樊炳乾 楊 麗 馬 雨 翟曉靜 張廣超 Mannan ABDUL ,3余雨媚 張紅星 曹君利,3

（1 江蘇省麻醉學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，徐州221004；2 江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，徐州221004；3 徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院麻醉科，徐州221002）

中腦多巴胺獎(jiǎng)賞系統(tǒng)由中腦腹側(cè)被蓋區(qū) (ventral tegmental area, VTA) 多巴胺能神經(jīng)元及其投射靶區(qū)如伏隔核 (nucleus accumbens, NAc)、前額葉皮質(zhì) (prefrontal cortex, PFC) 、海馬 (hippocampus) 等多個(gè)核團(tuán)共同構(gòu)成。VTA 位于黑質(zhì)和紅核之間的中腦區(qū)域，是一個(gè)由多種類型神經(jīng)元構(gòu)成的核團(tuán)，其中包含60%～65%的多巴胺能神經(jīng)元、30%～35%的γ-氨基丁酸能神經(jīng)元和2%～3%的谷氨酸能神經(jīng)元。VTA 是該系統(tǒng)中多巴胺的主要來源[1～3]。中腦多巴胺獎(jiǎng)賞系統(tǒng)在情感、感覺、應(yīng)激、動(dòng)機(jī)和獎(jiǎng)賞等相關(guān)生理和病理行為中發(fā)揮重要作用[4～8]。越來越多的證據(jù)表明，VTA 多巴胺能神經(jīng)元及其相關(guān)神經(jīng)環(huán)路在疼痛感覺調(diào)制中扮演著重要的角色[3,9,10]。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為疼痛是一種負(fù)性行為，疼痛抑制VTA多巴胺能神經(jīng)元活性，減少多巴胺的釋放；疼痛的緩解作為一種“獎(jiǎng)賞”效應(yīng)能夠激活多巴胺獎(jiǎng)賞系統(tǒng)，增加多巴胺釋放[7,9]。近年來，隨著研究手段的特異性不斷提高，出現(xiàn)了新的觀點(diǎn)：疼痛激活VTA多巴胺能神經(jīng)元，而抑制VTA 多巴胺能神經(jīng)元可以緩解疼痛[11,12]。上述觀點(diǎn)的分歧提示中腦多巴胺獎(jiǎng)賞系統(tǒng)，特別是VTA 多巴胺能神經(jīng)元在疼痛調(diào)制中存在著較大異質(zhì)性[5,13～15]。深入的了解VTA 多巴胺能神經(jīng)元在疼痛調(diào)制中的異質(zhì)性，將為疼痛及其相關(guān)疾病的神經(jīng)機(jī)制研究和治療提供新的思路和方向。本文將對(duì)VTA 多巴胺能神經(jīng)元在疼痛感覺調(diào)制中的異質(zhì)性進(jìn)行系統(tǒng)綜述，并試從VTA 多巴胺能神經(jīng)元的解剖定位與下游投射角度分析其異質(zhì)性的可能原因。

一、VTA 多巴胺能神經(jīng)元在疼痛調(diào)制中的異質(zhì)性表現(xiàn)

自20世紀(jì)初中腦邊緣系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)并命名以來，科學(xué)家們對(duì)該系統(tǒng)的研究主要集中在情緒、應(yīng)激、動(dòng)機(jī)以及獎(jiǎng)賞等領(lǐng)域。20 世紀(jì)80 年代以來，越來越多的研究提示該系統(tǒng)可能參與疼痛感覺的調(diào)制過程[4,16]。隨著研究手段的不斷更新和針對(duì)這一系統(tǒng)的研究向著細(xì)胞類型和下游投射腦區(qū)特異性的方向發(fā)展，研究結(jié)果開始出現(xiàn)較大分歧，甚至完全相反。本部分對(duì)VTA 多巴胺能神經(jīng)元在疼痛感覺調(diào)制中的異質(zhì)性進(jìn)行系統(tǒng)綜述。

