DOI: https://doi.org/10.1038/s41368-026-00432-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41997906
تاريخ النشر: 2026-04-17
المؤلف: Ran Tao وآخرون
الموضوع الرئيسي: اضطرابات مفصل الفك الصدغي
نظرة عامة
تناقش هذه الفقرة تعقيدات اضطرابات المفصل الصدغي الفكي (TMJ)، مع التركيز على الألم كعرض رئيسي والخيارات العلاجية المحدودة المتاحة. يبني المؤلفون على الأبحاث السابقة التي تشير إلى أن البيوتيرات المستمدة من الميكروبيوم المعوي تلعب دورًا حاسمًا في تعديل ألم TMJ. تستكشف الدراسة الحالية الآليات وراء هذا التأثير، موضحة أن الإدارة الفموية للثلاثي بيوتيرات، وهو دواء سابق للبيوتيرات، تخفف بشكل كبير من ألم TMJ وتعيد العوامل المرتبطة بتقليل الأسيتيل في الهيستون في النواة الثلاثية الفكية القذالية (Sp5C) المرتبطة بألم TMJ.
باستخدام تسلسل متعدد الأوميات على مستوى الخلية الواحدة، قام الباحثون بتوصيف التعبير الجيني والوصول إلى الكروماتين في خلايا Sp5C، كاشفين أن ألم TMJ يعطل التعبير والوصول إلى الكروماتين لعدة جينات، بما في ذلك Nop14 وMatk وIdh3b وNdst2 وTomm6 عبر أربعة أنواع من الخلايا. ومن الجدير بالذكر أن علاج الثلاثي بيوتيرات عكس هذه التغيرات. تسلط الدراسة الضوء على أن Nop14 أظهر زيادة في الوصول إلى الكروماتين في منطقة المحفز الخاصة به تحت ظروف ألم TMJ، وأن تقليل التعبير عنه في Sp5C أعاد الأسيتيل في الهيستون وخفف من ألم TMJ. تشير هذه النتائج إلى آلية تنظيم جيني محددة لنوع الخلية تحت تنظيم بيئي للبيوتيرات لألم TMJ، مما يشير إلى أن استهداف المستقلبات الميكروبية المعوية قد يقدم نهجًا علاجيًا جديدًا غير أفيوني لاضطرابات TMJ.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية تعقيدات اضطرابات المفصل الصدغي الفكي (TMJ)، والتي تتميز بالألم والخلل في عضلات الفك وTMJ. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى فهم أعمق للآليات الكامنة وراء هذه الاضطرابات واستكشاف خيارات علاجية جديدة، خاصة في ضوء الأدلة الناشئة التي تربط الميكروبيوم المعوي بالألم الفكي، بما في ذلك ألم TMJ. أشارت دراستهم السابقة إلى أن الالتهاب الناتج عن مساعد فريد الكامل (CFA) في نموذج الفأر أدى إلى ألم TMJ مستمر، وانخفاض في الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، وانخفاض في بكتيريا الأمعاء المنتجة لـ SCFA، مع إظهار البيوتيرات لأكبر انخفاض.
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون الإمكانات العلاجية للبيوتيرات في تخفيف ألم TMJ الالتهابي. يستخدمون الثلاثي بيوتيرات، وهو دواء سابق يحرر البيوتيرات في الأمعاء، للتكملة على المدى الطويل. باستخدام تقنيات تسلسل متعدد الأوميات على مستوى الخلية الواحدة، بما في ذلك تسلسل RNA للنواة الواحدة (snRNA-seq) واختبار النواة الواحدة لاستهداف الكروماتين القابل للوصول (snATAC-seq)، يقوم الباحثون بتحليل التركيب الخلوي وتغيرات التعبير الجيني في النواة الثلاثية الفكية القذالية (Sp5C)، وهي منطقة رئيسية لمعالجة الألم الثلاثي. تكشف نتائجهم عن 12 نوعًا خلويًا متميزًا في Sp5C وتغيرات كبيرة في التعبير الجيني وأنماط النشاط استجابةً لألم TMJ الناتج عن CFA وعلاج الثلاثي بيوتيرات. تسلط هذه الدراسة الضوء على الإمكانات العلاجية للبيوتيرات كعامل لإدارة ألم TMJ وتقترح أن المستقلبات الميكروبية المعوية قد تقدم استراتيجيات علاجية جديدة لحالات الألم الالتهابي الأخرى.
الطرق
تحدد فقرة “المواد والطرق” التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تفصل المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، لضمان تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد تصف الفقرة الإعداد التجريبي، بما في ذلك ظروف التحكم والمتغيرات التي تم التلاعب بها خلال الدراسة. من الضروري أن يتم تأسيس صلاحية النتائج ويسمح بالتقييم النقدي للنهج البحثي. بشكل عام، تعتبر هذه الفقرة مكونًا أساسيًا يدعم نزاهة وموثوقية استنتاجات الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحثنا في تأثيرات الثلاثي بيوتيرات على التعبير الجيني والوصول إلى الكروماتين في نموذج فأر لألم المفصل الصدغي الفكي الالتهابي الناتج عن مساعد فريد الكامل (CFA). باستخدام تسلسل RNA للنواة الواحدة (snRNA-seq) وتتابع ATAC للنواة الواحدة (snATAC-seq)، حددنا تغييرات كبيرة في التعبير الجيني والوصول إلى الكروماتين عبر أنواع خلوية مختلفة في النواة الثلاثية الفكية القذالية (Sp5C) بعد حقن CFA. ومن الجدير بالذكر أن علاج الثلاثي بيوتيرات عكس هذه التغيرات الناتجة عن CFA، واستعاد مستويات طبيعية من التعبير الجيني والوصول إلى الكروماتين في جينات رئيسية مثل Nop14 وMatk وIdh3b وNdst2 وTomm6، والتي تتورط في تعديل الألم.
