怎麼測疼痛閾值
疼痛機制的研究一直是神經生物學領域的熱點。
現有研究認為，疼痛是由一系列複雜因素如病因、遺傳、環境因素共同參與的神經生物學過程。典型的疼痛可以透過物理因素，如炎症啟用和外傷引起，也可以透過慢性精神疾病引起。
許多腦區，如丘腦、杏仁核、前額皮層和前扣帶回皮層等，在參與
慢性疼痛中樞調節
的同時，也
與抑鬱樣症狀
相關
。臨床上經常會見到抑鬱症與疼痛共患病，但多方證據表明，傳統止痛藥對抑鬱症患者的疼痛緩解效果不佳。導致這種現象出現的原因可能是，
組織損傷引起疼痛的機制與抑鬱症引起異常疼痛的機制不同
。
2021年3月8日，中國科學技術大學張智、李娟和晉豔等在
Nature Neuroscience
雜誌發表了一項研究提出：
不同的丘腦皮層環路介導了組織損傷和抑鬱樣狀態導致的疼痛超敏。
研究確定雄性小鼠中存在
兩個分離的穀氨酸能神經環路
：從
丘腦後核
（POGlu）
到原代體感皮層的穀氨酸能神經元
（S1Glu）
的投射
介導了組織損傷引起的異常性疼痛，而來自
丘腦束旁核
（PF）
的穀氨酸能神經元到前扣帶回皮層的神經元
（ACCGABA→Glu）介導與抑鬱樣狀態相關的異常性疼痛。
先前的研究表明，與健康志願者及沒有抑鬱症的慢性疼痛患者相比，抑鬱症慢性疼痛患者的中央杏仁核到背脊核之間的功能連通性降低；抑鬱樣異常性疼痛的小鼠模型中發現了杏仁核到丘腦束旁核環路的不良塑性，但在炎症性或神經性疼痛的小鼠中則沒有。
皮層是區分處理不同的情緒和身體訊號的高階中樞集合點。丘腦是通往皮層的門戶，
丘腦皮層結構對於疼痛的表達必不可少
。但在單獨的組織損傷或抑鬱狀態下，具體哪個丘腦皮層環路如何介導疼痛症狀尚不清楚。此外，丘腦是一種異質結構：它在解剖結構上與皮層區域如PFC，ACC，IC，S1，S2分別相連。然而，丘腦皮層環路特異性組織確切的細胞型別在不同病因引起的疼痛中的功能仍然未知。
在本研究中，作者使用
完全弗氏佐劑
（CFA）和
坐骨神經損傷
（SNI）建立了組織損傷相關性異常性疼痛的小鼠模型，透過Von Frey及行為學測試驗證模型，模型表現為CFA3天及SNI7天出現疼痛閾值顯著降低，但未表現出類似抑鬱的行為。
結合免疫熒光共染色，利用CaMK2-Cre與Ai14轉基因雜交小鼠，以及離體電生理，體內多四級電生理，光度鈣成像，研究人員發現，
在組織損傷相關的異常性疼痛中PO
Glu
神經元活性增強
。
PO參與組織損傷相關的異常性疼痛
然後，研究人員透過
慢性束縛應激
（CRS）或
慢性不可預測的應激
（CUS）建立了小鼠抑鬱相關性異常性疼痛的模型。透過Von Frey及行為學測試驗證模型，模型表現為CRS後3周或CUS後10天，小鼠在常規測定中均表現出明顯的異常性疼痛和多種抑鬱樣行為，如社互動動試驗中在社交區域時間減少，懸尾試驗和強迫游泳試驗中不動時間增加。
為了研究異常性疼痛是否由抑鬱導致，研究人員採用藥理學實驗對CRS和CUS及CFA和和SNI模型組小鼠注射抗抑鬱藥帕羅西汀，發現抗抑鬱藥對CFA和和SNI模型組小鼠的疼痛閾值沒有影響，但CRS和CUS模型組小鼠的異常疼痛和抑鬱樣行為得到了顯著緩解。
結合免疫熒光共染色，離體電生理，體內多四級電生理，光度鈣訊號及藥理學實驗，研究人員發現，
在慢性應激引起的抑鬱樣狀態導致的異常疼痛中，PF
Glu
神經元的興奮性降低。
PF（而不是PO）與抑鬱症樣狀態引起的異常性疼痛有關
因為丘腦最顯著的特徵是它與大腦皮層的相互連線，為了確定這些區域之間與疼痛相關的途徑，研究人員剖析了
