ACC 中的动作电位（AP）发放频率、静息膜电位（RMP）、输入电阻（）、基强度和 AP 阈值电位都没有差异。这说明 NTG 诱导的慢性偏头痛小鼠中 ACC 神经元活动的增强，是由于 E/I 平衡的改变，而不是神经元内在膜特性的变化。

研究人员发现，慢性偏头痛模型小鼠的 ACC 中 IDO1 蛋白表达显著增加，在其他慢性偏头痛模型（如皮质扩散性抑制（CSD）、电刺激（ES）和利血平诱导的模型）中也观察到了类似的结果。为了进一步研究 ACC 中 IDO1 在慢性偏头痛中的作用，研究人员用 AAV - shRNA 敲低慢性偏头痛小鼠 ACC 中 IDO1 的表达。结果显示，敲低 IDO1 能减轻慢性偏头痛模型小鼠的机械性痛觉过敏，而对对照组小鼠的痛阈值没有影响。

研究人员还通过全细胞膜片钳记录发现，在 NTG 处理的野生型（WT）小鼠中，sEPSC 频率显著增加，但 IDO1 基因敲除后，这种增加被逆转；而 sIPSC 的频率和幅度在 WT 和 KO 小鼠中，无论是否注射 NTG 都没有改变。这表明 IDO1 在 ACC 中通过调节 E/I 平衡，对慢性偏头痛中的痛觉过敏起到了关键的调节作用。

小胶质细胞是中枢神经系统的常驻免疫细胞，在神经炎症中起着重要作用。研究人员通过免疫荧光染色发现，IDO1 和小胶质细胞标记物 IBA1 在小胶质细胞中共表达，而且在 NTG 处理的小鼠中，共表达细胞的数量明显增加。此外，NTG 处理的 WT 小鼠 ACC 中的小胶质细胞数量比生理盐水处理的 WT 小鼠多，而 KO 小鼠中无论是否处理，小胶质细胞数量都没有差异，且 NTG 处理的 KO 小鼠中的小胶质细胞数量明显少于 NTG 处理的 WT 小鼠。

通过对小胶质细胞进行三维重建和形态计量分析，研究人员发现，NTG 处理的 WT 小鼠的小胶质细胞突起明显更短、更简单，而 KO 小鼠在注射生理盐水或 NTG 后，小胶质细胞的总突起长度和复杂性仍然完好。这表明在慢性偏头痛中，ACC 中的小胶质细胞反应性增加。

小胶质细胞参与突触修剪，而修剪失调与多种脑部疾病有关。研究人员通过评估突触蛋白标记物（如突触前标记物 Syn1 和突触后标记物 PSD95）与 IBA1 标记的小胶质细胞在 ACC 中的共定位情况，发现 NTG 处理的 WT 小鼠 ACC 中，大量的 Syn1 免疫反应性斑点与 IBA1 标记的小胶质细胞共定位，而在生理盐水处理的 WT 小鼠中则没有。并且，NTG 处理的 KO 小鼠中，小胶质细胞对 Syn1 的吞噬作用明显低于 NTG 处理的 WT 小鼠，而对 PSD95 的吞噬作用在 NTG 和生理盐水处理的小鼠之间没有显著差异。这些结果表明，IDO1 调节慢性偏头痛中的小胶质细胞激活和突触修剪。

为了探究 IDO1 调节慢性偏头痛的潜在机制，研究人员对 WT 和 KO 慢性偏头痛小鼠的 ACC 组织进行了 RNA 测序。主成分分析（PCA）显示，生理盐水处理和 NTG 处理的小鼠基因表达谱明显不同，NTG 处理的 KO 小鼠与 NTG 处理的 WT 小鼠基因表达谱相近，但仍有细微差异。火山图分析表明，NTG 处理的 WT 小鼠与生理盐水处理的对照组相比，有 367 个基因上调，223 个基因下调；NTG 处理的 KO 小鼠与生理盐水处理的对照组相比，有 261 个基因上调，374 个基因下调；NTG 处理的 KO 小鼠与 NTG 处理的 WT 小鼠相比，有 142 个基因上调，256 个基因下调。通过韦恩图分析，研究人员确定了 430 个在 NTG 处理的 WT 小鼠中特有的差异表达基因（DEGs），而在 NTG 处理的 KO 小鼠中没有改变。