كشفت تحليلاتنا أن Nop14 يلعب دورًا حاسمًا في التنظيم البيئي لألم TMJ، حيث تم تغيير تعبيره والوصول إلى الكروماتين بشكل كبير بواسطة CFA واستعادته بواسطة الثلاثي بيوتيرات. حددنا عوامل النسخ المحددة (TFs) التي تنظم Nop14، بما في ذلك Sp3 وJund، والتي تؤثر على مستويات أسيتيل الهيستون. علاوة على ذلك، أدى تقليل التعبير عن Nop14 إلى استعادة أسيتيل الهيستون وتقليل ألم TMJ، مما يشير إلى أن Nop14 قد يكون هدفًا علاجيًا محتملاً لإدارة حالات الألم الالتهابي. بشكل عام، تسلط نتائجنا الضوء على الإمكانات العلاجية للثلاثي بيوتيرات في استعادة مستويات البيوتيرات وتعديل التعبير الجيني وديناميات الكروماتين في سياق الألم المزمن.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41368-026-00432-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41997906
Publication Date: 2026-04-17
Author(s): Ran Tao et al.
Primary Topic: Temporomandibular Joint Disorders
Overview
This section discusses the complexities of temporomandibular joint (TMJ) disorders, with a focus on pain as the primary symptom and the limited treatment options available. The authors build on previous research indicating that gut microbiome-derived butyrate plays a crucial role in modulating TMJ pain. The current study explores the mechanisms behind this effect, demonstrating that oral administration of tributyrin, a prodrug of butyrate, significantly alleviates TMJ pain and reverses the decrease in histone acetylation in the spinal trigeminal nucleus caudalis (Sp5C) associated with TMJ pain.
Utilizing single-cell multi-omics sequencing, the researchers profiled gene expression and chromatin accessibility in Sp5C cells, revealing that TMJ pain disrupts the expression and chromatin accessibility of several genes, including Nop14, Matk, Idh3b, Ndst2, and Tomm6 across four cell types. Notably, tributyrin treatment reversed these alterations. The study highlights that Nop14 showed increased chromatin accessibility at its promoter region under TMJ pain conditions, and its knockdown in Sp5C restored histone acetylation and alleviated TMJ pain. These findings suggest a cell-type-specific gene regulatory mechanism underlying butyrate-mediated epigenetic regulation of TMJ pain, indicating that targeting gut microbiome metabolites may offer a novel non-opioid therapeutic approach for TMJ disorders.
Introduction
The introduction of this research paper addresses the complexities of temporomandibular joint (TMJ) disorders, which are characterized by pain and dysfunction in the jaw muscles and TMJ. The authors emphasize the need for a deeper understanding of the mechanisms underlying these disorders and the exploration of new treatment options, particularly in light of emerging evidence linking the gut microbiome to orofacial pain, including TMJ pain. Their previous study indicated that inflammation induced by complete Freund’s adjuvant (CFA) in a mouse model led to persistent TMJ pain, a reduction in short-chain fatty acids (SCFAs), and a decrease in SCFA-producing gut bacteria, with butyrate showing the most significant decline.
In this study, the authors investigate the therapeutic potential of butyrate for alleviating inflammatory TMJ pain. They utilize tributyrin, a prodrug that releases butyrate in the gut, for long-term supplementation. Employing single-cell multi-omics sequencing techniques, including single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) and single-nucleus Assay for Targeting Accessible-Chromatin sequencing (snATAC-seq), the researchers analyze cellular composition and gene expression changes in the spinal trigeminal nucleus caudalis (Sp5C), a key area for trigeminal pain processing. Their findings reveal 12 distinct cell types in the Sp5C and significant alterations in gene expression and activity patterns in response to CFA-induced TMJ pain and tributyrin treatment. This research highlights butyrate’s potential as a therapeutic agent for TMJ pain management and suggests that gut microbiome metabolites may offer novel treatment strategies for other inflammatory pain conditions.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols followed for data collection, including any statistical analyses performed to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control conditions and variables manipulated during the study. It is crucial for establishing the validity of the findings and allows for critical assessment of the research approach. Overall, this section serves as a foundational component that supports the integrity and reliability of the study’s conclusions.
Discussion
In this study, we investigated the effects of tributyrin on gene expression and chromatin accessibility in a mouse model of inflammatory temporomandibular joint (TMJ) pain induced by complete Freund’s adjuvant (CFA). Using single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) and single-nucleus ATAC sequencing (snATAC-seq), we identified significant changes in gene expression and chromatin accessibility across various cell types in the spinal trigeminal nucleus caudalis (Sp5C) following CFA injection. Notably, tributyrin treatment reversed these CFA-induced alterations, restoring normal levels of gene expression and chromatin accessibility in key genes such as Nop14, Matk, Idh3b, Ndst2, and Tomm6, which are implicated in pain modulation.
Our analysis revealed that Nop14 plays a crucial role in the epigenetic regulation of TMJ pain, as its expression and chromatin accessibility were significantly altered by CFA and restored by tributyrin. We identified specific transcription factors (TFs) that regulate Nop14, including Sp3 and Jund, which influence histone acetylation levels. Furthermore, knockdown of Nop14 resulted in restored histone acetylation and reduced TMJ pain, suggesting that Nop14 may serve as a potential therapeutic target for managing inflammatory pain conditions. Overall, our findings highlight the therapeutic potential of tributyrin in restoring butyrate levels and modulating gene expression and chromatin dynamics in the context of chronic pain.