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前额叶的兴奋输入,为何能减轻痛觉过敏?

Molecular pain · 2024-01-01

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Molecular Pain · 研究前沿

前额叶的兴奋输入,为何能减轻痛觉过敏?

雄性大鼠研究发现,芬太尼相关痛觉过敏时,前额叶至中央杏仁核外侧囊部的连接呈现输入调节变化;增强通路减轻刺激反应,提示一种补偿性调节的可能。

原论文图2B局部:右侧CeLC活动标记c-Fos的荧光视野

镇痛药之后,身体反而对刺激更敏感,是阿片相关痛觉过敏的一个悖论。大脑面对这种状态时,是否也在尝试抵消过强的痛反应?2024年2月7日发表于 Molecular Pain 的研究,在雄性大鼠中观察前额叶下边缘区(IL)至中央杏仁核外侧囊部(CeLC)的连接。研究发现,痛觉过敏伴随右侧CeLC活动标记增加,以及这条输入的突触调节变化。更有意思的是,进一步增强IL末梢活动,动物的机械和热刺激反应反而改善。兴奋性连接怎样参与“制动”,成为这项工作的核心问题。

关键发现

IL为CeLC提供直接兴奋输入,并可招募间接抑制。过敏状态下,相关抑制/兴奋电流比值升高;增强通路减轻反应、抑制通路使反应加重,支持其可能参与补偿性调节。

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反复短时给药后,刺激反应持续数天改变

反复短时给予芬太尼后,大鼠的机械缩足阈值降低,热缩足潜伏期缩短:较弱的机械刺激就能触发缩足,面对热刺激时也更快缩回。研究观察到,这种敏感性变化在给药后数小时明显出现,并持续数天后逐渐恢复。

两类刺激反应共同确定了这项工作的观察背景。研究随后聚焦过敏较强的时段,寻找此时脑内输入与输出的变化。这里呈现的是短时反复给药后的大鼠反应,为理解阿片相关痛觉过敏提供一个具体模型。

原论文图 1机械与热缩足反应的时间变化
机械与热缩足反应的时间变化
图1展示机械缩足阈值和热缩足潜伏期降低及随后的恢复过程。
来源:Cui LL et al. · Molecular pain · CC BY-NC
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右侧活动标记升高,左侧没有同样变化

在过敏较强的时段,右侧CeLC中表达c-Fos的细胞增多。c-Fos是一种活动相关标记,这一变化把研究视线引向右侧杏仁核节点。左侧CeLC的比较没有显著差异,呈现了左右两侧的不同表现。

杏仁核参与疼痛的多个维度,它的不同亚区也可能承担不同作用。此次研究集中在CeLC这一位置,进一步沿着前额叶输入追踪调节线索。活动标记的升高提供了起点,输入变化如何影响动物反应,仍需结合连接与行为证据。

原论文图 2左右CeLC活动标记的比较
左右CeLC活动标记的比较
图2显示右侧CeLC的c-Fos标记增加,左侧比较未显著改变。
来源:Cui LL et al. · Molecular pain · CC BY-NC
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前额叶把兴奋信号送到了哪里?

IL是内侧前额叶的一个亚区。研究观察到它的投射纤维抵达CeLC,并且招募这些纤维能够引发接收细胞的兴奋性突触电流。有关电流阻断与恢复的结果,进一步支持两者之间存在直接的谷氨酸能输入。

这条连接给两处脑区搭起了一座可追踪的桥。前额叶的兴奋性输出,并不意味着下游所有细胞都会持续变得更活跃:输入还会进入当地网络,与其他兴奋和抑制环节相互作用。理解这份输入,需要同时看见直接响应与局部协作。

原论文图 3IL至CeLC的输入证据
IL至CeLC的输入证据
图3展示投射标记与突触电流的阻断、恢复结果,支持直接兴奋性输入。
来源:Cui LL et al. · Molecular pain · CC BY-NC
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兴奋输入,也能带来晚一步的抑制

招募IL输入后,CeLC接收细胞既出现兴奋性电流,也出现起始更晚的抑制性电流。抑制电流对谷氨酸受体和GABA受体相关阻断敏感,支持它由兴奋输入招募局部网络后间接产生。

过敏组的输入诱发抑制电流增大,抑制与兴奋电流的比值升高。成对脉冲比值下降,也提示突触前释放调节发生变化。这些结果说明,过敏时这条输入并不是简单减弱,而是呈现了不同成分的重塑。

兴奋与抑制的电流比值描述的是所记录条件下的输入关系,并不能独自回答它是否在帮助减轻痛反应。网络可能出现与病理状态并存的补偿,也可能促进不适;区分这些方向,需要看通路被增强或抑制之后,行为怎样改变。

原论文图 4直接兴奋、间接抑制与输入重塑
直接兴奋、间接抑制与输入重塑
图4展示兴奋与抑制电流的时间差、抑制/兴奋比值升高及成对脉冲比值下降。
来源:Cui LL et al. · Molecular pain · CC BY-NC
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把输入再增强,痛反应反而减轻了

增强IL在CeLC中的末梢活动后,过敏大鼠的机械缩足阈值提高,热缩足潜伏期延长。停止光照之后,反应又回到较敏感的状态。这一改善与刺激期间的通路招募相联系,呈现了输入增强的即时调节效应。

同时,CeLC的c-Fos标记减少。没有给予芬太尼的动物,在通路激活时机械阈值没有显著改变。输入增强并不在所有背景下产生同样效果;这组结果支持它在过敏状态中参与限制刺激反应,而持续效果仍需继续考察。

原论文图 5通路激活后的反应与活动标记
通路激活后的反应与活动标记
图5展示激活期间机械与热反应改善、CeLC活动标记下降;未给芬太尼时机械阈值未显著改变。
来源:Cui LL et al. · Molecular pain · CC BY-NC
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压低这条连接,过敏反应进一步加重

从相反方向干预,抑制IL在CeLC中的输入,使过敏大鼠的机械缩足阈值进一步下降、热缩足潜伏期缩短,CeLC的c-Fos标记增加。未给予芬太尼时,机械阈值的比较仍没有显著变化。

增强能改善、抑制会加重,两方面结果让研究提出一种补偿性解释:过敏时增强的皮层输入,可能在尝试约束下游反应。不过,具体由哪些CeLC细胞承担作用、这种调节在其他时间或其他痛模型中是否相同,以及雌性动物的规律,仍有待分辨。

原论文图 6通路抑制与补偿性调节线索
通路抑制与补偿性调节线索
图6展示通路抑制后机械与热反应加重,并伴随CeLC活动标记增加。
来源:Cui LL et al. · Molecular pain · CC BY-NC
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论文信息

Cui LL, Wang XX, Liu H, Luo F, Li CH.
Projections from infralimbic medial prefrontal cortex glutamatergic outputs to amygdala mediates opioid induced hyperalgesia in male rats
Molecular pain · 2024-02-07
DOI: 10.1177/17448069241226960