眾所周知，痛覺具有復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制。早在50多年前，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)，電刺激脊髓上的一些腦區(qū)能夠產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用。藍(lán)斑核（locus coeruleus, LC）和延髓吻側(cè)腹內(nèi)側(cè)核（rostral ventromedial medulla, RVM）分別通過在脊髓（spinal cord, SC）中釋放去甲腎上腺素和血清素調(diào)控傷害感受的脊髓通路。此外，延髓尾側(cè)腹外側(cè)核（caudal ventrolateral medulla, cVLM）被認(rèn)為是參與疼痛調(diào)控的重要腦區(qū)。有研究表明傷害性刺激導(dǎo)致VLM表達(dá)c-Fos。但cVLM中參與疼痛的神經(jīng)元群體的分子特征和相關(guān)神經(jīng)通路，尚未可知。

美國(guó)NIH的Mark A. Hoon和國(guó)家心理健康研究所的Mario Penzo團(tuán)隊(duì)于2023年3月9日在Nature Neuroscience合作發(fā)表原著論文，揭示了cVLM中的兒茶酚胺能神經(jīng)元通過cVLM–LC–SC通路，緩解傷害感受行為和炎癥性疼痛導(dǎo)致的熱刺激痛覺敏化，參與counter-stimulus導(dǎo)致的鎮(zhèn)痛作用，且揭示了cVLM的鎮(zhèn)痛需要去甲腎上腺素的參與。

兒茶酚胺能cVLM神經(jīng)元被傷害刺激激活

研究人員首先再現(xiàn)了cVLM神經(jīng)元在傷害感受刺激下表達(dá)c-Fos。單側(cè)辣椒素或ATP足底注射均導(dǎo)致雙側(cè)cVLM顯著表達(dá)c-Fos。免疫組化結(jié)果表明，大多數(shù)TH陽(yáng)性cVLM神經(jīng)元表達(dá)c-Fos，因此本研究主要聚焦于cVLMTH神經(jīng)元。原位雜交結(jié)果進(jìn)一步表明，TH主要與VGlut2、而非Vgat共標(biāo)，說明cVLMTH主要為谷氨酸能神經(jīng)元。

圖1、腦干中的cVLMTH神經(jīng)元被辣椒素激活

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)果，研究人員對(duì)cVLMTH神經(jīng)元進(jìn)行了在體鈣成像記錄。結(jié)果顯示，辣椒素注射、傷害性熱刺激和機(jī)械刺激均顯著升高了cVLMTH神經(jīng)元鈣信號(hào)。

圖2、cVLMTH神經(jīng)元被傷害性刺激激活

激活cVLMTH神經(jīng)元抑制傷害刺激反應(yīng)

上述結(jié)果表明了cVLMTH神經(jīng)元與疼痛的相關(guān)性。研究結(jié)果進(jìn)一步調(diào)查了cVLMTH神經(jīng)元如何參與疼痛信號(hào)傳遞。利用化學(xué)遺傳學(xué)激活cVLMTH神經(jīng)元顯著抑制了小鼠對(duì)熱痛刺激的反應(yīng)；利用化學(xué)遺傳學(xué)抑制cVLMTH神經(jīng)元或損毀cVLMTH神經(jīng)元?jiǎng)t顯著增強(qiáng)了對(duì)熱痛刺激的反應(yīng)。

圖3、cVLMTH神經(jīng)元有效地參與調(diào)控傷害感受行為

進(jìn)一步，光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)得到了與上述相同的結(jié)果：光遺傳學(xué)激活cVLMTH神經(jīng)元顯著抑制了對(duì)熱痛刺激的反應(yīng)。

圖4、利用光遺傳學(xué)刺激cVLMTH導(dǎo)致傷害感受行為的抑制

cVLMTH神經(jīng)元的下游神經(jīng)通路之一

是LC-SC

為了更深入理解cVLMTH神經(jīng)元如何發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用，研究人員利用病毒示蹤技術(shù)調(diào)查了cVLMTH神經(jīng)元的下游通路。結(jié)果顯示cVLMTH廣泛投射到LC，并且當(dāng)利用化學(xué)遺傳學(xué)激活cVLMTH時(shí)，投射到SC的LC神經(jīng)元顯著表達(dá)c-Fos。類似地，當(dāng)利用光遺傳學(xué)激活投射到LC的cVLMTH時(shí)，LC神經(jīng)元的鈣信號(hào)顯著升高。行為學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，光遺傳學(xué)激活投射到LC的cVLMTH時(shí)顯著抑制了熱痛刺激行為。

