研究闡明痛覺信息處理的神經環路機制

2021-02-12 中科院之聲

近日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室研究員孫衍剛研究組完成的研究論文，以《臂旁核將脊髓上行的痛覺信息直接傳遞到丘腦板內核而非杏仁核》為題，在線發表在《神經元》上。該研究闡明了痛覺相關信息長程傳遞和誘發保護性行為的細胞及神經環路機制。

　　

痛覺是人和動物感知機體內外環境變化和威脅的重要途徑，在維持個體生存和健康方面發揮重要作用。然而，慢性疼痛給患者帶來痛苦，影響患者的生活質量，是亟須解決的重要臨床難題之一。深入解析痛覺信息處理的神經機制將有助於發現慢性疼痛治療的新靶點。近年來，脊髓水平痛覺信息處理的分子和細胞機制研究取得了進展。然而，痛覺相關信息是如何從脊髓傳遞到大腦，知之甚少，這限制了對腦內痛覺信息處理相關神經環路的深入解析。

　　

以往研究表明，脊髓投射神經元將軀體感覺信息傳遞到多個腦區，包括丘腦、導水管周圍灰質、孤束核和臂旁核等。利用病毒示蹤的方法，研究人員發現小鼠單側脊髓的投射神經元同時投射到同側和對側臂旁核，這與脊髓上行投射到其他腦區的對側投射模式有很大差異。動物在局部受傷或者出現炎症反應後經常表現出保護性的舔舐行為。研究人員利用藥理遺傳學、光遺傳學方法研究同、對側脊髓-臂旁核環路在炎症痛誘發的保護性舔舐行為中的作用。研究發現抑制同側脊髓-臂旁核環路能顯著降低炎症痛誘發的舔舐行為，但抑制對側脊髓-臂旁核環路則不影響相關的舔舐行為。與上述結果一致，激活同側脊髓-臂旁核環路能誘發舔舐行為，而激活對側環路則不能誘發舔舐行為。研究進一步發現，臂旁核中大部分接收脊髓輸入的神經元表達速激肽Ⅰ型受體（Tacr1）。此外，Tacr1陽性神經元能被多種傷害性刺激選擇性激活，並在痛覺信息處理過程中發揮關鍵作用。前人推測，臂旁核可能將脊髓上行的軀體感覺信息傳遞到杏仁核。與前人推測不一致的是，該研究發現接收脊髓輸入的臂旁核細胞與丘腦板內核而非杏仁核中的神經元形成直接的興奮性突觸連接。這些研究結果表明，同側脊髓-臂旁核環路將來自脊髓的痛覺相關信息直接傳遞到丘腦板內核而非杏仁核。該研究揭示了脊髓內的痛覺相關信息上行傳遞的細胞和環路機制，為進一步研究痛覺信息處理環路的可塑性和調控機制奠定了基礎。

　

該研究在孫衍剛的指導下，主要由博士鄧娟完成，實驗室成員周華等做出重要貢獻，並得到腦智卓越中心研究員許曉鴻的支持。研究工作受到中科院、國家自然科學基金委員會以及上海市的資助。

圖註：同側脊髓臂旁核環路直接將脊髓上行的痛覺信息傳遞到丘腦板內核而非杏仁核。脊髓投射神經元同時投射到對側（白線）和同側（黃線）臂旁核。大部分接收脊髓輸入的臂旁核神經元分布在背外側臂旁核（紅色），這些神經元主要投射到丘腦板內核（粉線），與杏仁核有少量連接（藍色細線）。少量接收脊髓輸入的臂旁核神經元分布在腹外側臂旁核（藍色）。

來源：中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心

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