慢性疼痛給患病個(gè)體和社會(huì)帶來(lái)了巨大負(fù)擔(dān)。雖然阿片類藥物能有效緩解疼痛，但嚴(yán)重的不良結(jié)果限制了它們的效用和療效。盡管嗎啡和芬太尼等阿片類藥物是治療慢性疼痛的有效方法，但它們的使用產(chǎn)生令人不快的副作用、濫用傾向、鎮(zhèn)痛耐受性和戒斷癥狀。這些問(wèn)題表明需要確定新的非阿片類藥物治療疼痛的靶點(diǎn)。

基于此，2023年9月20日芝加哥大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)委員會(huì)Daniel S. McGehee研究團(tuán)隊(duì)在Neuron發(fā)表論文“A cholinergic circuit that relieves pain despite opioid tolerance”，揭示了盡管存在阿片類藥物耐受性，膽堿能回路仍可緩解疼痛。

為了研究替代的疼痛控制機(jī)制，作者探索了腹外側(cè)導(dǎo)水管灰質(zhì)（vlPAG）中的膽堿能信號(hào)，這是下行疼痛調(diào)節(jié)的關(guān)鍵聯(lián)系。疼痛狀態(tài)降低了vlPAG中乙酰膽堿的釋放，通過(guò)?7煙堿乙酰膽堿受體（?7 nAChR），激活從腳橋被蓋到vlPAG的膽堿能投射可以緩解疼痛，即使在阿片耐受條件下也可以。用激動(dòng)劑激活?7AChRs或刺激內(nèi)源性乙酰膽堿，通過(guò)Ca2+和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體依賴的信號(hào)通路抑制vlPAG神經(jīng)元活性。體內(nèi)雙光子成像結(jié)果顯示，慢性疼痛會(huì)導(dǎo)致vlPAG神經(jīng)元異常興奮，并且?7 nAChR介導(dǎo)的這些細(xì)胞抑制作用可緩解疼痛，即使在阿片類藥物耐受后也是如此。通過(guò)這些膽堿能機(jī)制緩解疼痛與耐受性、獎(jiǎng)賞或戒斷癥狀無(wú)關(guān)，這突出了其潛在的臨床使用價(jià)值。

圖一 傷害行為與vlPAG中ACh水平的降低相關(guān)

作者首先用ACh特異性的sensor監(jiān)測(cè)了vlPAG中疼痛引起的ACh的變化。急性疼痛刺激暫時(shí)抑制乙酰膽堿的釋放。后爪注射完全弗氏佐劑誘導(dǎo)慢性炎癥性疼痛狀態(tài)，降低乙酰膽堿瞬變，vlPAG中的ACh水平與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。作者使用單療程福爾馬林試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證ACh和疼痛之間的關(guān)系，在福爾馬林試驗(yàn)中，不同的時(shí)間階段與不同水平的有害傷害行為相關(guān)。這些觀察結(jié)果表明，vlPAG中的疼痛狀態(tài)和膽堿能張力之間存在相互依賴性。

圖二 膽堿能 PPTg神經(jīng)元投射到vlPAG

接下來(lái)，作者利用逆行病毒觀察腳橋被蓋和背外側(cè)被蓋核的反向標(biāo)記。作者使用光遺傳學(xué)激活PPTgChAT+末端，同時(shí)監(jiān)測(cè)vlPAG中的ACh，表明這些投射釋放了ACh。進(jìn)一步探究vlPAG中的傷害行為與乙酰膽堿釋放之間的相關(guān)關(guān)系以及激活這些投射的疼痛緩解作用。作者發(fā)現(xiàn)LDTgChAT+到vlPAG的激活并沒(méi)有改變有害的反應(yīng)。接下來(lái)，進(jìn)一步研究了刺激這些終端對(duì)CFA誘導(dǎo)的慢性炎癥性疼痛的影響。雖然CFA注射會(huì)誘發(fā)痛覺(jué)過(guò)敏和異位痛覺(jué)，但激活PPTgChAT+到vlPAG可以逆轉(zhuǎn)這些影響，光遺傳學(xué)激活PPTgChAT+到vlPAG的投射可調(diào)節(jié)傷害感受，而不改變運(yùn)動(dòng)功能或焦慮水平。

圖三 光遺傳學(xué)抑制vlPAGOprm1+神經(jīng)元在阿片類耐受條件下具有抗傷害作用

反復(fù)使用阿片類藥物可通過(guò)降低鎮(zhèn)痛效果而誘導(dǎo)耐受性。作者進(jìn)一步測(cè)試表達(dá)μ阿片受體的vlPAG神經(jīng)元對(duì)阿片耐受前后的傷害行為的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)vlPAGOprm1+神經(jīng)元在傷害性行為中被激活，如在輻射熱源測(cè)定(RHS)實(shí)驗(yàn)中，鼠爪從急性傷害性熱刺激中退縮。此外，CFA誘導(dǎo)的慢性疼痛增加了神經(jīng)元的興奮性。嗎啡平均熒光和瞬態(tài)振幅下降，表明嗎啡抑制vlPAGOprm1+神經(jīng)元。使用嗎啡誘導(dǎo)小鼠阿片類藥物耐受，抑制對(duì)照組小鼠的vlPAGOprm1+神經(jīng)元的嗎啡劑量并沒(méi)有抑制阿片類耐受小鼠的vlPAGOprm1+神經(jīng)元，表明抑制受損。作者測(cè)試了對(duì)vlPAGOprm1+神經(jīng)元的細(xì)胞自主抑制是否能緩解這種阿片類藥物耐受狀態(tài)下的疼痛。在RHS實(shí)驗(yàn)中，光遺傳抑制vlPAGOprm1+神經(jīng)元的增加了小鼠縮爪潛伏期，重現(xiàn)了嗎啡的鎮(zhèn)痛作用。即使在納洛酮給藥后，PPTgChAT+到vlPAG 投射的激活也能緩解疼痛，證明即使在阿片類藥物耐受后也顯示出保守的鎮(zhèn)痛效力。

