徐州医科大学周春艺研究团队揭示编码急性和慢性疼痛的基底神经节多级环路

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丘脑底核(STN)位于基底神经节的谷氨酸能核团，具备调节运动、疼痛和认知功能。已有研究表明光激活STN区域神经元后能够降低小鼠的疼痛阈值。帕金森患者深部脑刺激STN后能够明显缓解疼痛。
STN接受来自于皮层和皮层下区域兴奋性和抑制性输入：黑质网状部(SNr)和外侧苍白球部(GPe)抑制性神经元投射到STN区域。此外， STN向基底神经节和非基底神经节结构发送谷氨酸能投射。
【徐州医科大学周春艺研究团队揭示编码急性和慢性疼痛的基底神经节多级环路】2022年12月15日徐州医科大学麻醉学院周春艺研究团队揭示了STN可作为急性和慢性疼痛信息中继站，接受来自于上游SNr区域抑制性输入，并投射到下游外侧臂旁核，整合疼痛信息并调控疼痛行为。
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急性和慢性疼痛激活STN区域谷氨酸能神经元
在弗氏佐剂和神经损伤等多个疼痛模型中STN区域神经元大量激活。电生理实验也发现在疼痛中STN区域神经元放电频率增加。光纤钙成像技术也发现在机械性刺激活高温环境下STN区域谷氨酸能神经元钙离子活性增加。

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图1：急性和慢性疼痛激活STN区域谷氨酸能神经元
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STN-Glu-LPB-Glu环路调控疼痛行为
病毒示踪实验发现STN区域谷氨酸能神经元投射到外侧臂旁核（LPB），并与该区域谷氨酸能神经元形成功能性连接-STN-Glu-LPB-Glu环路。光纤记录系统记录到机械刺激小鼠后爪引起LPB区域神经元钙离子活性增加，而在慢性抑制STN区域谷氨酸能神经元后能够阻断上述钙离子活性的增加。
光激活STN–LPB环路后引起正常小鼠机械性超敏反应，而在抑制该神经环路后也能明显缓解炎症疼痛和神经损伤疼痛模型雄性小鼠的疼痛。
进一步的实验证实STN–LPB环路也能调控雌性小鼠的疼痛样行为：光激活STN–LPB环路后引起雌性小鼠机械和热痛阈值的降低，抑制该神经环路后也能明显改善多种疼痛模型雌性小鼠的痛觉。

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图2：STN-Glu-LPB-Glu环路调控疼痛行为
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SNr-GABASTN-GluLPB-Glu多级神经环路
调控慢性疼痛
电生理实验发现疼痛模型小鼠STN区域神经元微小抑制性突触后电流降低。病毒示踪实验表明STN区域神经元接受来自于SNr,GPe和PPN（大脑脚间核）等多个脑区抑制性神经元的输入，但是在疼痛模型小鼠中仅SNr抑制性神经元自发性放电活动减弱。
研究人员最后通过跨多级示踪病毒发现STN–LPB兴奋性神经环路接受来自于SNr抑制性神经元输入，形成SNr-GABASTN-GluLPB-Glu功能性神经环路。
机械刺激能够明显激活LPB神经元活性，在慢性激活SNr-GABA-STN-Glu环路后可明显降低LPB神经元的激活。此外，慢性激活SNr-GABASTN-GluLPB-Glu神经环路可明显缓解疼痛模型小鼠的痛觉，而在特异性诱导STN神经元凋亡后可阻断上述缓解作用。

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图3：SNr-GABASTN-GluLPB-Glu多级神经环路调控慢性疼痛
总结
本文发现调控雌性和雄性小鼠急性和慢性疼痛基底核多级神经环路：SNr-GABASTN-GluLPB-Glu神经环路。在急性和慢性疼痛中STN谷氨酸能神经元大量激活，与此同时SNr抑制性神经元活性降低。

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