研究揭示痛覺信息處理的神經環路機制

文章來源:腦科學與智能技術卓越創新中心  |  發布時間:2020-07-08  |  【打印】 【關閉

  

  20207月9日,《神经元》杂志在线发表了题为《臂旁核将脊髓上行的痛觉信息直接传递到丘脑板内核而非杏仁核》的研究论文,该研究由中國科學院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室孙衍刚研究组完成。该项研究阐明了痛觉相关信息长程传递和诱发保护性行为的细胞及神经环路机制。 

  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極大痛苦,嚴重影響患者的生活質量,是亟需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于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突破性進展。然而,我們對痛覺相關信息是如何從脊髓傳遞到大腦的還知之甚少。這限制了我們對腦內痛覺信息處理相關神經環路的深入解析。 

  以往的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爲。研究人員利用藥理遺傳學、光遺傳學方法研究了同、對側脊髓-臂旁核環路在炎症痛誘發的保護性舔舐行爲中的作用。他們發現抑制同側脊髓-臂旁核環路能顯著降低炎症痛誘發的舔舐行爲,但抑制對側脊髓-臂旁核環路則不影響相關的舔舐行爲。與上述結果一致,激活同側脊髓-臂旁核環路能誘發舔舐行爲,而激活對側環路則不能誘發舔舐行爲。研究人員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。與前人的推測不一致的是,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,爲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。 

  該項研究在腦智卓越中心孫衍剛研究員的指導下,主要由鄧娟博士完成,實驗室成員周華、林軍凱、沈子璇、陳文振、王林翰等做出了重要貢獻,研究過程中得到腦智卓越中心許曉鴻研究員的大力支持。本項目得到了中科院、國家自然科學基金委員會以及上海市的資助。    

  圖注: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)。