南京大学生命科学研究团队以肠道病毒 A71 型（EV-A71）为研究对象，构建了病毒肌肉酸痛（VMS）小鼠模型，对脑 - 肌肉信号轴在 VMS 中的作用及机制进行了深入探究。研究发现，脑 - 肌肉轴中的 HMGB1/LCN2/PDK1 / 乳酸通路是 EV-A71 诱导肌肉酸痛的关键机制。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为病毒感染相关肌肉酸痛的治疗提供了重要的理论依据。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是构建 EV-A71 感染的 C57BL/6J 和 AG6 小鼠模型，通过行为学实验（如 Von Frey 测试、抓力测试、转棒测试）评估小鼠的疼痛阈值、运动能力和协调平衡能力；二是运用 RNA 测序技术，分析多种病毒感染小鼠脑内差异表达基因，筛选出关键基因 LCN2；三是通过免疫荧光染色、ELISA 等实验技术，检测 LCN2、HMGB1 等蛋白在脑组织、血清中的表达和分泌情况；四是利用基因敲除小鼠（Lcn2-/-小鼠）和重组蛋白注射实验，验证 LCN2 在 VMS 中的作用；五是通过生化检测方法，测定肌肉组织中葡萄糖、乳酸、丙酮酸等代谢物含量及相关酶活性，探究糖酵解代谢途径的变化。
通过对 EV-A71 感染的 AG6 和 C57BL/6J 小鼠进行行为学检测发现，感染小鼠的疼痛阈值显著降低，抓力下降，转棒运动时间缩短，表明 EV-A71 感染可诱导小鼠发生 VMS，且在 AG6 小鼠模型中更为明显。而病毒 RNA 检测显示，EV-A71 主要在肠道和脑内复制，肌肉组织中未检测到病毒 RNA，提示 VMS 的发生与病毒直接感染肌肉无关，可能存在其他器官来源的信号分子介导。
对多种 RNA 病毒感染小鼠脑内差异表达基因分析发现，LCN2 在 EV-A71、日本脑炎病毒、水疱性口炎病毒、西尼罗河病毒等感染的小鼠脑内均显著上调。进一步研究表明，EV-A71 感染后，LCN2 主要在脑组织中表达，并分泌到循环系统中。Lcn2-/-小鼠在 EV-A71 感染后表现出更强的疼痛耐受性和更好的运动功能，而外源性补充重组 LCN2（rmLCN2）可降低小鼠的疼痛阈值和抓力，证实脑源性 LCN2 是 VMS 发生的重要介质。
免疫荧光染色显示，EV-A71 感染后，LCN2 在脑内的脉络丛、下丘脑和大脑皮层区域表达丰富，主要存在于星形胶质细胞中，而在小胶质细胞和神经元中表达较少。进一步在体外实验中，EV-A71 感染人神经胶质细胞系（如 U87MG、T98G 细胞）可诱导 LCN2 表达，证实星形胶质细胞是脑内 LCN2 的主要来源。
研究发现，EV-A71 感染后，血清和脑内 HMGB1 水平先于 LCN2 升高，且 HMGB1 与 LCN2 水平呈正相关。体内外实验表明，重组 HMGB1（rmHMGB1）可促进星形胶质细胞表达和分泌 LCN2，而中和 HMGB1 可抑制 LCN2 的分泌，提示 HMGB1 是诱导星形胶质细胞分泌 LCN2 的上游信号分子。
EV-A71 感染小鼠肌肉组织中葡萄糖、乳酸含量升高，ATP 生成减少，提示糖酵解代谢增强。外源性注射乳酸可降低小鼠的疼痛阈值，表明乳酸积累与 VMS 的发生密切相关。进一步研究发现，LCN2 可促进肌肉细胞糖酵解，增加乳酸生成，而 Lcn2-/-小鼠肌肉中乳酸含量显著低于野生型小鼠，证实 LCN2 通过诱导乳酸积累促进 VMS。
机制研究表明，HMGB1/LCN2 通路可上调肌肉细胞中己糖激酶 2（HK2）、乳酸脱氢酶 A（LDHA）和丙酮酸脱氢酶激酶 1（PDK1）的 mRNA 表达，其中 PDK1 可抑制丙酮酸脱氢酶（PDH）活性，阻止丙酮酸进入三羧酸循环，从而促进乳酸生成。LCN2 缺失可抑制 HMGB1 诱导的 PDK1 表达，表明 LCN2 是 PDK1 上调的关键中介。此外，LCN2 还可通过增加葡萄糖转运蛋白（GLUT1、GLUT4）的表达和葡萄糖摄取，促进糖酵解的起始阶段。
在 EV-A71 感染的 C57BL/6J 小鼠中，使用抗 HMGB1 抗体中和 HMGB1 可显著减轻小鼠的肌肉疼痛，降低血清 LCN2 水平，进一步验证了 HMGB1/LCN2 通路在 VMS 中的重要作用。
综上所述，该研究揭示了脑 - 肌肉轴中 HMGB1/LCN2/PDK1 / 乳酸通路在病毒诱导肌肉酸痛中的关键作用。EV-A71 感染可诱导脑内星形胶质细胞分泌 LCN2，LCN2 通过循环系统作用于肌肉组织，通过上调 PDK1 表达和降低 PDH 活性，促进糖酵解和乳酸积累，从而引发肌肉酸痛。HMGB1 作为上游信号分子，促进星形胶质细胞分泌 LCN2，形成 HMGB1/LCN2 正反馈环路。该研究不仅阐明了 VMS 的新机制，还为病毒感染相关肌肉酸痛的治疗提供了潜在靶点，如抑制 LCN2 或 HMGB1 的活性，可能为临床缓解 VMS 症状开辟新途径。此外，研究发现 LCN2 在多种 RNA 病毒感染中均上调，提示该机制可能具有普遍性，为其他病毒感染引起的肌肉酸痛研究提供了重要参考。