1. 疼痛抑制VTA 多巴胺能神經(jīng)元，激活VTA多巴胺能神經(jīng)元可緩解疼痛

坐骨神經(jīng)結(jié)扎 (sciatic nerve ligation, SNL) 和外周神經(jīng)損傷 (peripheral nerve injury, PNI) 是常用的神經(jīng)病理性疼痛模型。早在2002 年，Ozaki 的研究表明，SNL 可以抑制由腹腔注射嗎啡所引起的多巴胺釋放[17]。嗎啡和可卡因等阿片類鎮(zhèn)痛藥物可以激活VTA 多巴胺能神經(jīng)元，足底注射甲醛或完全弗氏佐劑引起的炎性疼痛能減弱由嗎啡和可卡因引起的多巴胺能神經(jīng)元的活化[18]。在VTA 注射嗎啡或在NAc 注射可卡因可以激活VTA 投射至NAc的多巴胺能神經(jīng)元并增加多巴胺釋放，神經(jīng)病理性疼痛和癌痛則可以抑制嗎啡和可卡因注射引起的多巴胺釋放[19,20]。加巴噴丁是神經(jīng)病理性疼痛的一線治療藥物，研究發(fā)現(xiàn)，通過鞘內(nèi)注射加巴噴丁減輕了SNL 大鼠的痛覺敏化并增加了NAc 的多巴胺釋放[21]。另外，在脊髓損傷 (spinal cord injury, SCI) 動(dòng)物模型中（通?？梢鹇陨窠?jīng)病理性疼痛），運(yùn)用在體電生理技術(shù)記錄到模型大鼠VTA 多巴胺能神經(jīng)元自發(fā)放電率顯著降低，在給予嗎啡注射治療后SCI 大鼠VTA 多巴胺能神經(jīng)元自發(fā)放電率顯著升高[22]。外周神經(jīng)阻滯是臨床常用的鎮(zhèn)痛方法，通過對(duì)支配疼痛部位的外周神經(jīng)周圍局部浸潤局部麻醉藥（如利多卡因），可阻斷疼痛信號(hào)向中樞的傳入以達(dá)到緩解疼痛的目的。2012 年的一項(xiàng)研究表明，在切口痛(incisional pain, IP)動(dòng)物模型中，PNB可以增加大鼠VTA 多巴胺能神經(jīng)元的c-Fos 蛋白表達(dá)，同時(shí)增加了NAc 的多巴胺釋放（Navratilova 等. 2012）。

VTA 多巴胺能神經(jīng)元表達(dá)大量的食欲素受體，VTA 局部注射食欲素A 可激活VTA 多巴胺能神經(jīng)元并增加NAc 的多巴胺釋放，進(jìn)而緩解痛覺敏化，而在NAc 預(yù)先局部注射多巴胺D1 或D2 受體拮抗劑，可以減弱這一效果（Yazdi 等. 2014）?；瘜W(xué)遺傳學(xué)技術(shù)和光遺傳學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)使高度特異性調(diào)制核團(tuán)之間的神經(jīng)元活性成為了可能。2018 年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，SNL 和癌痛模型小鼠的VTA 多巴胺神經(jīng)元放電頻率降低，運(yùn)用光遺傳學(xué)技術(shù)特異性激活VTA-NAc 的多巴胺能神經(jīng)元，可以緩解SNL 和癌痛引起的痛行為[20]。臨床和基礎(chǔ)研究均表明，運(yùn)動(dòng)可以緩解疼痛 (exercise-induced hypoalgesia, EIH)[23]。Wakaizumi 等在部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎 (partial sciatic nerve ligation, PSNL) 模型小鼠中模擬出EIH，而化學(xué)遺傳學(xué)特異性抑制VTA-NAc 投射的多巴胺能神經(jīng)元可以拮抗EIH[24]。

2.疼痛激活VTA 多巴胺能神經(jīng)元，抑制VTA多巴胺能神經(jīng)元產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用

