IF=14.1【客户文章】身体久痛为何拖垮心情？浙大徐贞仲团队等合作揭示中脑小胶质细胞介导慢性疼痛诱发抑郁共病的神经免疫机制

1.神经病理性疼痛激活vlPAG/DRN小胶质细胞，并诱导负性情绪发生

研究人员首先采用坐骨神经分支选择性损伤（spared nerve injury，SNI）建立神经病理性疼痛模型。SNI后，小鼠出现持续性机械痛觉过敏；随着疼痛慢性化，在术后6周进一步出现旷场中心探索减少、悬尾和强迫游泳不动时间增加以及糖水偏好下降等焦虑和抑郁样行为。

vlPAG/DRN是连接疼痛加工与情绪调控的重要中脑区域。为了观察慢性疼痛过程中该区域小胶质细胞的动态变化，研究人员利用Cx3cr1-CreER（小胶质细胞诱导型Cre工具小鼠）;Rosa-GCaMP6 小鼠进行长期在体钙信号记录。结果发现，SNI后6周和10周vlPAG/DRN小胶质细胞钙活动持续增强，并伴随Iba1⁺小胶质细胞数量增加及明显的形态学激活，提示慢性神经病理性疼痛可诱导vlPAG/DRN小胶质细胞持续处于高反应状态。研究人员进一步在Cx3cr1^CreER; Rosa^ChR2小鼠中对vlPAG/DRN小胶质细胞进行光遗传学激活。仅一次30 min的蓝光刺激即可诱导明显的位置回避，并使小鼠旷场中心探索减少、悬尾不动时间增加和糖水偏好下降。值得注意的是，这种操纵并未影响运动能力、机械痛阈或热痛阈。与此同时，激活小胶质细胞后，其附近VGLUT2⁺神经元c-Fos表达明显增加。以上结果提示，vlPAG/DRN小胶质细胞的激活本身即足以诱导负性情绪相关行为，而且这一作用并不是继发于疼痛感觉或运动能力的改变。

图1：神经病理性疼痛激活中脑小胶质细胞，光遗传学直接激活中脑小胶质细胞足以诱导焦虑和抑郁样行为。

2.化学遗传学激活中脑小胶质细胞诱导焦虑/抑郁样行为并增强NLRP3炎症信号

为了进一步验证上述结果，研究人员采用另一套独立的化学遗传学策略，在Cx3cr1-CreER; Rosa-hM3Dq小鼠中选择性激活vlPAG/DRN小胶质细胞。与光遗传学实验结果一致，化学遗传学激活后，小鼠旷场中心探索明显减少、悬尾不动时间增加，而运动协调能力以及机械、热痛阈均未发生明显变化。进一步分析发现，激活后的vlPAG/DRN小胶质细胞胞体增大、突起复杂度下降，呈现典型的反应性形态变化。与此同时，小胶质细胞中Nlrp3 mRNA明显升高，局部组织中Iba1、Nlrp3、Caspase-1和Il1β的表达也同步增加。光遗传学和化学遗传学实验结果一致，均表明激活vlPAG/DRN小胶质细胞足以诱导负性情绪相关行为，并伴随NLRP3–IL-1β炎症信号增强。

图2：化学遗传学激活vlPAG/DRN小胶质细胞诱导焦虑/抑郁样行为并增强NLRP3炎症信号

3.小胶质细胞NLRP3是神经病理性疼痛诱导负性情绪的重要驱动因素

研究人员首先采用Nlrp3全身敲除小鼠进行验证。在SNI后，Nlrp3敲除小鼠的焦虑和抑郁样行为明显减轻。进一步检测发现，SNI可显著增加vlPAG/DRN小胶质细胞中的Nlrp3表达，并在局部组织中同步上调Nlrp3、Caspase-1、Il1β和Il18等炎症相关分子，而这些变化在Nlrp3敲除小鼠中明显受到抑制。为了明确这一作用是否来源于小胶质细胞，研究人员进一步构建Cx3cr1^CreER; Nlrp3^fl/fl条件性敲除小鼠，特异敲除小胶质细胞中的Nlrp3。结果同样显示，小胶质细胞特异性Nlrp3缺失显著改善SNI后的焦虑和抑郁样行为。这些结果证明小胶质细胞NLRP3是慢性疼痛相关负性情绪的重要驱动因素。

图3：全身及小胶质细胞特异性敲除Nlrp3均可缓解神经病理性疼痛相关焦虑和抑郁样行为

4.IL-1β激活vlPAG/DRN的VGLUT2⁺神经元，将神经炎症转化为异常神经活动

研究人员直接向正常小鼠vlPAG/DRN局部给予重组IL-1β，发现仅局部增加IL-1β即可诱导明显的焦虑和抑郁样行为，包括旷场和高架十字迷宫探索减少、悬尾及强迫游泳不动时间增加以及糖水偏好下降。随后，在体钙成像显示IL-1β可显著增强vlPAG/DRN神经元钙活动。进一步利用Vglut2-Ai14小鼠开展全细胞膜片钳记录发现，IL-1β可显著增加vlPAG/DRN VGLUT2⁺谷氨酸能神经元动作电位发放频率，并增加自发性兴奋性突触后电流（sEPSC）的频率和幅度。也就是说，IL-1β并非仅仅作为炎症标志物升高，而是能够直接增强局部谷氨酸能神经元的兴奋性和兴奋性突触传递，从而实现由“神经炎症”向“异常神经活动”的转换。

