Nature Neurosci：疼痛调控新神经环路

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　　众所周知，痛觉具有复杂的调控机制。早在50多年前，科学家们就发现，电刺激脊髓上的一些脑区能够产生镇痛作用。蓝斑核（locus coeruleus, LC）和延髓吻侧腹内侧核（rostral ventromedial medulla, RVM）分别通过在脊髓（spinal cord, SC）中释放去甲肾上腺素和血清素调控伤害感受的脊髓通路。此外，延髓尾侧腹外侧核（caudal ventrolateral medulla, cVLM）被认为是参与疼痛调控的重要脑区。有研究表明伤害性刺激导致VLM表达c-Fos。但cVLM中参与疼痛的神经元群体的分子特征和相关神经通路，尚未可知。

　　美国NIH的Mark A. Hoon和国家心理健康研究所的Mario Penzo团队于2023年3月9日在Nature Neuroscience合作发表原著论文，揭示了cVLM中的儿茶酚胺能神经元通过cVLM–LC–SC通路，缓解伤害感受行为和炎症性疼痛导致的热刺激痛觉敏化，参与counter-stimulus导致的镇痛作用，且揭示了cVLM的镇痛需要去甲肾上腺素的参与。

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　　儿茶酚胺能cVLM神经元被伤害刺激激活

　　研究人员首先再现了cVLM神经元在伤害感受刺激下表达c-Fos。单侧辣椒素或ATP足底注射均导致双侧cVLM显著表达c-Fos。免疫组化结果表明，大多数TH阳性cVLM神经元表达c-Fos，因此本研究主要聚焦于cVLMTH神经元。原位杂交结果进一步表明，TH主要与VGlut2、而非Vgat共标，说明cVLMTH主要为谷氨酸能神经元。

　　图1、脑干中的cVLMTH神经元被辣椒素激活

　　为了进一步验证上述结果，研究人员对cVLMTH神经元进行了在体钙成像记录。结果显示，辣椒素注射、伤害性热刺激和机械刺激均显著升高了cVLMTH神经元钙信号。

　　图2、cVLMTH神经元被伤害性刺激激活

　　激活cVLMTH神经元抑制伤害刺激反应

　　上述结果表明了cVLMTH神经元与疼痛的相关性。研究结果进一步调查了cVLMTH神经元如何参与疼痛信号传递。利用化学遗传学激活cVLMTH神经元显著抑制了小鼠对热痛刺激的反应；利用化学遗传学抑制cVLMTH神经元或损毁cVLMTH神经元则显著增强了对热痛刺激的反应。

　　图3、cVLMTH神经元有效地参与调控伤害感受行为

　　进一步，光遗传学实验得到了与上述相同的结果：光遗传学激活cVLMTH神经元显著抑制了对热痛刺激的反应。

　　图4、利用光遗传学刺激cVLMTH导致伤害感受行为的抑制

　　cVLMTH神经元的下游神经通路之一是LC-SC

　　为了更深入理解cVLMTH神经元如何发挥镇痛作用，研究人员利用病毒示踪技术调查了cVLMTH神经元的下游通路。结果显示cVLMTH广泛投射到LC，并且当利用化学遗传学激活cVLMTH时，投射到SC的LC神经元显著表达c-Fos。类似地，当利用光遗传学激活投射到LC的cVLMTH时，LC神经元的钙信号显著升高。行为学实验表明，光遗传学激活投射到LC的cVLMTH时显著抑制了热痛刺激行为。

　　图5、参与伤害感受行为调控的cVLM下游神经通路：cVLM–LC–SC

　　以上结果表明cVLMTH神经元能够激活LC神经元，但两者是否形成单突触连接？对LC脑切片进行钙信号记录的结果表明，光遗传学激活投射到LC的cVLMTH时，LCTH神经元的钙信号显著升高，且腹侧LC的钙信号的升高显著高于背侧LC。逆行跨单突触病毒示踪结果进一步表明，cVLMTH神经元与LCTH神经元形成单突触连接。

　　图6、cVLMTH与LCTH形成单突触信号输入

　　cVLMTH神经元的镇痛作用依赖于SC中的去甲肾上腺素

　　研究人员进一步研究了cVLMTH神经元通过何种分子机制发挥镇痛作用。药理学研究结果表明，鞘内注射a-2肾上腺素受体拮抗剂yohimbine显著抑制了化学遗传学激活cVLMTH神经元所导致的镇痛作用。类似地，选择性敲除LC中的TH也显著抑制了化学遗传学激活cVLMTH神经元所导致的镇痛作用。相反，鞘内注射a-2肾上腺素受体激动剂可乐定显著缓解了化学遗传学抑制cVLMTH神经元所导致的热痛敏化作用。

　　图7、cVLMTH对伤害感受行为的抑制是由去甲肾上腺素所介导的

　　cVLM对于counter-stimulus导致的镇痛作用是必要的

　　cVLMTH神经元是否能够缓解疼痛模型中的热痛敏化？研究结果表明，化学遗传学激活cVLMTH神经元显著抑制了CFA足底注射导致的热痛行为。另外，过往研究表明注射辣椒素作为counter-stimulus能够显著降低热痛刺激行为。

　　本研究发现，counter-stimulus显著降低了cVLMTH神经元在热痛刺激下的钙信号升高，且当利用化学遗传学抑制cVLMTH神经元时，counter-stimulus无法再产生镇痛效果。

　　图8、cVLMTH对于counter-stimulus所引起的镇痛作用的充分且必要的

　　总 结

　　综上，该研究研究了除LC和RVM外的另一个重要的疼痛调控脑区cVLM，并发现cVLM通过cVLM–LC–SC通路发挥疼痛调节作用，靶向cVLM可能产生有效的镇痛疗法。

　　原文链接：

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

　　参考文献

　　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

　　编译作者：Hong Chaoli（brainnews创作团队）

　　校审：Simon（brainnews编辑部）

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