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徐州醫科大學周春藝研究團隊揭示編碼急性和慢性疼痛的基底神經節多級環路

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徐州醫科大學周春藝研究團隊揭示編碼急性和慢性疼痛的基底神經節多級環路
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丘腦底核(STN)位于基底神經節的谷氨酸能核團 ， 具備調節運動、疼痛和認知功能 。 已有研究表明光激活STN區域神經元后能夠降低小鼠的疼痛閾值 。 帕金森患者深部腦刺激STN后能夠明顯緩解疼痛 。
STN接受來自于皮層和皮層下區域興奮性和抑制性輸入：黑質網狀部(SNr)和外側蒼白球部(GPe)抑制性神經元投射到STN區域 。 此外 ， STN向基底神經節和非基底神經節結構發送谷氨酸能投射 。
【徐州醫科大學周春藝研究團隊揭示編碼急性和慢性疼痛的基底神經節多級環路】2022年12月15日徐州醫科大學麻醉學院周春藝研究團隊揭示了STN可作為急性和慢性疼痛信息中繼站 ， 接受來自于上游SNr區域抑制性輸入 ， 并投射到下游外側臂旁核 ， 整合疼痛信息并調控疼痛行為 。
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急性和慢性疼痛激活STN區域谷氨酸能神經元
在弗氏佐劑和神經損傷等多個疼痛模型中STN區域神經元大量激活 。 電生理實驗也發現在疼痛中STN區域神經元放電頻率增加 。 光纖鈣成像技術也發現在機械性刺激活高溫環境下STN區域谷氨酸能神經元鈣離子活性增加 。
徐州醫科大學周春藝研究團隊揭示編碼急性和慢性疼痛的基底神經節多級環路
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圖1：急性和慢性疼痛激活STN區域谷氨酸能神經元
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STN-Glu-LPB-Glu環路調控疼痛行為
病毒示蹤實驗發現STN區域谷氨酸能神經元投射到外側臂旁核（LPB） ， 并與該區域谷氨酸能神經元形成功能性連接-STN-Glu-LPB-Glu環路 。 光纖記錄系統記錄到機械刺激小鼠后爪引起LPB區域神經元鈣離子活性增加 ， 而在慢性抑制STN區域谷氨酸能神經元后能夠阻斷上述鈣離子活性的增加 。
光激活STN–LPB環路后引起正常小鼠機械性超敏反應 ， 而在抑制該神經環路后也能明顯緩解炎癥疼痛和神經損傷疼痛模型雄性小鼠的疼痛 。
進一步的實驗證實STN–LPB環路也能調控雌性小鼠的疼痛樣行為：光激活STN–LPB環路后引起雌性小鼠機械和熱痛閾值的降低 ， 抑制該神經環路后也能明顯改善多種疼痛模型雌性小鼠的痛覺 。
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圖2：STN-Glu-LPB-Glu環路調控疼痛行為
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SNr-GABASTN-GluLPB-Glu多級神經環路
調控慢性疼痛
電生理實驗發現疼痛模型小鼠STN區域神經元微小抑制性突觸后電流降低 。 病毒示蹤實驗表明STN區域神經元接受來自于SNr,GPe和PPN（大腦腳間核）等多個腦區抑制性神經元的輸入 ， 但是在疼痛模型小鼠中僅SNr抑制性神經元自發性放電活動減弱 。
研究人員最后通過跨多級示蹤病毒發現STN–LPB興奮性神經環路接受來自于SNr抑制性神經元輸入 ， 形成SNr-GABASTN-GluLPB-Glu功能性神經環路 。
機械刺激能夠明顯激活LPB神經元活性 ， 在慢性激活SNr-GABA-STN-Glu環路后可明顯降低LPB神經元的激活 。 此外 ， 慢性激活SNr-GABASTN-GluLPB-Glu神經環路可明顯緩解疼痛模型小鼠的痛覺 ， 而在特異性誘導STN神經元凋亡后可阻斷上述緩解作用 。
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圖3：SNr-GABASTN-GluLPB-Glu多級神經環路調控慢性疼痛
總結
本文發現調控雌性和雄性小鼠急性和慢性疼痛基底核多級神經環路：SNr-GABASTN-GluLPB-Glu神經環路 。 在急性和慢性疼痛中STN谷氨酸能神經元大量激活 ， 與此同時SNr抑制性神經元活性降低 。
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