臨床上，高達(dá)88%的慢性疼痛患者患有睡眠障礙，50%的失眠患者報(bào)告有疼痛癥狀。據(jù)認(rèn)為，通過這種共病，慢性疼痛和睡眠障礙相互加重，導(dǎo)致癥狀逐漸惡化。然而，證實(shí)這一共病的神經(jīng)基礎(chǔ)仍然知之甚少。伏隔核（nucleus accumbens，NAc）除了作為獎(jiǎng)賞、動(dòng)機(jī)以及學(xué)習(xí)等行為調(diào)節(jié)的重要核團(tuán)外，在疼痛以及睡眠/覺醒調(diào)控過程中也發(fā)揮重要作用。

2023年8月5日徐州醫(yī)科大學(xué)麻醉學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曹君利/安述明研究團(tuán)隊(duì)在Nature Communications雜志發(fā)表題為“A common neuronal ensemble in nucleus accumbens regulates pain-like behaviour and sleep”的文章，報(bào)道了伏隔核（nucleus accumbens，NAc）腦區(qū)存在同時(shí)調(diào)控疼痛樣行為和睡眠/覺醒的神經(jīng)元集群，這一神經(jīng)元集群分別通過視前區(qū)（VOA）和中腦腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）參與調(diào)節(jié)睡眠/覺醒和疼痛行為。該研究揭示了慢性疼痛-睡眠障礙共病的神經(jīng)機(jī)制，為臨床治療提供了新思路。

研究者首先通過c-Fos-tTA轉(zhuǎn)基因小鼠以及Tet-Off系統(tǒng)，識(shí)別和操縱慢性收縮性損傷（CCI）激活的NAc神經(jīng)元。將AAV2-tre-tight-ChR2-mcherry單側(cè)注射到小鼠的NAc腦區(qū)，并在CCI術(shù)后0 - 21天期間終止多西環(huán)素的添加，從而在CCI激活的NAc腦區(qū)神經(jīng)元中表達(dá)ChR2。之后光電極記錄監(jiān)測(cè)該群神經(jīng)元的放電活動(dòng)發(fā)現(xiàn)，CCI誘發(fā)的慢性疼痛激活的NAc神經(jīng)元集群在給予小鼠非傷害性刺激以及小鼠覺醒時(shí)放電頻率顯著增加。而非慢性疼痛激活的NAc神經(jīng)元放電頻率無顯著變化（圖1）。基于調(diào)節(jié)痛覺和睡眠/覺醒過程中神經(jīng)元活動(dòng)的變化特征，研究者認(rèn)為NAc中由慢性疼痛激活的神經(jīng)元集群可同時(shí)調(diào)節(jié)疼痛和睡眠/覺醒行為。

圖1 NAc中存在同時(shí)參與疼痛以及睡眠/覺醒調(diào)節(jié)的神經(jīng)元集群

為進(jìn)一步驗(yàn)證NAc神經(jīng)元集群對(duì)疼痛以及睡眠/覺醒行為的調(diào)節(jié)，研究者通過c-Fos-tTA轉(zhuǎn)基因小鼠以及Tet-Off系統(tǒng)，對(duì)NAc區(qū)域CCI-ChR2 NAc神經(jīng)元集群進(jìn)行光遺傳激活，發(fā)現(xiàn)激活該神經(jīng)元集群可加劇CCI小鼠的疼痛行為，減少CCI小鼠的非快眼動(dòng)睡眠時(shí)間（NREM）以及增加覺醒時(shí)間。同時(shí)研究者也通過c-Fos-tTA小鼠、Tet-Off結(jié)合Cre-Off系統(tǒng)，將ChR2-mCherry特異性表達(dá)在c-Fos negative神經(jīng)元中，發(fā)現(xiàn)光遺傳激活該類神經(jīng)元集群并不影響CCI小鼠的疼痛以及睡眠/覺醒行為（圖2）。

圖2 激活NAc神經(jīng)元集群加劇疼痛行為并且減少小鼠NREM時(shí)間

研究者也利用c-Fos-tTA小鼠以及Tet-Off系統(tǒng)，并在NAc腦區(qū)注射AAV2-tret-tight-eNpHR-mcherry，發(fā)現(xiàn)光遺傳抑制CCI激活的NAc神經(jīng)元集群對(duì)可緩解疼痛，并且可增加NREM時(shí)間（圖3）。

