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相邻两群GABA细胞,机械痛敏为何走向相反?

Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology · 2022-12-16

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Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology · 研究前沿

相邻两群GABA细胞,机械痛敏为何走向相反?

小鼠腹外侧导水管周围灰质与背侧缝核紧邻,但其中GABA相关细胞对机械反应的作用不同,炎症状态又改变了部分效应。

原论文Figure 5B单一组织视野局部:背侧缝核绿色标记区域及蓝色细胞核荧光

抑制性神经元,会不会总把疼痛压下去?答案取决于它位于哪里、抑制了谁。2022年12月16日发表于 Neuropsychopharmacology 的小鼠研究,将紧邻的腹外侧导水管周围灰质(vlPAG)与背侧缝核(DR)分开观察,发现两处GABA相关细胞对机械痛敏呈现不同作用。正常状态与炎症背景下的结果,也并非简单重复。这项工作让同一种递质标记背后,具体区域和网络状态的重要性显露出来。

关键发现

提高vlPAG GABA相关群体活动可增加机械敏感,降低DR相应群体活动也会增加机械敏感;炎症中抑制vlPAG或增强DR活动则可提高机械阈值,情绪相关指标呈条件性变化。

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把两个邻区一起调节,先看到什么?

研究先在覆盖vlPAG与DR的较宽区域提高GABA相关细胞活动。正常小鼠机械撤足阈值下降,更轻的刺激便可引出反应;降低同一范围的活动,机械阈值却未显著改变。两种方向并没有呈现镜像关系,热撤足反应也都未见显著变化。

提高活动后,进入开放场中央和高架开放臂的次数减少,但在这些区域的停留时间未显著改变。熟悉居笼中的运动和转棒表现没有显著变化,不同探索指标因而呈现不一致的变化,陌生情境中的活动也可能影响这些行为读出。

原论文图 1把两个邻区一起调节,先看到什么?
把两个邻区一起调节,先看到什么?
Figure 1:联合区域活动增强使机械阈值降低、部分探索次数减少,热反应与探索停留时间未达显著;联合抑制未显著改变正常机械阈值。
来源:Xie L et al. · Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology · CC BY
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只看vlPAG,机械与热也分开了

把范围收紧到vlPAG,提高其GABA相关细胞活动,同样使机械阈值下降;降低活动,则未显著改变机械阈值。与之不同的是,抑制这群细胞会延长热撤足潜伏期,提示对受测热刺激的反应减弱。

这一区域单独调节时,开放场和高架十字迷宫的所测探索指标没有显著改变。对机械和热反应的影响,因而可以与这些探索结果分离;同一细胞群也没有对两类刺激一律增强或一律减弱的作用。

原论文图 2只看vlPAG,机械与热也分开了
只看vlPAG,机械与热也分开了
Figure 2:vlPAG激活增加机械敏感,抑制则延长热撤足潜伏期;受测探索比较未达显著。
来源:Xie L et al. · Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology · CC BY
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换到DR,降低活动反而更敏感

DR中的结果转了一个方向。正常状态下,降低其GABA相关细胞活动使机械阈值下降,提高活动则未见显著作用。进一步减少这类细胞后,较晚两个观察时点的机械阈值也低于对照,和短时活动降低的方向一致。

热撤足反应没有显著变化,正常状态下的开放场和高架探索结果也没有显著改变。与vlPAG并列来看,解剖位置的细微差别就足以改变同一种细胞标记与机械反应之间的关系。

原论文图 3换到DR,降低活动反而更敏感
换到DR,降低活动反而更敏感
Figure 3:DR GABA相关细胞受抑制或数量减少后机械阈值降低,热反应及正常状态探索指标未见显著改变。
来源:Xie L et al. · Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology · CC BY
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炎症背景下,两区仍各有方向

在炎症模型中,抑制联合区域或单独抑制vlPAG,都可提高机械阈值。联合抑制还增加了开放臂停留时间,但开放场指标及开放臂进入次数没有显著改变;单独抑制vlPAG的所测探索结果则都未达显著。

增强DR相关群体活动,在较晚的炎症观察时点提高机械阈值,较早时点的比较不显著。同时,开放场中央进入次数减少,中央停留时间及高架探索结果未显著改变。机械反应减弱,并没有自动带来情绪相关指标的同步改善。

原论文图 4炎症背景下,两区仍各有方向
炎症背景下,两区仍各有方向
Figure 4:炎症中联合区域抑制、vlPAG抑制或较晚时点DR激活均可提高机械阈值,探索效应则依区域和指标而异。
来源:Xie L et al. · Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology · CC BY
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正常时不明显,炎症时可以显现

DR激活在正常小鼠中没有显著机械效应,却在炎症较晚阶段显出作用;vlPAG抑制也从正常机械比较不显著,转为炎症背景下阈值提高。相同方向的细胞调节,遇到不同网络状态,可能留下不同的行为结果。

研究据此强调区域与状态共同决定作用。一个可能解释是,不同GABA群体影响的下游对象不同,局部抑制与更远的输出又相互牵动。不过,这些具体连接尚未在本研究中逐一定位,区域之间怎样协作仍待厘清。

短时抑制与全身药物,提供另一层比较

短时降低DR GABA相关细胞活动,也能使机械阈值在作用期间下降;结束后,阈值回到接近原先的水平。这与前面的群体活动调节互相呼应,说明机械变化能够跟随当时的活动状态。

在仍抑制该群体的背景下,全身吗啡作用使低下的机械阈值回升。药物可作用于多个部位,这个结果体现了它与受抑制网络状态的关系,还没有把作用定位到DR内某一种受体或5-HT连接。

原论文图 5短时抑制与全身药物,提供另一层比较
短时抑制与全身药物,提供另一层比较
Figure 5:短时DR群体抑制降低机械阈值,停止后接近原水平;全身吗啡可在抑制背景下使阈值回升。
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GABA细胞的作用,随位置与状态改变

这项小鼠研究把一个容易合并讨论的邻近区域拆开,看到GABA相关细胞并非承担相同任务。机械与热、正常与炎症、进入次数与停留时间,都呈现不同的组合,痛觉相关反应与探索行为也能够分开变化。

它为理解痛觉与情绪网络提供的是细胞群和区域层面的动物证据。接下来哪些输出承接这些变化、较宽区域的联合结果由哪一部分主导,以及不同病程中是否重复,仍需要更具体的连接和长期观察来回答。

论文信息

Xie L, Wu H, Chen Q, Xu F, Li H, Xu Q, Jiao C, Sun L, Ullah R, Chen X.
Divergent modulation of pain and anxiety by GABAergic neurons in the ventrolateral periaqueductal gray and dorsal raphe
Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology · 2022-12-16
DOI: 10.1038/s41386-022-01520-0