Piezo2 mediates mechanical allodynia in rats with low back pain induced by simulated helicopter low-frequency vibration

TIAN Yu; LIU Hongzhen; ZHANG Jie; TAN Botao; YIN Ying; YANG Ce

doi:10.16016/j.2097-0927.202504090

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Piezo2 mediates mechanical allodynia in rats with low back pain induced by simulated helicopter low-frequency vibration

Military Medicine | 更新时间：2025-08-25

- Piezo2 mediates mechanical allodynia in rats with low back pain induced by simulated helicopter low-frequency vibration
- Journal of Army Medical University Vol. 47, Issue 16, Pages: 1894-1903(2025)
- 作者机构：
  
  1.重庆医科大学附属第二医院康复医学科，重庆
  2.陆军特色医学中心（第三军医大学大坪医院）特殊环境战伤防治研究室，创伤与化学中毒全国重点实验室，重庆
- 作者简介：
  
  YIN Ying， E-mail： 300735@cqmu. edu. cn
- 基金信息：
  
  the Talent Innovation Capacity Training Plan of Army Medical Center of PLA(ZXZYTSYS11);the Special Project of Science and Technology Innovation Capacity Promotion of Army Medical University(2023XJS43)
- DOI：10.16016/j.2097-0927.202504090
  CLC： R-332;R363.21;R441.1
- Received：22 April 2025，
  
  Revised：12 May 2025，
  
  Published：30 August 2025
- 稿件说明：
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田雨，刘红珍，张杰，等.Piezo2介导模拟直升机低频振动致腰痛大鼠的机械性痛觉超敏［J］.陆军军医大学学报，2025，47（16）：1894-1903.DOI：10.16016/j.2097-0927.202504090.

TIAN Y，LIU H Z，ZHANG J，et al.Piezo2 mediates mechanical allodynia in rats with low back pain induced by simulated helicopter low-frequency vibration［J］.J Army Med Univ，2025，47（16）：1894-1903.DOI：10.16016/j.2097-0927.202504090.
田雨，刘红珍，张杰，等.Piezo2介导模拟直升机低频振动致腰痛大鼠的机械性痛觉超敏［J］.陆军军医大学学报，2025，47（16）：1894-1903.DOI：10.16016/j.2097-0927.202504090. DOI：

TIAN Y，LIU H Z，ZHANG J，et al.Piezo2 mediates mechanical allodynia in rats with low back pain induced by simulated helicopter low-frequency vibration［J］.J Army Med Univ，2025，47（16）：1894-1903.DOI：10.16016/j.2097-0927.202504090. DOI：

摘要

目的

探究机械敏感离子通道Piezo2在模拟直升机低频振动诱导大鼠腰痛和机械性痛觉超敏中的作用和机制。

方法

采用三维六自由度的低频振动（low-frequency vibration，LFV）诱导坐姿大鼠腰痛模型。将24只8周龄雄性SD大鼠用随机数字表法分为对照（Ctrl）组和低频振动（LFV）组。在多裂肌损伤评估基础上，von Frey实验检测疼痛敏感性，旷场实验评估自主活动和焦虑水平，ELISA、Western blot及免疫荧光检测神经生长因子（nerve growth factor，NGF）、TrkA及下游分子Piezo2的表达。原代培养SD大鼠背根神经节（dorsal root ganglia，DRG）神经元，经免疫荧光鉴定后设置Ctrl组、LFV组和LFV+D-G4（D-GsMTx4，Piezo2抑制剂）组，以Western blot检测Piezo2的表达，结合钙离子荧光探针检测细胞内Ca

水平。使用NGF（50 ng/mL）预处理神经元1 h，设置LFV组、LFV+NGF组和LFV+NGF+D-G4组，利用钙离子荧光探针观察胞内Ca

变化。

结果

LFV组大鼠多裂肌形态异常并伴有炎性细胞浸润，行为学结果显示，其缩足反射阈值降低（

0.0

5），旷场总活动时间、中心区域活动时间和中心区域路程减少（

0.05），总静止时间、周围区域静止时间以及周围区域路程增加（

0.05），DRG组织Piezo2、NGF和TrkA 表达增加（

0.05）；细胞实验显示，与Ctrl组相比，LFV组神经元Piezo2表达增加（

0.05），细胞内Ca

水平明显升高（

0.05）。与LFV组相比， LFV+NGF组Ca

水平升高（

0.05），使用D-G4后，NGF对Piezo2的敏化作用被逆转（

0.05）。

结论

持续低频振动通过NGF-TrkA/Piezo2通路诱导大鼠腰痛和机械性痛觉超敏。

Abstract

Objective‍　‍To explore the role and mechanism of mechanically sensitive ion channel Piezo2 in mechanical allodynia of rats with low back pain induced by simulating the low-frequency vibration of a helicopter. Methods‍　‍Low-frequency vibration (LFV) model with 3-dimensional 6 degrees of freedom was used to induce low back pain in awake rats in a sitting position. Twenty-four male SD rats (8 weeks old) were randomly divided into control (Ctrl) group and LFV group. HE staining was used to evaluate the injury of the multifidus muscle. Von Frey test was carried out to detect pain sensitivity. Open field test was employed to assess the spontaneous activity and anxiety. ELISA

Western blotting and immunofluorescence staining were performed to detect the expression of NGF

TrkA and downstream molecule Piezo2. Dorsal root ganglia (DRG) neurons was isolated from SD rats and primarily cultured. After identified with immunofluorescence staining

the neurons were divided into the Ctrl group

the LFV group

and the LFV+ D-GsMTx4 (D-G4

an Piezo2 channel antagonist) group. Western blotting was used to detect the protein expression of Piezo2

and a calcium ion fluorescent probe was utilized to detect the intracellular Ca

. The DRG neurons were pretreated with 50 ng/mL NGF for 1 h. Calcium ion fluorescent probe was used to observe the changes in intracellular Ca²⁺ in the LFV group

the LFV+NGF group

and the LFV+NGF+D-G4 group. Results‍　‍The rats of the LFV group showed abn

ormal morphology in multifidus muscles

accompanied with inflammatory cell infiltration

decreased paw withdrawal reflex threshold (

0.05)

and shortened total active time and active time in the centre

and decreased distance traveled in the centre (

0.05)

while prolonged total stationary time

stationary time in the periphery

and increased distance traveled in the periphery (

0.05)

and moreover

enhanced expression of Piezo2

NGF and TrkA in the DRG tissues (

0.05). Cell experiments showed that compared with the Ctrl group

the expression of Piezo2 in the neurons was increased (

0.05)

and the intracellular Ca²⁺ level was significantly elevated in the LFV group (

0.05). Compared with the LFV group

the Ca²⁺ level was higher in the LFV+NGF group (

0.05)

and the sensitization effect of NGF on Piezo2 was reversed after D-G4 treatment (

0.05). Conclusion‍　‍Sustained low-frequency vibration induces low back pain and mechanical allodynia in rats through the NGF-TrkA/Piezo2 pathway.

关键词

Keywords

references

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