同時(shí)，關(guān)于VTA 多巴胺能神經(jīng)元參與疼痛調(diào)制的研究中也不乏與前述不同的研究結(jié)果。早在1993 年，Ma 等的研究就發(fā)現(xiàn)，足底注射甲醛增加了大鼠VTA 多巴胺能神經(jīng)元的c-Fos 蛋白表達(dá)[11]。辣椒素受體TRPV1 (transient receptor potential vanilloid 1) 是神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控傷害性感受和神經(jīng)元活動(dòng)的重要離子通道[25]。在VTA，激活TRPV1 受體可活化多巴胺能神經(jīng)元。尾部電刺激（一種急性疼痛刺激）能增加大鼠 NAc 的多巴胺釋放，而VTA 局部注射TRPV1 拮抗劑可逆轉(zhuǎn)由尾部電刺激引起的多巴胺釋放增加[26]，提示電刺激可活化VTA 投射至NAc的多巴胺能神經(jīng)元。在體鈣成像技術(shù)是通過檢測(cè)神經(jīng)元局部鈣離子水平變化來反映群體神經(jīng)元活性的一項(xiàng)新技術(shù)。2018 年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，尾部夾捏刺激可升高小鼠VTA 多巴胺能神經(jīng)元的鈣信號(hào)水平，而輕微的尾部觸摸并未改變鈣信號(hào)水平[27]，提示急性疼痛刺激可以激活VTA 多巴胺能神經(jīng)元。另外，SNL 慢性神經(jīng)病理性疼痛大鼠的VTA 多巴胺能神經(jīng)元活化比例也增加[2]。坐骨神經(jīng)結(jié)扎性損傷 (chronic constrictive injury, CCI) 是慢性神經(jīng)病理性疼痛模型，Zhang 等的研究發(fā)現(xiàn)，小鼠VTA 多巴胺能神經(jīng)元的c-Fos 表達(dá)增加，神經(jīng)元放電頻率升高，光遺傳學(xué)抑制VTA-NAc 投射特異性的多巴胺能神經(jīng)元活性能夠有效緩解CCI 小鼠的痛覺敏化[12]。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)阻斷NAc 活化減輕了下頜張開疼痛模型引起的痛覺敏化[28]。另外一項(xiàng)關(guān)于坐骨神經(jīng)分支損傷 (spared nerve injury, SNI) 的神經(jīng)病理性疼痛研究也發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，模型大鼠的VTA 多巴胺能神經(jīng)元的放電頻率顯著增加，而腹腔注射加巴噴丁緩解了SNI 大鼠的痛覺敏化并降低了VTA 多巴胺能神經(jīng)元放電頻率[29]。這些證據(jù)提示，急慢性疼痛均可激活VTA 多巴胺能神經(jīng)元或增加其下游腦區(qū)多巴胺釋放。

上述證據(jù)提示，不同實(shí)驗(yàn)條件下VTA 多巴胺能神經(jīng)元對(duì)疼痛刺激表現(xiàn)出不同的反應(yīng)（異質(zhì)性）。本綜述試從VTA 亞區(qū)的解剖定位及其多巴胺能神經(jīng)元投射聯(lián)系的角度分析出現(xiàn)上述異質(zhì)性的原因。

二、VTA 多巴胺能神經(jīng)元的解剖功能異質(zhì)性

VTA 由臂旁色素核 (parabrachial pigmented area, PBP)、黑質(zhì)旁核 (paranigral nucleus, PN)、束間核(interfascicular nucleus, IF)、嘴側(cè)線狀裂核(rostral linear nucleus raphe, RLi)和尾側(cè)線狀裂核(caudal linear nucleus raphe, CLi) 等多個(gè)亞核組成。依據(jù)其空間結(jié)構(gòu)又可以分為前側(cè)VTA (anterior VTA, aVTA) 與后側(cè)VTA (posterior VTA, pVTA)，嘴側(cè)VTA (rostral VTA, rVTA) 與尾側(cè)VTA (caudal VTA, cVTA) 或背側(cè)VTA (dorsal VTA, dVTA) 與腹側(cè)VTA (ventral VTA, vVTA)[5,30～33]（見圖1）。VTA 多巴胺能神經(jīng)元在不同亞區(qū)的分布存在著差異性，表現(xiàn)為pVTA ＞ aVTA ＞ tVTA (tail VTA)，其中tVTA 的多巴胺能神經(jīng)元密度遠(yuǎn)低于GABA 能神經(jīng)元密度[33]，不同亞區(qū)細(xì)胞類型的含量不同或同種細(xì)胞的投射差異（詳見投射異質(zhì)性部分）可能是VTA 功能異質(zhì)性的一個(gè)重要原因。