圖5、參與傷害感受行為調(diào)控的cVLM下游神經(jīng)通路：cVLM–LC–SC

以上結(jié)果表明cVLMTH神經(jīng)元能夠激活LC神經(jīng)元，但兩者是否形成單突觸連接？對(duì)LC腦切片進(jìn)行鈣信號(hào)記錄的結(jié)果表明，光遺傳學(xué)激活投射到LC的cVLMTH時(shí)，LCTH神經(jīng)元的鈣信號(hào)顯著升高，且腹側(cè)LC的鈣信號(hào)的升高顯著高于背側(cè)LC。逆行跨單突觸病毒示蹤結(jié)果進(jìn)一步表明，cVLMTH神經(jīng)元與LCTH神經(jīng)元形成單突觸連接。

圖6、cVLMTH與LCTH形成單突觸信號(hào)輸入

cVLMTH神經(jīng)元的鎮(zhèn)痛作用

依賴于SC中的去甲腎上腺素

研究人員進(jìn)一步研究了cVLMTH神經(jīng)元通過何種分子機(jī)制發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。藥理學(xué)研究結(jié)果表明，鞘內(nèi)注射a-2腎上腺素受體拮抗劑yohimbine顯著抑制了化學(xué)遺傳學(xué)激活cVLMTH神經(jīng)元所導(dǎo)致的鎮(zhèn)痛作用。類似地，選擇性敲除LC中的TH也顯著抑制了化學(xué)遺傳學(xué)激活cVLMTH神經(jīng)元所導(dǎo)致的鎮(zhèn)痛作用。相反，鞘內(nèi)注射a-2腎上腺素受體激動(dòng)劑可樂定顯著緩解了化學(xué)遺傳學(xué)抑制cVLMTH神經(jīng)元所導(dǎo)致的熱痛敏化作用。

圖7、cVLMTH對(duì)傷害感受行為的抑制是由去甲腎上腺素所介導(dǎo)的

cVLM對(duì)于counter-stimulus導(dǎo)致的

鎮(zhèn)痛作用是必要的

cVLMTH神經(jīng)元是否能夠緩解疼痛模型中的熱痛敏化？研究結(jié)果表明，化學(xué)遺傳學(xué)激活cVLMTH神經(jīng)元顯著抑制了CFA足底注射導(dǎo)致的熱痛行為。另外，過往研究表明注射辣椒素作為counter-stimulus能夠顯著降低熱痛刺激行為。

本研究發(fā)現(xiàn)，counter-stimulus顯著降低了cVLMTH神經(jīng)元在熱痛刺激下的鈣信號(hào)升高，且當(dāng)利用化學(xué)遺傳學(xué)抑制cVLMTH神經(jīng)元時(shí)，counter-stimulus無法再產(chǎn)生鎮(zhèn)痛效果。

圖8、cVLMTH對(duì)于counter-stimulus所引起的鎮(zhèn)痛作用的充分且必要的

總 結(jié)

綜上，該研究研究了除LC和RVM外的另一個(gè)重要的疼痛調(diào)控腦區(qū)cVLM，并發(fā)現(xiàn)cVLM通過cVLM–LC–SC通路發(fā)揮疼痛調(diào)節(jié)作用，靶向cVLM可能產(chǎn)生有效的鎮(zhèn)痛療法。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41593-023-01268-w

參考文獻(xiàn)

Gu, X., Zhang, Y.Z., O’Malley, J.J. et al. Neurons in the caudal ventrolateral medulla mediate descending pain control. Nat Neurosci (2023). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01268-w

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

校審：Simon（brainnews編輯部）

標(biāo)簽：腦科學(xué)神經(jīng)科學(xué)