不同丘腦皮層環路的功能連線性
。
將AAV-DIO-ChR2-mCherry注入CaMK2-Cre轉基因小鼠的PO中，3周後，在與疼痛相關的原代體感皮層S1HL，觀察到mCherry 陽性纖維，結合病毒遺傳學及免疫熒光共染色，證實PO–S1HL的預測。
隨後研究人員採用了細胞型別特異性逆行單突觸病毒追蹤系統，證實了
PO
Glu
→S1HL
Glu
途徑
。接下來，為了檢查POGlu →S1HLGlu途徑的功能連線，研究人員進行了光遺傳學實驗，膜片鉗及體內多四極體記錄，資料表明，
PO
Glu
神經元向S1HL
Glu
神經元傳送單突觸投射
。
POGlu →S1HL環路的剖檢視
根據上述結果，研究人員假設，如果S1HL神經元被POGlu在興奮狀態下輸入所支配，那麼在組織損傷條件下輸入的增加會引起興奮作用。免疫組織化學，全細胞記錄，體內多四級體和光度鈣訊號，雙光子鈣成像表明，在CFA 3D或SNI 7D處理後，小鼠S1HLGlu神經元的興奮性增加，AAV-DIO–hM4Di–mCherry注入CaMK2-Cre轉基因小鼠可選擇性抑制PO Glu神經元，從而消除了這些作用。對S1HL中的PO Glu末端進行光學抑制，獲得了相似的效果。
這些結果表明
PO
Glu
→S1HL
Glu
環路在組織損傷誘導的異常性疼痛中的功能因果關係
。
POGlu →S1HLGlu 電路控制與組織損傷相關的異常性疼痛
接著研究人員剖析了
PF皮層環路
，將AAV-DIO-ChR2-mCherry注入CaMK2-Cre轉基因小鼠的PF中，3周後，在與疼痛和情感都相關的腦區ACC中，觀察到mCherry 陽性纖維，結合病毒遺傳學及免疫熒光共染色，證實PF–ACC的預測。隨後研究人員採用了細胞型別特異性逆行單突觸病毒追蹤系統，發現PFGlu神經元優先投射到ACC的GABA能神經元上。
接下來，為了檢查環路的功能連線，研究人員進行了光遺傳學實驗，膜片鉗記錄，發現ACCGlu神經元被區域性ACCGABA中神經支配，兩者均接受直接PFGlu輸入。結合體內多四極體記錄，
證實了功能性PF
Glu
→ACC
GABA→Glu
電路的存在
。
PFGlu →ACCGABA→Glu環路剖檢視
為了檢驗PFGlu →ACCGABA→Glu途徑的神經元活性，研究人員透過膜片鉗、體內多四極體記錄、光度鈣訊號記錄和雙光子鈣成像發現，
在CRS 3W小鼠和CUS 10D小鼠中ACC
GABA
神經元的興奮性降低
。
結合光遺傳及化學遺傳，發現
PF
Glu
神經元的化學啟用可以逆轉ACC
Glu
神經元的過度興奮性，抑制ACC
GABA
神經元從而減輕CRS 3W和CUS 10D小鼠的異常性疼痛及抑鬱樣行為
。
PFGlu →ACCGABA→Glu電路控制由抑鬱樣狀態引起的異常性疼痛
結 論
這項研究定義了
不同的丘腦皮層POGlu→S1HLGlu和PFGlu→ACCGABA→Glu環路
，
組織損傷
和
抑鬱樣狀態
分別透過這些環路
介導產生疼痛
。
這些過程的核心是
環路機制
，涉及在組織損傷條件下從POGlu神經元向S1HLGlu神經元的興奮增加，以及在類似抑鬱症的條件下，PFGlu神經元對ACCGABA-神經元投射ACCGlu神經元的興奮減少，從而引起疼痛行為。
不同的丘腦皮層環路是由組織損傷和抑鬱樣狀態引起的異常性疼痛的基礎
編譯作者：
Sheena
（brainnews創作團隊）
校審：
Freya
（brainnews編輯部）
本文由brainnews團隊原創編譯，轉載請聯絡授權。