对这些 DEGs 进行基因本体（GO）、京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路和基因集富集分析（GSEA），结果表明这些基因主要与 IFN 信号通路有关，包括 I 型和 II 型干扰素。Western blotting 分析显示，NTG 处理的 WT 小鼠 ACC 中 IFN - γ 的表达明显高于生理盐水处理的 WT 小鼠和 NTG 处理的 KO 小鼠，而 IFN - β 的表达在这些小鼠中没有显著变化。研究人员用 IFN 激动剂盐酸替洛隆（Tilorone dihydrochloride）处理 shRNA 处理的小鼠，结果发现盐酸替洛隆减弱了 IDO1 敲低对机械痛阈值的挽救作用，这表明 IDO1 通过 IFN 信号通路调节慢性偏头痛中的疼痛敏化和小胶质细胞介导的神经炎症。

焦虑和情绪障碍是慢性偏头痛常见的精神共病。研究人员发现，NTG 处理的小鼠在旷场实验（Open field test，OFT）和高架十字迷宫实验（Elevated plus maze test，EPM）中表现出焦虑样行为，如在 OFT 中，小鼠在中心区域停留的时间和总移动距离减少；在 EPM 中，小鼠在开放臂停留的时间减少，在封闭臂停留的时间增加，进入开放臂的次数也减少。而在蔗糖偏好实验（Sucrose preference test，SPT）和强迫游泳实验（Forced swimming test，FST）中，NTG 处理的小鼠没有表现出抑郁样行为，这证实了 NTG 诱导的慢性偏头痛与焦虑共病。

研究人员利用 AAV 介导的 IDO1 敲低技术，进一步研究 ACC 中 IDO1 在偏头痛相关焦虑样行为中的作用。结果发现，与生理盐水处理的对照组小鼠相比，NTG 处理的 mCherry 小鼠在 OFT 中焦虑样行为明显，而 NTG 处理的 shRNA 处理小鼠在 EPM 中开放臂停留时间增加，封闭臂停留时间减少，但在 OFT 中焦虑样行为没有得到挽救。这表明 ACC 中的 IDO1 参与了慢性偏头痛诱导的焦虑样行为，尤其是在 EPM 这种更具压力的环境中。研究人员还发现，干扰 IFN 信号通路对慢性偏头痛模型小鼠的焦虑样行为没有影响，这说明 IDO1 影响疼痛敏化是通过 IFN 信号通路，但影响焦虑样行为的机制可能与 IFN 信号通路无关。

综上所述，这项研究揭示了 IDO1 在慢性偏头痛及其相关精神共病的病理生理过程中起着关键作用。IDO1 通过调节小胶质细胞的激活和突触修剪，改变了 ACC 中的 E/I 平衡，进而影响了慢性偏头痛模型小鼠的疼痛敏感性和焦虑样行为。而且，IDO1 对慢性偏头痛的调节作用部分是通过 IFN 信号通路实现的。这些发现为深入理解慢性偏头痛的发病机制提供了新的视角，也为开发针对慢性偏头痛的新治疗策略提供了重要的理论依据。例如，未来可以针对 IDO1 及其相关通路（如 IFN 信号通路）开发药物，有望为慢性偏头痛患者带来更有效的治疗方法，改善他们的生活质量。不过，该研究也存在一定的局限性，研究中使用的是雄性小鼠建立慢性偏头痛模型，未来还需要对雌性小鼠进行研究，以探讨偏头痛发病机制中的性别差异。但无论如何，这项研究都为慢性偏头痛的研究和治疗迈出了重要的一步，相信在未来，随着研究的不断深入，我们对慢性偏头痛的认识会更加全面，也能为患者提供更好的治疗方案。