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        疼痛和瘙癢由不同的前額葉神經(jīng)元集群編碼

        2023-11-06 14:51:04
        中國疼痛醫(yī)學雜志 2023年9期
        關(guān)鍵詞:前額丘腦遺傳學

        疼痛和瘙癢是兩種驅(qū)動不同行為反應的感覺。疼痛引起回避性反應,瘙癢引起搔抓行為。既往關(guān)于疼痛和瘙癢的研究,主要集中于外周和脊髓,兩者的中樞編碼機制有何差異尚不清楚。研究目的:探究疼痛和瘙癢兩種不同的感覺,如何在前額葉進行編碼?兩者的編碼機制有何異同?主要結(jié)果:(1)辣椒素(capsaicin,CAP)引起小鼠的疼痛反應,表現(xiàn)為舔足和縮足等反應。氯喹(chloroquine, CQ)是一種致癢劑,引起小鼠的搔抓行為。超微型顯微鏡鈣成像技術(shù)顯示,CAP 和CQ 均引起前邊緣皮質(zhì) (prelimbic cortex, PL) 神經(jīng)元的反應。但是,疼痛和瘙癢由各自獨立的PL 神經(jīng)元集群 (neural ensembles) 編碼。對兩種刺激均有反應的神經(jīng)元比例很低。(2)研究者結(jié)合FosTRAP 系統(tǒng)以及Fos 染色技術(shù),深入研究編碼疼痛和瘙癢的不同神經(jīng)元集群。將FosCreERT2(TRAP2) 小鼠與Cre 依賴的Ai9 小鼠雜交得到TRAP2::Ai9 小鼠。TRAP2::Ai9 小鼠第1次注射CAP 可以激活CAP-TRAPed 神經(jīng)元。如果第2 次注射是CAP,CAP-TRAPed 神經(jīng)元被重新激活比例高,表現(xiàn)為tdTomato+/Fos+雙標細胞比例高。如果第2 次注射是CQ,CAP-TRAPed 神經(jīng)元被重新激活比例很低,變現(xiàn)為tdTomato+/Fos+雙標細胞比例很低。進一步證明疼痛和瘙癢信息在PL 腦區(qū)分離處理。(3)對FosTRAP 標記的CAP 和CQ 激活的PL 神經(jīng)元進行腦片膜片鉗記錄,電生理數(shù)據(jù)表明PL 中與疼痛相關(guān)的神經(jīng)元集群具有較高的內(nèi)在興奮性。(4)化學遺傳學抑制PL 腦區(qū)CAP-TRAPed 神經(jīng)元集群,增加CAP 誘發(fā)的舔腳行為。激活這群神經(jīng)元有鎮(zhèn)痛作用。操縱CAP-TRAPed 神經(jīng)元集群,不影響CQ 誘發(fā)的瘙癢反應,也不影響運動。(5)化學遺傳學抑制PL 腦區(qū)CQ-TRAPed 神經(jīng)元集群,降低CQ 誘發(fā)的瘙癢反應。激活這群神經(jīng)元增加CQ 誘發(fā)的瘙癢反應。操縱CQ-TRAPed 神經(jīng)元集群,不影響CAP 誘發(fā)疼痛行為,也不影響運動。研究者也進一步對疼痛和瘙癢的負性情緒進行研究。結(jié)果表明,PL 中編碼疼痛和瘙癢神經(jīng)元集群互相獨立,并且對疼痛和瘙癢信息的處理機制不同。(6)逆行示蹤結(jié)果顯示,CAP-TRAPed 神經(jīng)元上游主要來自基底外側(cè)杏仁核 (basolateral amygdala, BLA),而CQ-TRAPed 上游主要來自初級軀體感覺皮質(zhì)和丘腦前核。(7)順行示蹤結(jié)果顯示,CAP-TRAPed 神經(jīng)元下游特異性投射到丘腦帶旁核(paratenial thalamic nucleus, PT)或背內(nèi)側(cè)丘腦(mediodorsal thalamus, MD),CQ-TRAPed 神經(jīng)元下游特異性投射到BLA。CAP-TRAPed 神經(jīng)元和CQ-TRAPed 神經(jīng)元均向下游投射到中腦導水管周圍灰質(zhì)及未定帶。化學遺傳學抑制PL-MD 環(huán)路,增加CAP 誘發(fā)的痛行為,但不影響CQ 作用?;瘜W遺傳學抑制PL-BLA 環(huán)路,抑制CQ 誘發(fā)的瘙癢行為,但不影響CAP 作用。結(jié)論:疼痛和瘙癢由不同的前額葉神經(jīng)元集群編碼,該研究為解析感覺信息的腦機制提供新思路。

        (Pan Q, Guo SS, Chen M,et al.Representation and control of pain and itch by distinct prefrontal neural ensembles.Neuron,2023, 111(15):2414-2431.e7.北京大學神經(jīng)科學研究所,劉一璇 譯,劉風雨 校)

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