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多巴胺影响痛觉,为何机械与热刺激得到不同答案?

Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2026-04-07

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Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 研究前沿

多巴胺影响痛觉,为何机械与热刺激得到不同答案?

黑质—丘脑底核输入与D2类受体参与对侧机械敏感调节;神经损伤和帕金森样模型又呈现不同的感觉变化。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

提起黑质多巴胺,人们常想到运动;但同样一群细胞,也可能影响动物对刺激的反应。发表于Advanced Science的一项雄鼠研究沿着黑质致密部(SNc)通向丘脑底核(STN)的路线追问:减少输入时,哪个感觉指标先变化?增加输入时,是否总能得到相反结果?研究把机械与热刺激、左右后足以及神经损伤和帕金森样状态放在一起比较,发现这条通路的作用有鲜明的选择性。

关键发现

减少SNc—STN多巴胺输入降低正常鼠对侧机械阈值;增强输入改善模型中的对侧机械高敏,所测热反应却没有同样获益。局部D2类药理作用随模型改变。

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减少多巴胺,对侧机械阈值先下降

研究先在正常鼠中短暂抑制SNc多巴胺细胞。对侧后足的机械缩足阈值下降,同侧没有显著变化,两侧热缩足潜伏期也未改变。在STN处抑制这些细胞的轴突,得到相似结果,运动速度则没有显著变化。多巴胺输入对机械敏感的作用,不必等到长期细胞退变才会显现。

减少输入后,部分STN细胞放电增加,体内c-Fos也升高。向STN局部施加D2类受体激动剂,可减轻输入抑制带来的机械高敏;D1类激动剂没有同样挽救。输入、接收区域活动与局部受体作用由此相互呼应:黑质多巴胺帮助调节STN细胞的活动状态及机械反应。

原论文图 1减少多巴胺输入后的选择性变化
减少多巴胺输入后的选择性变化
原文图 1:SNc 多巴胺细胞与 STN 末梢的抑制,缩足行为、STN 活动及局部药理挽救。机械效应主要在对侧,热指标未见相同变化。
来源:Ji Y et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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增加输入的获益,出现在高敏背景中

正常及假手术鼠中,激活SNc或其STN输入,没有显著提高机械阈值或热潜伏期。到了辣椒素炎症和SNI神经损伤背景,同样的输入增强能减轻对侧机械高敏,热高敏却未相应改善。基础输入减少会造成缺陷,继续增加输入的获益则取决于动物原有状态。

切片中刺激多巴胺末梢,部分STN细胞放电下降,却没有与每个光脉冲锁定的快速突触电流。它更像改变细胞活动状态的调节,而非一对一的快速指令。STN局部末梢化学遗传激活也改善SNI机械反应,局部D2类阻断则削弱获益,进一步把效应定位到这个接收区域。

原论文图 3STN 末梢激活与局部受体检验
STN 末梢激活与局部受体检验
原文图 3:SNc 激活后的 STN c-Fos,末梢刺激的切片放电变化,SNI 中机械与热指标,以及 STN 局部化学遗传和 D2 类阻断实验。机械改善与热阴性结果并列呈现。
来源:Ji Y et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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胞体与末梢,对刺激的响应并不相同

机械刺激自然到来时,投向STN的SNc群体钙信号下降,对侧刺激后的下降在SNI鼠中更强;热刺激没有同样突出的群体响应。STN的多巴胺传感器则对双侧机械和热刺激都出现信号下降,但只有对侧机械下降在SNI中进一步增强。

胞体活动和局部递质信号并未完全同步,这让释放位置本身变得重要。STN还接收其他多巴胺来源,末梢释放也可能受局部网络调节。两种记录分别捕捉细胞群活动与接收区域递质变化,而对侧机械反应在两种记录中共同突出。

原论文图 4钙信号与多巴胺信号的感觉差异
钙信号与多巴胺信号的感觉差异
原文图4:STN投射相关SNc钙活动与STN多巴胺传感器记录,比较机械、热刺激及假手术、SNI背景。两类记录均显示SNI对侧机械相关下降增强。
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黑质受损后,局部受体作用也变了

6-OHDA造成的帕金森样损伤中,黑质多巴胺细胞减少,许多刺激诱发的STN多巴胺下降反而变小;对侧热刺激的组间变化不显著。与SNI中增强的对侧机械下降相比,这种模式不同。原有供应减少时,可供刺激进一步压低的信号范围也可能随之缩小。

在该模型局部给予D2类激动剂,提高对侧机械阈值,也延长双侧热缩足潜伏期;SNI中则主要见机械获益。D1类激动剂的机械变化没有达到显著。细胞退变和外周神经损伤塑造了不同的网络背景,同一种局部受体操作也因此得到不同的感觉结果。

原论文图 6帕金森样模型中的局部受体效应
帕金森样模型中的局部受体效应
原文图 6:6-OHDA 损伤、STN 给药位置及 D2、D1 类受体药理比较。D2 类激动的机械和热效应具有侧别差异,D1 类激动未显示相同显著获益。
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多巴胺输入改变哪群STN细胞?

跨突触标记找到一群接收SNc相关输入的STN细胞。激活它们,正常鼠对侧机械阈值下降,同侧机械与热指标未显著改变;在SNI鼠中抑制,能提高对侧机械阈值,热高敏却不改善,假手术鼠也没有显著变化。它们的行为作用,与前面多巴胺输入的机械选择性相吻合。

原论文图 7输入定义 STN 群体的机械选择性
输入定义 STN 群体的机械选择性
原文图 7:跨突触标记、激活与抑制实验;接受 SNc 输入相关的 STN 群体主要影响对侧机械指标,而所测热指标保持阴性。
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SNr参与机械刺激后的多巴胺变化

再往上游,SNr的GABA细胞可以抑制STN投射相关SNc细胞。降低SNr群体活动后,SNc机械诱发的钙下降减弱,SNI机械阈值提高,热指标没有显著改善。上游抑制性活动、黑质响应及STN相关机械反应,因此出现了相互联系的变化。

原论文图 8SNr 抑制改变黑质响应与机械行为
SNr 抑制改变黑质响应与机械行为
原文图 8:SNr 化学遗传抑制与 SNc 钙记录,以及 SNI 和假手术的机械、热行为及运动速度对照。机械相关信号和模型阈值改变,热及运动指标未见相应显著效应。
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一种递质,不等于一种固定作用

研究把多巴胺的感觉调节放回具体回路与身体状态中。机械和热反应、同侧和对侧、神经损伤和黑质退变,并不沿同一个方向一起改变。在这些雄鼠实验中,SNc—STN输入的突出作用是机械选择性的,而局部D2类受体效应又随模型扩展。理解一条通路,需要同时知道信息来自哪里、作用于哪里,以及动物处于什么状态。

论文信息

Ji Y, Li S, Zhang J, Xu XY, Yin C, Niu M, Liu D, Jiang Y, Niu Y, Liu S, Zhang B, Cui G, Zhou C, Xiao C.
Nigra-Subthalamic Dopaminergic Circuitry Modulates and Represents Distinct Pain Modality in Physiological and Pain States in Mice
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2026-04-07
DOI: 10.1002/advs.202519913