圖3 抑制NAc神經(jīng)元集群緩解疼痛行為并且增加小鼠NREM時(shí)間

為驗(yàn)證是否NAc腦區(qū)調(diào)控不同行為模式是通過NAc中不同類型的神經(jīng)元所獨(dú)特介導(dǎo)的，研究者通過熒光原位雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)CCI誘導(dǎo)的NAc集群80%表達(dá)多巴胺D1受體，18.75%表達(dá)多巴胺D2受體。對(duì)這兩群神經(jīng)元分別進(jìn)行調(diào)控發(fā)現(xiàn)，NAc-D1和CCI誘導(dǎo)的NAc-D2神經(jīng)元經(jīng)光激活均可引起痛覺，并促進(jìn)睡眠期向覺醒期轉(zhuǎn)變，增加覺醒時(shí)間，同之前CCI誘導(dǎo)的NAc集群研究一致，光抑制亦一致。表明非傷害性疼痛與睡眠兩行為并非由CCI誘導(dǎo)的NAc腦區(qū)不同類型多巴胺神經(jīng)元所介導(dǎo)的。但有意思的是，研究發(fā)現(xiàn)僅僅激活NAc腦區(qū)全部的D2神經(jīng)元可以緩解疼痛，促進(jìn)睡眠，同CCI誘導(dǎo)的NAc-D2神經(jīng)元作用相反（圖4和5）。

圖4 激活/抑制NAc腦區(qū)D1神經(jīng)元對(duì)疼痛以及睡眠/覺醒行為的調(diào)節(jié)

圖5 激活/抑制NAc腦區(qū)D1神經(jīng)元對(duì)疼痛以及睡眠/覺醒行為的調(diào)節(jié)

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)小鼠NAc神經(jīng)元集群可投射至下游的多個(gè)核團(tuán)，包括腹外側(cè)導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)vlPAG、下丘腦外側(cè)區(qū)LHA、中縫背核DR、POA以及VTA等，而這些下游腦區(qū)中POA以及VTA是調(diào)節(jié)睡眠與疼痛的關(guān)鍵腦區(qū)，因此研究者重點(diǎn)關(guān)注NAc-POA以及NAc-VTA神經(jīng)環(huán)路對(duì)疼痛以及睡眠/覺醒行為的影響（圖6）。研究使用雙病毒系統(tǒng)，首先將順行跨突觸病毒pAAV1-PTRE-tight-NLS-Cre注射到NAc中，1周后將AAV8-Ef1a-DIO-eNpHR-mcherry注射到CCI小鼠POA或VTA中，使eNpHR-mcherry在NAc神經(jīng)元集群支配的POA或VTA神經(jīng)元中選擇性表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，NAc神經(jīng)元集群支配的POA神經(jīng)元在不影響疼痛樣反應(yīng)的情況下促進(jìn)覺醒，而NAc神經(jīng)元集群支配的VTA神經(jīng)元在不影響睡眠的情況下加劇疼痛樣反應(yīng)（圖7）。這些結(jié)果顯示NAc神經(jīng)元集群通過兩條不同腦區(qū)的神經(jīng)投射分別調(diào)節(jié)疼痛以及睡眠/覺醒行為。

圖6 NAc神經(jīng)元集群的下游神經(jīng)環(huán)路

圖7 抑制NAc神經(jīng)元集群支配的POA/VTA神經(jīng)元對(duì)疼痛以及睡眠/覺醒行為的調(diào)節(jié)

總而言之，這些結(jié)果顯示了一個(gè)共同的NAc神經(jīng)元集群，編碼疼痛類行為和睡眠信息，并通過其下游投射實(shí)現(xiàn)疼痛與睡眠的模式特異性。該研究揭示了慢性疼痛-睡眠障礙共病的神經(jīng)機(jī)制，為臨床治療提供了基礎(chǔ)。

徐州醫(yī)科大學(xué)孫海艷博士與李峙林碩士為本論文的共同第一作者，曹君利與安述明教授為本論文的共同通訊作者。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-40450-3

參考文獻(xiàn)

Sun H, Li Z, Qiu Z, et al. A common neuronal ensemble in nucleus accumbens regulates pain-like behaviour and sleep. Nat Commun. 2023;14(1):4700. Published 2023 Aug 5. doi:10.1038/s41467-023-40450-3

編譯作者：Chrk（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）






標(biāo)簽：腦科學(xué)