机器学习研究揭示了为什么有些人患有风湿性关节炎疼痛而没有炎症

发布时间：2024年5月2日通过Monica M.Bertagnolli博士

关于美国150万成年人。和一起生活类风湿关节炎（RA），一种自身免疫性疾病，免疫系统攻击关节组织，导致炎症、肿胀和疼痛。治疗通常能很好地对抗炎症，减缓甚至停止关节损伤，缓解疼痛。但这并不适用于所有人。许多类风湿关节炎患者没有找到缓解疼痛的方法，即使现在有最强的消炎、疾病改善疗法。

为什么？美国国立卫生研究院部分支持的一项新研究于科学转化医学有一个有趣的答案。¹研究结果表明，在一些RA患者中，关节衬里可能会引导痛觉神经元的生长，从而在没有炎症的情况下引起疼痛。在机器学习的帮助下，这一发现成为可能，为治疗这种痛苦的疾病提供了潜在的新方法。

这些发现来自于一个由王飞（音译）纽约市威尔康奈尔医学院Dana E.橙色纽约市洛克菲勒大学。他们受到最近研究的启发，研究表明RA疼痛和炎症并不总是同时发生。事实上，在某些情况下炎症程度有限的类风湿关节炎患者的疼痛程度与极度炎症患者相同。因此，他们也往往从抗炎药中获益较少。

为了找出原因，研究人员研究了这种不太常见的RA患者关节间隙的软组织或滑膜。他们正在寻找基因活性的潜在差异，以解释无炎症的疼痛。他们知道这并不容易，因为人们体验和报告疼痛的方式不同，而且手术切除的组织样本有限。为了克服这些障碍，他们开发了一种机器学习方法，可以在复杂数据中精确定位与疼痛相关的基因活动模式，否则这些数据将难以识别。

他们的RNA序列分析发现，在22名患有RA疼痛且炎症较轻的患者的关节组织中，815个基因的表达水平异常高。他们还证实了在第二组早期未经治疗的RA患者中存在相同的基因活性模式，并且炎症很少。

研究人员继续发现，这种模式在成纤维细胞（滑膜的主要细胞类型）中最为明显，成纤维细胞提供了关节间隙的结构框架，但成为RA炎症和关节损伤的关键驱动因素。这些成纤维细胞还表达了一种基因，该基因编码一种称为netrin-4的蛋白质，该蛋白质与一个在神经元生长中起作用的蛋白质家族有关。这让他们怀疑关节组织是否会产生物质，从而改变痛觉神经，引起疼痛。

为了了解更多信息，他们转向了对老鼠的研究。他们发现，从关节成纤维细胞培养物和netrin-4中收集的液体使小鼠神经元在实验室中萌芽出携带痛觉受体的新分支。这些发现表明，RA关节衬里确实产生了可能导致痛觉神经元生长的物质。

为了观察这是否在RA患者和轻微炎症患者中起作用，他们仔细观察了关节。这些图像显示了丰富的血管，可以促进组织生长。这些血管还被疼痛感神经纤维包围，这些神经纤维向关节衬里延伸，在那里有异常数量的组织生长。

研究人员认为，这一过程解释了为什么疼痛的关节炎关节即使没有发炎，有时也会感到黏糊糊和肿胀。在未来的研究中，他们想更多地了解哪些感觉神经元受到了特别影响，并注意到大约有十几种不同的类型。虽然还需要更多的研究，但他们的目标是通过针对这一潜在过程，找到有希望的治疗RA的新方法，为更多RA患者提供急需的疼痛缓解。

参考：

[1] 白Z，等.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有关.科学转化医学DOI:10.1126/scitranslmed.adk3506（2024）。

NIH支持：国家关节炎、肌肉骨骼和皮肤病研究所