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武汉枢密脑科学技术有限公司
入驻年限：8 年
- 联系人：
枢先生
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湖北 武汉市 江夏区
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研究新进展 | 疼痛与焦虑行为研究
3922 人阅读发布时间：2023-06-14 09:37
疼痛是一种令人不愉悦的主观感受，不仅包括了客观的痛觉感受，同时也包括了情感和认知的改变。慢性痛对机体的危害不仅是持续的疼痛感受，还可导致情绪低落和认知功能的下降。迁延、持续的疼痛更容易形成一个「慢性痛后的恶性循环」：慢性痛后可以导致焦虑、抑郁等负性情绪的产生，同时还会因睡眠功能紊乱，活动减弱导致认知功能的降低；而后，负性情绪和认知功能的下降又会进一步的加剧慢性疼痛，形成疼痛 - 负性情绪和认知下降 - 疼痛的恶性循环。尽管已经有许多的研究开始关注疼痛与情绪之间的关系，探究情绪痛的神经环路，但关于此「慢性痛后的恶性循环」的潜在神经机制仍不明确。所以开展脑内下行神经通路参与疼痛的内源性调控的研究，对于探讨打破 「慢性痛后的恶性循环」和慢性化过程，指导临床实践，增强慢性痛的治疗效果，提高慢性痛患者的生活质量具有重要意义。
2020 年 8 月 25 日空军军医大学基础医学院梁球琚脑研究中心李云庆教授、董玉琳副教授团队在国际知名期刊《Journal of Clinical Investigation》上在线发表题为「dmPFC-vlPAG projection neurons contribute to pain maintenance thresholds and anxiolytic behaviors」的研究论文。该研究通过多种形态学和跨突触病毒示踪方法，揭示了背内侧前额叶皮质 (dmPFC)- 中脑导水管周围灰质腹外侧区 (vlPAG) 下行疼痛调控神经通路。继而通过慢性痛动物模型，光遗传、药物遗传学、行为药理学和电生理学等神经科学研究技术，证实 dmPFC-vlPAG 神经通路具有下行抑制效应，激活该通路可发挥镇痛效应，并有效缓解慢性痛所诱发的负性情绪；dmPFC 内向 vlPAG 投射的锥体神经元受到 GABA 能中间神经元的调控，慢性痛条件下，该区域内的 GABA 能神经元活动增强，抑制了 dmPFC 内投射神经元的兴奋性，从而导致痛觉敏化及焦虑样行为。
为了证实 dmPFC 向 vlPAG 的投射，研究者首先运用逆行示踪的方法将逆行示踪剂 FG 立体定位注射到 vlPAG 内，观察 dmPFC 内 FG 逆行标记的投射神经元的分布，主要分布于皮质的 V 层和 VI 层，以 V 层为主，在 II 层、III 层内几乎观察不到 FG 免疫阳性神经元的分布。利用狂犬病毒跨单级突触标记系统，分别将辅助病毒（包括 AAV2/9-DIO-GFP-TVA 和 AAV2/9-DIO-G）和 RV-ΔG（RV-EnvA-ΔG-dsRed）相隔 4 周分 2 次注射到 VGLUT2-Cre 小鼠的 vlPAG 内；可在 dmPFC 内观察到 dsRed 跨单级突触标记的投射神经元的分布。这说明 dmPFC 内确实有神经元可以投射到 vlPAG 内且与其中 VGLUT2 阳性的神经元形成直接突触联系，参与调控此类神经元的功能。紧接着，研究者又运用顺行示踪的方法，借助腺相关病毒优越的感染标记效果，将 AAV2/2-CaMKIIα-EYFP 注射到 dmPFC 内。该病毒可以特异性的感染皮层内的兴奋性锥体神经元。可见 AAV 病毒感染的神经元终末在同侧的 vlPAG 内分布更加密集。为了进一步证明该通路的存在，研究者利用 scAAV2/1-hSyn-FLEX-EGFP，将其注射入 dmPFC 内，该病毒可顺行跨一级突触，停留在下一级神经元中，在 vlPAG 内可观察到大量从 dmPFC 跨单级突触的神经元分布。再次证明了从 dmPFC 到 vlPAG 直接神经通路的存在。
2. 特异性地激活 dmPFC-vlPAG 神经通路产生镇痛和抗焦虑样作用
研究者将逆行示踪剂 Retrobeads 注射入 vlPAG 内，制作成离体脑片，可观察到慢性痛模型（CPNL，腓总神经结扎）后，dmPFC-vlPAG 投射神经元的放电次数减少，而往孵育液中加入 GABA 受体的拮抗剂 bicuculline 后可拮抗这种放电次数的减少。紧接着，在 dmPFC 内注射带有 hChR2 的病毒后，研究者将光纤埋置于 vlPAG 处蓝光激活从 dmPFC 投射来的表达 hChR2 的神经纤维，蓝光持续刺激时，可显著的改善甚至逆转 CPNL 手术同侧后足和对侧后足的机械性痛阈值。运用光遗传学的方法特异性激活 dmPFC-vlPAG 神经通路并观察其对 CPNL 手术后 14 天的小鼠在高架十字迷宫中行为学的影响：蓝光刺激时术后 14 天小鼠在开放臂内活动时间的百分比和进入开放臂内次数的百分比均有显著性的提高。这些结果提示，特异性的激活 dmPFC-vlPAG 神经通路确实可以产生下行镇痛的作用，并且可在一定程度上改善慢性痛后产生的焦虑样负性情绪。
研究者将光遗传学和化学遗传学相结合，特异性地令 dmPFC 内的 dmPFC-vlPAG 投射神经元表达 hM4Dq-eGFP，而 dmPFC 内的 GABA 能神经元选择性的表达 hChR2-mCherry。在离体脑片中分别通过蓝光照射和 CNO 孵育验证了上述两种离子通道的功能。紧接着，研究者将光纤埋置于 dmPFC 内，腹腔注射 CNO 可显著的改善 CPNL 的机械性痛敏，而此时给予蓝光持续刺激时，可观察到这种镇痛作用的消失，关闭蓝光后激活 dmPFC-vlPAG 产生的镇痛作用便又显现出来。同样的方法观察对 CPNL 手术后 14 天的小鼠在高架十字迷宫中行为学的影响：腹腔注射 CNO 激活 dmPFC-vlPAG 神经通路可明显地提高 CPNL 手术后 14 天小鼠在开放臂内活动时间的百分比和进入开放臂内次数的百分比；此时给予蓝光刺激可翻转这种抗焦虑样情绪的作用。这些结果提示，dmPFC- vlPAG 投射神经元受到 GABA 能中间神经元的调控，慢性痛条件下，该区域内的 GABA 能神经元活动增强，抑制了 dmPFC 内投射神经元的兴奋性，从而导致痛觉敏化及焦虑样行为。
总结
以上 dmPFC- vlPAG 通路在疼痛及相关负性情绪中作用的研究，为伤害性信息在中枢内的下行调控提供了新的环路机制，为建立有效的镇痛策略提供了新靶点和科学的实验依据。
本文使用产品：AAV2/2-CaMKIIα-EYFP、AAV2/2-CaMKlla- hChR2-EYFP、
AAV2/4-hSyn-DIO-HA-hM3Dq-mCitrin、AAV2/9-hSyn-DIO-hM4D-EGFP、AAV/2/9-mDlx-hChR2-mCherry、AAV2/2Retro-hSyn-cre、RV-EnvA-ΔG-dsRed、
AAV2/9-DIO- EGFP-TVA、AAV2/9-DIO-RVG、sCAAV2/1-hSyn-FLEX-EGFP
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