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武汉枢密脑科学技术有限公司
入驻年限：8 年
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枢先生
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【客户文章】空军军医大学李云庆教授、董玉琳副教授团队在dmPFC-vlPAG投射神经元参与疼痛维持阈值和抗焦虑行为研究取得新进展
1828 人阅读发布时间：2023-06-13 08:59
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。该研究通过结合多种形态学和跨突触病毒示踪的方法，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的作用，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。
1. dmPFC-vlPAG神经通路的形态学证实。
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，结果发现其主要分布于皮质的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。利用狂犬病毒逆向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，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。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。
图1 dmPFC-vlPAG神经通路的确立。
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。
图2 特异性激活dmPFC-vlPAG神经通路对机械性痛敏和痛后负性情绪的影响。
3. dmPFC内GABA神经元对dmPFC-vlPAG投射神经元的调控
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hM4D-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。
图3 dmPFC- vlPAG投射神经元受到GABA能中间神经元的调控。
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。
原文链接：https://www.jci.org/articles/view/127607
本文使用产品：
AAV2/2-CaMKIIα-EYFP、AAV2/2-CaMKlla- hChR2-EYFP、
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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