圖四 vlPAGChrna7+神經(jīng)元被有害刺激激活，抑制它們具有抗傷害性作用

作者探索了vlPAGChrna7+神經(jīng)元的疼痛誘導(dǎo)的變化，首先使用Chrna7-Cre小鼠光線記錄監(jiān)測(cè)vlPAGChrna7+表達(dá)神經(jīng)元。vlPAGChrna7+神經(jīng)元被一些有害刺激（包括熱和冷水、von Frey絲、輻射熱、有害針刺和丙酮等）選擇性激活，這些神經(jīng)元并沒(méi)有被其他非有害刺激（包括體感、視覺(jué)、嗅覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)刺激）激活。CFA誘導(dǎo)的慢性疼痛增加了RHS誘發(fā)的瞬時(shí)振幅和平均熒光強(qiáng)度，表明與對(duì)照組相比，vlPAGChrna7+神經(jīng)元的活性升高。在注射CFA的動(dòng)物中，發(fā)現(xiàn)這些vlPAGChrna7+神經(jīng)元具有明顯更強(qiáng)的興奮性突觸驅(qū)動(dòng)。這些結(jié)果表明，抑制vlPAGChrna7+神經(jīng)元介導(dǎo)了抗傷害感受作用。

作者接下來(lái)利用光遺傳學(xué)研究抑制vlPAGChrna7+對(duì)疼痛的調(diào)節(jié)作用。在急性熱痛試驗(yàn)中，光遺傳學(xué)抑制這些神經(jīng)元增加了小鼠縮爪潛伏期。在CFA誘導(dǎo)的慢性疼痛狀態(tài)下，抑制vlPAGChrna7+神經(jīng)元增加了RHS測(cè)試中小鼠的縮爪潛伏期，并在von Frey實(shí)驗(yàn)中增加了縮爪閾值。此外，即使在納洛酮給藥后，抑制這些神經(jīng)元對(duì)于阿片類藥物耐受的動(dòng)物也具有抗傷害作用。這些結(jié)果表明，抑制這些神經(jīng)元可以緩解疼痛，但在沒(méi)有慢性疼痛的情況下不會(huì)引起偏好。

α7nAChRs通過(guò)持續(xù)抑制神經(jīng)元活動(dòng)來(lái)緩解疼痛?？紤]到α7nAChRs是具有高Ca2+通透性的興奮性陽(yáng)離子通道，表現(xiàn)出快速激活和脫敏動(dòng)力學(xué)。越來(lái)越多的對(duì)Ca2+通透性受體的研究，如NMDA和α7nAChRs，揭示了通過(guò)非典型途徑的信號(hào)傳導(dǎo)，關(guān)于代謝樣信號(hào)通路、Erk、Jak2/Stat3等激酶等。通過(guò)這些Ca2+通透性受體提高細(xì)胞內(nèi)Ca2+，可誘導(dǎo)神經(jīng)元興奮性降低，從而降低細(xì)胞毒性。作者觀察到7nAChR激動(dòng)劑對(duì)Kv2.1磷酸化有較強(qiáng)調(diào)控，可能通過(guò)PPARa和AMPK磷酸化的非基因組作用介導(dǎo)興奮性的降低。在進(jìn)行這種膽堿能調(diào)節(jié)的同時(shí)，還觀察到了vlPAGChlna7+神經(jīng)元上CB1Rs的表達(dá)。雖然CB1R拮抗劑預(yù)處理沒(méi)有改變?chǔ)?nAChR激動(dòng)劑的鎮(zhèn)痛作用，但vlPAG內(nèi)給藥CB1R調(diào)節(jié)劑可以調(diào)節(jié)生理，以最小的獎(jiǎng)勵(lì)效應(yīng)或戒斷癥狀減輕疼痛。因此，這些vlPAG集合可以作為內(nèi)源性膽堿能、阿片類和大麻素系統(tǒng)匯聚在一起以調(diào)節(jié)有害行為的聯(lián)系。

為了擴(kuò)大對(duì)vlPAG神經(jīng)調(diào)節(jié)，特別是膽堿能調(diào)節(jié)的理解，作者研究了各種疼痛狀態(tài)下vlPAG中的內(nèi)源性ACh水平，并建立了這些現(xiàn)象之間的關(guān)系。然后確定α7nAChR及其信號(hào)通路可以逆轉(zhuǎn)vlPAG神經(jīng)元群中疼痛引起的適應(yīng)不良過(guò)度興奮。該研究還表明，在阿片類藥物耐受后，下行疼痛控制回路的鎮(zhèn)痛效力得以保留，ACh強(qiáng)烈調(diào)節(jié)vlPAG興奮性，從而改變感覺(jué)和情感疼痛體驗(yàn)。這種膽堿能調(diào)節(jié)源自突觸輸入，并最終改變疼痛編碼神經(jīng)元群的內(nèi)在興奮性。該結(jié)果加深了對(duì)疼痛控制回路的理解，并指出了非阿片類疼痛治療策略的分子和細(xì)胞靶點(diǎn)。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.08.017

參考文獻(xiàn)

Sullere S, Kunczt A, McGehee DS. A cholinergic circuit that relieves pain despite opioid tolerance [published online ahead of print, 2023 Sep 12]. Neuron. 2023;S0896-6273(23)00627-X. doi:10.1016/j.neuron.2023.08.017

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

校審：Simon（brainnews編輯部）






標(biāo)簽：腦科學(xué)