Central sensitization, increased sensitivity in spinal cord dorsal horn neurons after injuries, plays an essential role in the induction and maintenance of chronic pain. However, synaptic mechanisms underlying central sensitization are incompletely known. Growing evidence suggests that proinflammatory cytokines (PICs), such as interleukin-1β (IL-1β), interleukin-6 (IL-6), and tumor necrosis factor-α (TNFα), are induced in the spinal cord under various injury conditions and contribute to pain hypersensitivity. Using patch-clamp recordings in lamina II neurons of isolated spinal cord slices, we compared the effects of IL-1β, IL-6, and TNFα on excitatory and inhibitory synaptic transmission. Whereas TNFα enhanced the frequency of spontaneous EPSCs (sEPSCs), IL-6 reduced the frequency of spontaneous IPSCs (sIPSCs). Notably, IL-1β both enhanced the frequency and amplitude of sEPSCs and reduced the frequency and amplitude of sIPSCs. Consistently, TNFα and IL-1β enhanced AMPA- or NMDA-induced currents, and IL-1β and IL-6 suppressed GABA- and glycine-induced currents. Furthermore, all the PICs increased cAMP response element-binding protein (CREB) phosphorylation in superficial dorsal horn neurons and produced heat hyperalgesia after spinal injection. Surprisingly, soluble IL-6 receptor (sIL-6R) produced initial decrease of sEPSCs, followed by increase of sEPSCs and CREB phosphorylation. Spinal injection of sIL-6R also induced heat hyperalgesia that was potentiated by coadministration with IL-6. Together, our data have demonstrated that PICs induce central sensitization and hyperalgesia via distinct and overlapping synaptic mechanisms in superficial dorsal horn neurons either by increasing excitatory synaptic transmission or by decreasing inhibitory synaptic transmission. PICs may further induce long-term synaptic plasticity through CREB-mediated gene transcription. Blockade of PIC signaling could be an effective way to suppress central sensitization and alleviate chronic pain.

Abstract Chronic pain disorders are often associated with psychiatric symptoms. The central nucleus of the amygdala (CeA) has emerged as an integrative hub for nociceptive and affective components during the development of central pain. Although the exact cause for this process remains unknown, prior adverse injuries are precipitating factors and thought to transform nociceptors into a primed state for chronic pain. However, the cellular basis underlying the primed state and the subsequent pain chronification remains unknown. Here, we investigated cellular and synaptic alterations of the CeA in a mouse model of chronic muscle pain. In these mice, local infusion of pregabalin, a clinically approved drug for fibromyalgia and other chronic pain disorders, into the CeA or selective inactivation of somatostatin-expressing CeA (CeA-SST) neurons during the priming phase prevented pain chronification. Further, electrophysiological recording revealed that CeA-SST neurons received increased excitatory transmission and showed enhanced excitability in chronic pain states. In line with the possible role of CeA-SST neurons in central sensitization, chemogenetic inactivation of CeA-SST neurons or pharmacological suppression of nociceptive afferents from the brainstem to CeA-SST neurons by pregabalin after the development of chronic muscle pain alleviated pain and negative emotions.

Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles (MSC-EVs) have emerged as a promising therapeutic strategy for spinal cord injury (SCI). These nanosized vesicles possess unique properties such as low immunogenicity and the ability to cross biological barriers, making them ideal carriers for delivering bioactive molecules to injured tissues. MSC-EVs have been demonstrated to exert multiple beneficial effects in SCI, including reducing inflammation, promoting neuroprotection, and enhancing axonal regeneration. Recent studies have delved into the molecular mechanisms underlying MSC-EV-mediated therapeutic effects. Exosomal microRNAs (miRNAs) have been identified as key regulators of various cellular processes involved in SCI pathogenesis and repair. These miRNAs can influence inflammation, oxidative stress, and apoptosis by modulating gene expression. This review summarized the current state of MSC-EV-based therapies for SCI, highlighting the underlying mechanisms and potential clinical applications. We discussed the challenges and limitations of translating these therapies into clinical practice, such as inconsistent EV production, complex cargo composition, and the need for targeted delivery strategies. Future research should focus on optimizing EV production and characterization, identifying key therapeutic miRNAs, and developing innovative delivery systems to maximize the therapeutic potential of MSC-EVs in SCI.