1.背側(cè)VTA 和腹側(cè)VTA 多巴胺能神經(jīng)元的功能異質(zhì)性

足底電刺激是常用的傷害性和厭惡刺激。小鼠在接受足底電刺激時(shí)，VTA 背側(cè)和腹側(cè)的多巴胺能神經(jīng)元表現(xiàn)出不同的反應(yīng)：電刺激抑制背側(cè)VTA多巴胺能神經(jīng)元而興奮腹側(cè)VTA 多巴胺能神經(jīng)元，并且腹側(cè)VTA 多巴胺能神經(jīng)元較背側(cè)爆發(fā)式放電多[15]，提示VTA 腹側(cè)和背側(cè)的多巴胺能神經(jīng)元在調(diào)控傷害性刺激上存在著差異。

2.嘴側(cè)VTA 和尾側(cè)VTA 多巴胺能神經(jīng)元的功能異質(zhì)性

長期暴露于嗎啡會(huì)增加VTA 多巴胺能神經(jīng)元磷脂酶Cγ1 (phospholipase Cγ1, PLCγ1)（一種參與神經(jīng)營養(yǎng)信號(hào)傳遞的蛋白）的表達(dá)。行為學(xué)水平，rVTA 與cVTA 的PLCγ1 過表達(dá)對(duì)行為的影響存在著差異：rVTA 局部PLCγ1 過表達(dá)增強(qiáng)了嗎啡所引起的位置偏好，而cVTA 局部PLCγ1 過表達(dá)減弱了由嗎啡引起的位置偏好。此外，rVTA 局部PLCγ1過表達(dá)增強(qiáng)了對(duì)蔗糖的偏好，但不會(huì)影響對(duì)應(yīng)激或傷害性刺激的反應(yīng)。相反，在cVTA 中，PLCγ1 的過表達(dá)減弱了對(duì)蔗糖的偏好，增強(qiáng)了對(duì)應(yīng)激和傷害性刺激的敏感性[30]。這些結(jié)果表明，rVTA 和cVTA多巴胺能神經(jīng)元在調(diào)節(jié)傷害性刺激等行為上存在著差異。

另外，通過對(duì)比2017 年和2018 年的兩項(xiàng)疼痛相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)，激活VTA 多巴胺能神經(jīng)元產(chǎn)生鎮(zhèn)痛效果的VTA注射坐標(biāo)位于前側(cè)VTA (Bregma-2.5)[20]，而抑制VTA 多巴胺能神經(jīng)元產(chǎn)生鎮(zhèn)痛效果VTA 注射坐標(biāo)位于后側(cè)VTA (Bregma-3.3)[12]，提示VTA多巴胺能神經(jīng)元的解剖特異性可能是引起疼痛感覺調(diào)控差異的重要原因。

