从脊髓上行,再由大脑返回:机械高敏怎样被维持?
并行丘脑输入经体感皮层、外侧上丘和延髓下行细胞影响机械高敏,反复激活可在未受伤小鼠中留下持久变化。
受伤后,原本不强的机械刺激可能持续引起高敏反应。感觉信息向大脑传递,大脑也会把调节信号送回脊髓:这两股方向相反的信息,能否一起维持伤后改变?发表于Nature的一项研究沿着脊髓、丘脑、体感皮层、外侧上丘与延髓追踪并干预,找到一组相互依赖的长距离路线。它还发现,未受伤小鼠经历反复激活后也会形成持久机械高敏,而一次激活并没有同样结果。
特定上行与下行节点参与伤后机械高敏,丘脑VPL和Po支路可以相互补偿;同时抑制两条输入才阻断模型中的高敏与刺激厌恶。
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先找到真正返回脊髓的延髓群体
延髓腹内侧头端区RVM内有多种细胞,研究把Oprm1标记与脊髓逆向追踪结合,选出表达μ阿片受体、同时投向脊髓的群体。它们大多为GABA能,很少是5-HT或Penk表达细胞;轴突进入脊髓后向背角浅层分支。确定投射去向,让研究从一个复杂区域缩小到一组明确的下行细胞。
缩足、逃避和自发抖足时,这群细胞出现钙响应,正常行走没有同样明显的活动。SNI神经损伤后,机械和冷相关响应增强,热响应未同样增强;CFA炎症后的响应则随时间回落。细胞活动与不同感觉及模型过程呈现对应变化。
来源:Wang Q et al. · Nature · CC BY-NC-ND
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一次激活与一周激活,留下不同结果
健康鼠中,单次激活没有显著改变机械或冷指标;急性抑制则使机械阈值与冷潜伏期小幅但显著增加。连续七天激活带来另一种结果:机械高敏和冷敏感出现,并在停止操作后持续,热反应却未显著改变。相同群体的作用,取决于活动经历了怎样的时间过程。
反复激活还增强机械刺激相关回避,但没有增加自发舔足、抖足或面部痛苦评分。诱发刺激时更敏感,与没有刺激时表现出更多自发疼痛相关行为,在这组实验中并不一起出现。
来源:Wang Q et al. · Nature · CC BY-NC-ND
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高敏的建立与维持,都依赖这群细胞
受伤前消融这群细胞,SNI与CFA机械高敏未能正常形成;受伤后暂时抑制,则改善SNI机械与冷反应,减少刺激厌恶、自发行为及面部评分。SNI后第28天,抑制仍能改善机械指标。细胞既参与模型高敏的建立,也参与它后来维持的过程。
情绪相关变化有不同结果。健康鼠反复激活可产生焦虑样探索变化,却未诱发同样的不动行为;SNI六周后再抑制,也没有显著改善已形成的焦虑样与不动指标。感觉高敏改变时,这些较晚出现的行为并不一定同步恢复。
外侧上丘把兴奋性输入送到延髓
哪些上游细胞推动这组下行输出?抑制所测导水管周围灰质PAG兴奋性末梢,没有显著改变正常机械阈值或SNI高敏。另一来源却很突出:外侧上丘lSuC的输入几乎都是兴奋性的。抑制lSuC—RVM路线恢复模型机械阈值,反复激活则让健康鼠出现持久高敏。
这条路线的作用也有感觉选择性:抑制不能同样消除CFA热高敏,福尔马林后舔咬没有显著减少;激活未明显改变所测运动、心率和呼吸指标。机械敏感的变化,因此没有伴随这些指标一起广泛改变。
来源:Wang Q et al. · Nature · CC BY-NC-ND
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体感皮层的效应,需要下行出口
lSuC的RVM投射细胞接收体感与前运动皮层输入。抑制体感路线减轻SNI机械高敏和位置厌恶,前运动路线则没有同样效应。反复激活体感输入可建立高敏,但预先消融OPRM1阳性RVM脊髓投射细胞后,高敏不再形成。体感皮层的作用由此接到了明确的下行出口。
来源:Wang Q et al. · Nature · CC BY-NC-ND
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一条丘脑支路关闭,另一条仍能推动高敏
脊髓相关上行输入经丘脑VPL与Po抵达体感皮层,两条路线都能影响上丘投射相关皮层细胞。单独抑制任一支路,高敏和厌恶仍在;同时抑制,两类表现才显著减轻。反复激活其中任一条也能建立高敏,并依赖RVM出口。两条并行输入像有余量的线路,一条减少,另一条仍能支持网络效应。
来源:Wang Q et al. · Nature · CC BY-NC-ND
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纹理辨别与机械高敏,可以分开改变
同时抑制脊髓—VPL/Po路线,所测地板和物体纹理偏好仍保留。相反,抑制背柱核DCN—VPL输入改变纹理辨别,却未显著改变急性反应或SNI高敏。不同上行来源可以把触觉信息送到相邻网络,却承担不同方面的感觉加工。
长距离路线揭示了高敏的持续性
这项两性小鼠研究将上行感觉与下行调节放在同一个机制框架中,也揭示了反复活动的特殊后果。GABA能RVM细胞为何能促进高敏,可能涉及脊髓内部去抑制,但具体局部门控细胞尚未确定。已经得到功能支持的长距离关系表明:机械高敏的持续,不只取决于刺激从身体传到脑,还与大脑怎样把信号送回脊髓有关。