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停用酒精后,小鼠机械敏感牵出海马—扣带回路

Science Advances · 2024-09-27

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Science Advances · 研究前沿

停用酒精后,小鼠机械敏感牵出海马—扣带回路

短期接触酒精后停用,雄鼠的机械刺激阈值降低,热刺激阈值未显著改变;背侧海马CA1到前扣带皮层的兴奋性通路,参与了这份持续的敏感。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

酒精与疼痛的关系并非单向:接触时与停用后,动物的反应可能不同。过去,停用酒精后的痛觉敏感常被放在长期依赖背景下研究。2024年发表于 Science Advances 的一项小鼠研究,把观察窗口提前到短期接触之后。小鼠尚未出现明显的受测依赖特征,机械刺激阈值却已下降。沿着这份变化,研究者找到一条从背侧海马CA1通向前扣带皮层的兴奋性线路。

关键发现

停用酒精后,背侧CA1与前扣带皮层兴奋性细胞的活动升高;抑制两者之间的通路,可提高受影响小鼠的机械刺激阈值,第三天的敏感也得到部分缓解。

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热刺激与机械刺激,呈现不同结果

研究中的雄鼠经过约两周酒精接触,在停用后的测试中,后足对机械刺激的反应阈值降低;受测热刺激阈值则没有显著变化。机械敏感并非转瞬即逝,在停用后的第三天仍然能够观察到。不同刺激类型的分离,给出了这份变化的具体轮廓。

与此同时,开放场和高架迷宫中的受测焦虑样指标没有显著改变,总运动距离也相近。小鼠没有表现出更高的酒精偏好,饮酒量没有随观察时间递增。研究由此关注一种较早出现的机械敏感,而非把它与明显的焦虑变化或偏好增强捆在一起。

原论文图 1热刺激与机械刺激,呈现不同结果
热刺激与机械刺激,呈现不同结果
原论文 Figure 1:停用酒精后机械阈值降低,热阈值、受测焦虑样行为及酒精偏好未见显著组间差异;同时记录摄入、血浆酒精与体重变化。
来源:Yang XL et al. · Science Advances · CC BY-NC
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熟悉的记忆区域,参与了敏感状态

背侧海马CA1(dCA1)通常因学习与记忆受到关注,也对酒精状态变化较敏感。停用后,这里谷氨酸相关细胞的c-Fos标记增加。脑片记录显示,细胞更容易产生动作电位;活体成像中,钙事件也更频繁、更强。多种观察共同描出一群活动升高的细胞。

降低dCA1兴奋性细胞活动后,停用酒精小鼠的机械阈值提高;相同干预没有显著改变对照小鼠的阈值。反过来,在未接触酒精的小鼠中激活这群细胞,也能降低对侧后足的机械阈值,而总运动距离没有显著变化。

原论文图 2熟悉的记忆区域,参与了敏感状态
熟悉的记忆区域,参与了敏感状态
原论文 Figure 2:dCA1兴奋性细胞在停用后活动升高;抑制改善受影响小鼠的机械阈值,激活降低未接触酒精小鼠的机械阈值。
来源:Yang XL et al. · Science Advances · CC BY-NC
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一条兴奋性连接,通向前扣带皮层

dCA1的输出抵达多个区域,前扣带皮层(ACC)是其中之一。ACC参与整合疼痛相关信息,因而成为追踪重点。顺向与逆向标记显示,dCA1中的谷氨酸相关细胞,与ACC中的谷氨酸相关细胞相连。海马的变化,有了一处具体的下游接收区域。

连接不仅可见,也能够传递兴奋。调动抵达ACC的dCA1末梢时,ACC细胞出现兴奋性突触电流;阻断AMPA受体后,这份电流消失。解剖追踪与功能记录相互补充,把两处活动升高的区域接成一条能够传递信号的线路。

原论文图 3一条兴奋性连接,通向前扣带皮层
一条兴奋性连接,通向前扣带皮层
原论文 Figure 3:顺向、逆向追踪支持dCA1兴奋性细胞连接ACC兴奋性细胞;末梢诱发电流可被AMPA受体阻断剂消除。
来源:Yang XL et al. · Science Advances · CC BY-NC
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轻微机械刺激,也引出明显钙信号

停用酒精的小鼠中,投向ACC的dCA1细胞更活跃,ACC兴奋性细胞自身也更容易放电。不同活体成像方式都观察到ACC钙活动增强,使这条通路的变化从海马一端,延伸到皮层接收端。

面对较弱的后足机械刺激,停用组的ACC钙信号迅速上升,对照组没有同样明显的反应。单细胞与群体记录呈现一致方向:原本较弱的外部刺激,在这一状态下招募了更强的皮层响应。

原论文图 4轻微机械刺激,也引出明显钙信号
轻微机械刺激,也引出明显钙信号
原论文 Figure 4:停用后ACC兴奋性细胞钙活动增强,并对弱机械刺激出现更明显的响应;对照组刺激前后变化未显著。
来源:Yang XL et al. · Science Advances · CC BY-NC
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降低海马输入,皮层与行为一起变化

如果海马输入参与维持ACC的高活动,降低它会发生什么?抑制dCA1细胞后,停用组ACC钙活动减弱;进一步抑制dCA1在ACC的末梢,ACC细胞的兴奋性下降,动物的机械刺激阈值提高。这让通路活动与行为改变之间有了直接干预证据。

在未接触酒精的小鼠中,激活dCA1细胞可以增强ACC钙活动;激活其在ACC的末梢,也会降低机械阈值。两种方向的干预相互呼应。不过,抑制通路在正常对照中没有显著改变阈值,显示作用与动物当时的状态有关。

原论文图 5降低海马输入,皮层与行为一起变化
降低海马输入,皮层与行为一起变化
原论文 Figure 5:抑制dCA1活动或其ACC末梢降低受影响小鼠的ACC活动,提高机械阈值;激活在未接触酒精小鼠中产生相反方向的变化。
来源:Yang XL et al. · Science Advances · CC BY-NC
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酒精已离开,回路变化仍在延续

研究测得,停用后血浆酒精浓度逐步降低,较早便已无法检出;到了第三天,机械敏感仍在。此时,投向ACC的dCA1细胞和ACC兴奋性细胞,依然表现出较高活动。弱机械刺激也仍能引起受影响小鼠明显的ACC钙响应。

在这一较晚窗口抑制通路,机械阈值得到部分恢复。敏感的延续因此与跨脑区活动变化相伴,而不仅对应血液中酒精的即时存在。对于这项雄鼠研究,海马—扣带连接把短期酒精经历与随后持续的感觉反应联系了起来。

原论文图 6酒精已离开,回路变化仍在延续
酒精已离开,回路变化仍在延续
原论文 Figure 6:停用后的第三天,投向ACC的dCA1细胞与ACC细胞仍活动升高;抑制通路可部分恢复机械阈值。
来源:Yang XL et al. · Science Advances · CC BY-NC
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记忆相关网络,也能改变感觉的敏感度

这项研究的发现落在一个具体窗口:短期酒精接触之后,尚无明显受测依赖特征时,机械刺激反应已经改变。海马与前扣带皮层之间的兴奋性联系,参与了这份变化的出现和延续。我们熟悉的记忆相关区域,也会通过它的输出,调节身体刺激引起的反应。

论文信息

Yang XL, Gao W, Dong WY, Zheng C, Wang S, Wei HR, Luo Y, Zhang Z, Chen Y, Jin Y.
A neural circuit for alcohol withdrawal–induced hyperalgesia in a nondependent state
Science Advances · 2024-09-27
DOI: 10.1126/sciadv.adp8636