三、特異性投射VTA 多巴胺能神經(jīng)元的功能異質(zhì)性

如上所述，VTA 多巴胺能神經(jīng)元與多個(gè)核團(tuán)存在著復(fù)雜的投射聯(lián)系。VTA 多巴胺能神經(jīng)元接收來自前額葉皮質(zhì) (mPFC)、伏隔核 (NAc)、中縫背核 (DRN)、外側(cè)下丘腦 (LHT) 等核團(tuán)的投射[34]。不同亞區(qū)的VTA 多巴胺能神經(jīng)元可能投射到不同的下游腦區(qū)。例如，在尾側(cè)中腦，外側(cè)VTA 的多巴胺能神經(jīng)元主要投射到NAc 外側(cè)殼 (NAc lateral shell)，而內(nèi)側(cè)VTA 的多巴胺能神經(jīng)元主要投射到NAc 核 (NAc core)、NAc 內(nèi) 側(cè) 殼 (NAc medial shell)、基 底外側(cè)杏仁核 (BLA) 以及內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì) (mPFC)[32]（見圖2）。同時(shí)，在細(xì)胞學(xué)水平上，不同投射特異性的VTA 多巴胺能神經(jīng)元的動(dòng)作電位時(shí)程也存在著差異：NAc ＞ mPFC ＞ Amygdala，同時(shí)不同靶向的多巴胺能神經(jīng)元對(duì)激活D2 受體的反應(yīng)性也存在著差異：Amygdala 投射的VTA 神經(jīng)元不會(huì)被D2受體激活而超極化[14]。

圖1 VTA 分區(qū)示意圖 [15,30,33]

研究表明，與VTA 多巴胺能神經(jīng)元的不同投射連接可能是其功能特異性的一個(gè)重要原因。比如，來自大腦腳背蓋背側(cè)核 (laterodorsal tegmentum nucleus, LDT) 的谷氨酸能神經(jīng)元激活VTA 多巴胺能神經(jīng)元可以引起條件性位置偏好 ，而來自于外側(cè)韁核 (lateral habenula, LHb)的谷氨酸能神經(jīng)元激活VTA 多巴胺能神經(jīng)元?jiǎng)t引起了條件性位置厭惡[6]。此外，投射到不同下游核團(tuán)的VTA 多巴胺能神經(jīng)元介導(dǎo)的行為同樣存在著差異性。例如，在慢性社交挫敗應(yīng)激引起的抑郁癥模型中，抑郁易感小鼠投射至NAc 的VTA 多巴胺能神經(jīng)元放電頻率增加，而投射至mPFC 的多巴胺能神經(jīng)元放電頻率減少。激活VTA-NAc 的多巴胺能神經(jīng)元誘發(fā)了抑郁樣行為，相反，抑制VTA-mPFC 的多巴胺能神經(jīng)元誘發(fā)了抑郁樣行為[35]。

圖2 VTA 多巴胺能神經(jīng)元投射異質(zhì)性（內(nèi)側(cè)和外側(cè)VTA）[32]

以上證據(jù)表明，不同亞區(qū)的VTA 多巴胺能神經(jīng)元具有特異的生理特征和投射聯(lián)系，這可能是導(dǎo)致其調(diào)控疼痛感覺和其他功能異質(zhì)性的重要原因。

四、結(jié)語與展望

本文系統(tǒng)的綜述了VTA 多巴胺能神經(jīng)元在疼痛感覺調(diào)控中的異質(zhì)性表現(xiàn)，并從神經(jīng)解剖異質(zhì)性和投射異質(zhì)性角度對(duì)VTA 多巴胺能神經(jīng)元調(diào)控疼痛感覺異質(zhì)性的可能原因進(jìn)行了深入分析。近年來，越來越多的研究開始關(guān)注不同亞區(qū)投射特異性多巴胺能神經(jīng)元在不同病理生理過程中的不同功能，并逐漸成為VTA 多巴胺能神經(jīng)元研究的重要方向[31,36]。另外，VTA 不同亞區(qū)多巴胺能神經(jīng)元與其上下游核團(tuán)不同亞區(qū)之間的聯(lián)系及其功能可能會(huì)成為未來重要的研究方向。深入了解VTA 多巴胺能神經(jīng)元在疼痛及情緒等行為調(diào)控中的異質(zhì)性，為研究疼痛及其伴隨情緒癥狀（如疼痛-抑郁共?。┑陌l(fā)病機(jī)制和治療提供高度特異性的新思路。