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丘脑的抑制性来信,怎样改变机械痛敏?

Metabolites · 2023-02-03

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Metabolites · 研究前沿

丘脑的抑制性来信,怎样改变机械痛敏?

小鼠不确定带前部通向丘脑室旁核的输入,参与痛觉相关反应。增强输入更明显地提高机械撤足阈值,热反应则随测试和调节方向呈现差别。

原论文Figure 1I3单一合并荧光视野局部:ZIR中投向PVT的标记与GABA相关标记重叠细胞

同样是伤害性刺激,大脑对按压与热的调节也可能不同。2023年2月3日发表于 Metabolites 的小鼠研究,追向丘脑下方的不确定带前部(ZIR)与丘脑室旁核(PVT)之间的联系。研究发现,这条以抑制性细胞为重要来源的输入参与痛觉相关反应;增强或降低相关活动,会使机械撤足阈值向相反方向变化。热反应却没有整齐地跟随,让一条通路如何区分不同感觉任务,成为故事的另一半。

关键发现

ZIR至PVT的相关输入调节机械撤足反应,也在炎症及神经损伤条件下改变痛相关行为;热反应、炎症早期舔足及运动和焦虑样测试中的多项比较未见显著变化。

阅读目录 · 7个部分

不确定带,给丘脑送来抑制性输入

PVT以兴奋性细胞为主,它的活动也受到外来抑制性信号调节。研究沿着进入PVT的连接寻找来源,看到标记细胞集中在不确定带前部,其他分区相对较少。这让ZIR成为进一步研究的焦点。

在投向PVT的ZIR标记细胞中,约七成同时带有GABA相关标记。它们构成一支重要的抑制性来源,但这条解剖联系仍包含细胞差异。研究因此从区域位置向细胞身份推进,再观察它怎样参与伤害性刺激。

原论文图 1不确定带,给丘脑送来抑制性输入
不确定带,给丘脑送来抑制性输入
Figure 1:进入PVT的标记细胞主要分布于ZIR,其中多数与GABA相关标记重叠。
来源:Wu FL et al. · Metabolites · CC BY
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接收输入的PVT群体,响应伤害性刺激

组织标记显示,伤害性刺激后,PVT中出现活动相关标记,来自ZIR的纤维靠近其中一些细胞。进一步记录接收ZIR输入的PVT群体,可以看到较强机械刺激和电刺激附近的钙信号上升,较轻触碰的对应变化则不显著。

信号来自通路的接收端,说明这部分丘脑细胞在受测伤害性事件中被招募。群体钙活动也并不等同于每个细胞都专门编码疼痛;这里首先建立的是连接相关群体与刺激事件之间的时间联系。

原论文图 2接收输入的PVT群体,响应伤害性刺激
接收输入的PVT群体,响应伤害性刺激
Figure 2:ZIR纤维与PVT活动相关标记,以及接收ZIR输入的PVT群体在伤害性刺激和轻触下的不同钙响应。
来源:Wu FL et al. · Metabolites · CC BY
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机械阈值与热反应,并不总是同步

提高ZIR中GABA相关细胞活动,小鼠机械撤足阈值升高;降低活动,机械阈值则下降。较低阈值意味着更轻的刺激就会引出撤足,因而反映机械敏感性的增加。这两种方向的结果支持该区域参与调节机械反应。

热刺激呈现不同格局:降低活动会缩短局部热刺激下的撤足潜伏期,提高活动却未见显著作用;另一类热板测试中,两种调节都没有显著影响。身体怎样接触刺激、采取何种行为反应,会改变这条调节联系显露出来的方式。

原论文图 3机械阈值与热反应,并不总是同步
机械阈值与热反应,并不总是同步
Figure 3:ZIR GABA相关细胞双向调节改变机械撤足阈值,热反应的效应随测试和调节方向不同。
来源:Wu FL et al. · Metabolites · CC BY
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聚焦PVT中的输入,机械效应依然清楚

增强ZIR GABA相关细胞在PVT中的末梢活动,可引出PVT抑制性突触电流,同时提高机械撤足阈值;减弱末梢活动则降低机械阈值,并在受测条件下缩短局部热撤足潜伏期。增强输入时,热反应并未显著改变。

相应比较中的总体运动距离、速度、开放场中央停留和高架开放臂停留,都没有显著变化。机械反应的改变因此没有伴随普遍运动减弱或所测探索指标的明显变化,热板结果也继续保持不显著。

原论文图 4聚焦PVT中的输入,机械效应依然清楚
聚焦PVT中的输入,机械效应依然清楚
Figure 4:PVT末梢输入调节改变机械阈值及部分热撤足反应,运动和所测探索指标未见显著影响。
来源:Wu FL et al. · Metabolites · CC BY
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炎症与神经损伤中,仍可见条件性的变化

研究再提高投向PVT的ZIR GABA相关细胞群活动,机械阈值进一步升高。热撤足反应与自身基线有变化,但和对照的直接差异未达显著。这里调节的是按投射关系识别的胞体群,它们还可能通过其他分支共同作用。

在炎症模型中,后期舔足时间减少,早期舔足没有显著变化;神经损伤模型中,多个观察时点的机械阈值高于相应对照。这些结果把调节作用延伸到不同痛相关背景,也显示它随行为成分和观察时点而变。

原论文图 5炎症与神经损伤中,仍可见条件性的变化
炎症与神经损伤中,仍可见条件性的变化
Figure 5:投射相关胞体群活动增强后,机械反应和炎症后期舔足改变,炎症早期舔足与热反应直接组间比较未达显著;神经损伤中的机械阈值较高。
来源:Wu FL et al. · Metabolites · CC BY
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GABA受体参与局部调节,机制仍有层次

PVT中可见GABAA受体与兴奋性细胞相关标记重叠,ZIR来源纤维靠近这些区域。局部阻断相关受体后,机械阈值降低、热撤足潜伏期缩短,与抑制性调节减弱时更敏感的行为方向一致。

在受体阻断背景下增强ZIR输入,机械阈值部分回升,仍低于相应盐水对照;热撤足潜伏期也延长。受体药理与输入增强共同影响行为,具体由哪些接收细胞、哪些传递成分承担,仍需要进一步连接。

原论文图 6GABA受体参与局部调节,机制仍有层次
GABA受体参与局部调节,机制仍有层次
Figure 6:PVT受体标记及局部药理结果;阻断背景下增强输入,可部分抵消机械敏感并延长热撤足潜伏期。
来源:Wu FL et al. · Metabolites · CC BY
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一条通路,调节的是不同感觉任务

这项小鼠研究让ZIR至PVT的抑制性联系进入痛觉调节图景。最一致的是机械撤足反应,热反应则随测试、活动方向和比较背景变化。运动与探索指标的稳定,也帮助把观察重点放在受测感觉反应本身。

撤足和舔足各自呈现痛相关行为的一部分,尚未覆盖疼痛体验的全部层次。不同ZIR细胞亚群怎样影响PVT、这些作用如何连接感觉与情绪,以及在更长期状态下是否相同,构成了下一步需要回答的问题。

论文信息

Wu FL, Chen SH, Li JN, Zhao LJ, Wu XM, Hong J, Zhu KH, Sun HX, Shi SJ, Mao E, Zang WD, Cao J, Kou ZZ, Li YQ.
Projections from the Rostral Zona Incerta to the Thalamic Paraventricular Nucleus Mediate Nociceptive Neurotransmission in Mice
Metabolites · 2023-02-03
DOI: 10.3390/metabo13020226