图4：IL-1β激活vlPAG/DRN中VGLUT2⁺神经元并诱导焦虑和抑郁样行为

研究人员通过原位杂交发现，vlPAG/DRN中Il1r1与Vglut2 mRNA存在明显共定位，提示局部VGLUT2⁺神经元是IL-1β的重要响应细胞。随后，研究人员在Vglut2-Cre小鼠中利用Cre依赖的shRNA特异降低vlPAG/DRN VGLUT2⁺神经元上的Il1r1表达。结果显示，敲低Il1r1后，SNI小鼠的旷场中心区探索和抑郁样行为明显改善。与此一致，在vlPAG/DRN 局部给予IL-1R1拮抗剂IL-1Ra，同样能够改善SNI后的焦虑和抑郁样表型。另一方面，化学遗传学直接激活vlPAG/DRN的VGLUT2⁺（vlPAG/DRN^Glu）神经元足以诱导负性情绪，而在SNI小鼠中抑制这些神经元则能够缓解相应行为异常。这些结果表明，VGLUT2⁺神经元上的IL-1R1是IL-1β发挥作用的重要受体，其激活将小胶质细胞炎症反应与局部神经元异常兴奋联系起来。

图5：vlPAG/DRN^Glu神经元IL-1R1介导神经病理性疼痛相关负性情绪

5.vlPAG/DRN^Glu→BNST神经环路是负性情绪输出的重要通路

研究人员利用TRAP2活性依赖标记技术追踪被激活的vlPAG/DRN神经元，发现其在终纹床核（bed nucleus of the stria terminalis，BNST）存在密集的轴突投射。BNST是调控持续性威胁、焦虑以及负性情绪的重要前脑区域。进一步利用光遗传学选择性激活vlPAG/DRN^Glu→BNST神经末梢后，小鼠旷场中心探索减少，并出现明显实时位置回避、悬尾不动时间增加以及糖水偏好下降。相反，在SNI小鼠中光遗传学抑制这条神经环路，则能够降低悬尾不动时间并恢复糖水偏好。这表明vlPAG/DRN^Glu→BNST通路不仅足以诱导负性情绪，同时也是维持神经病理性疼痛相关抑郁样状态所必需的重要输出环路。

图6：vlPAG/DRN^Glu→BNST神经环路的激活足以诱导负性情绪，抑制该环路可改善疼痛相关抑郁样行为

6.BNST GABA能神经元是vlPAG/DRN谷氨酸能投射的关键下游靶细胞

随后，研究人员通过顺行示踪进一步确定接受vlPAG/DRN VGLUT2⁺神经元投射的BNST神经元类型。通过单纯疱疹病毒（herpes simplex virus, HSV）顺行跨单突触示踪联合原位杂交发现，vlPAG/DRN VGLUT2⁺神经元投射所标记的BNST下游细胞主要表达Vgat，而不表达Vglut2，提示这些神经元主要为BNST GABA能神经元（BNST^GABA）。激活这一神经元群即可诱导旷场中心探索减少、明暗箱暗侧停留增加、悬尾不动时间延长以及糖水偏好下降。而在SNI小鼠中抑制这些神经元，则能够明显改善相应的焦虑和抑郁样行为。这些结果表明，vlPAG/DRN谷氨酸能神经元主要通过投射至BNST GABA能神经元参与调控神经病理性疼痛相关负性情绪。

图7：BNST GABA能神经元是vlPAG/DRN VGLUT2⁺神经元的关键下游靶细胞，并参与调控疼痛相关焦虑和抑郁样行为

本研究揭示了慢性疼痛相关神经炎症影响情绪行为的神经免疫机制。研究发现，外周神经损伤可持续激活vlPAG/DRN小胶质细胞，并启动NLRP3–IL-1β炎症反应。IL-1β进一步作用于局部表达IL-1R1的VGLUT2⁺谷氨酸能神经元，增强其兴奋性和兴奋性突触传递，并通过vlPAG/DRN^Glu→BNST^GABA投射促进焦虑和抑郁样行为（图8）。这些发现表明，vlPAG/DRN可能在慢性疼痛相关负性情绪的发生和维持中发挥重要作用。

图8：中脑vlPAG/DRN小胶质细胞通过特定神经免疫轴调控神经病理性疼痛相关负性情绪

这一发现进一步拓展了对vlPAG/DRN功能的传统认识。vlPAG/DRN不仅参与伤害性信息和疼痛调节，还可能作为一个对炎症高度敏感的“疼痛—情绪整合枢纽”：持续的外周伤害性输入在这里被转化为神经免疫信号，并通过特定神经环路进一步塑造持续的威胁状态和负性情绪偏向。

从潜在转化角度来看，研究提示vlPAG/DRN IL-1β/IL-1R1介导的小胶质细胞-神经元互作以及vlPAG/DRN→BNST神经环路可能成为未来干预慢性疼痛情绪共病的新靶点。与单纯降低外周痛觉输入不同，针对这一神经免疫通路进行干预，未来可能为疼痛伴发焦虑、抑郁患者的精准治疗提供新的策略。