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激素撤除后的痛敏,脑干抑制通路参与调节

Pain · 2024-08-06

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Pain · 研究前沿

激素撤除后的痛敏,脑干抑制通路参与调节

雌鼠研究发现,卵巢激素撤除伴随背侧中缝核 GABA 细胞响应减弱;增强这些细胞及其臂旁核输出,可提高机械退缩阈值。

AI 概念插画:雌鼠研究中的抑制性神经信号与激素调节,不是实验图像或治疗示意

激素环境改变,怎样影响脑内的感觉调节?2024 年在线发表于 PAIN 的研究,在卵巢激素撤除的雌性小鼠中找到一群响应变弱的抑制性细胞:背侧中缝核(DRN)的 GABA 能神经元。这个脑区常因血清素细胞受到关注,但 GABA 细胞也有通向其他脑区的输出。团队把细胞活动、雌二醇作用与外侧臂旁核(LPBN)连接起来,观察它们怎样影响机械刺激敏感度。

关键发现

DRN GABA 细胞及其 LPBN 输出参与机械敏感调节;激素撤除后细胞兴奋性降低,激活可改善痛敏,局部雌二醇提高兴奋性与受测阈值。

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变化集中在机械刺激

在卵巢激素撤除模型中,小鼠后足更容易对机械刺激产生退缩,热和冷刺激的反应却基本保持相近。旷场、迷宫和明暗箱中的受测焦虑样行为也没有明显变化。感觉改变具有选择性,并未同时表现为所有刺激都更敏感。

机械刺激之后,DRN 中的活动标记减少。细分到 GABA 细胞,这种减少仍然存在;伤害性刺激引起的群体钙响应也比对照弱。受测敏感度增加,伴随的却是这群细胞响应降低。

DRN 内并非所有细胞都相同。研究中,多数活动标记并没有落在血清素细胞上,而 GABA 细胞的响应变化更突出。这把问题缩小到一种细胞,避免仅用整个脑区的活动高低解释行为。

原论文图 1机械痛敏与DRN细胞响应
机械痛敏与DRN细胞响应
原论文 Figure 1:机械阈值降低,热、冷反应未显著改变;DRN 的活动标记及 GABA 群体伤害性刺激响应降低。
来源:Wu H et al. · Pain · CC BY-NC-ND
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抑制细胞本身更难被调动

脑片记录显示,激素撤除后的 DRN GABA 细胞放电更少,启动放电所需的驱动更大,静息膜电位也更负。它们不只是面对外界刺激时响应小,本身的兴奋性也发生了改变。

另一方面,微小兴奋性与抑制性突触电流的幅度和频率基本相近,输入电阻也未见显著变化。与受测突触输入相比,细胞自身怎样把输入转成放电,是这里更突出的差别。

原论文图 2DRN GABA细胞的兴奋性变化
DRN GABA细胞的兴奋性变化
原论文 Figure 2:激素撤除后放电减少、启动放电所需电流增加、静息电位更负;输入电阻无显著差别。
来源:Wu H et al. · Pain · CC BY-NC-ND
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雌二醇与孕酮的结果不同

研究中,全身雌二醇补充也可改善该模型的机械痛敏。进一步在 DRN 局部补充雌二醇,激素撤除小鼠的机械阈值提高,对照鼠则未出现同样明显变化。以孕酮作比较,在这两类小鼠中都没有显著改变机械阈值。不同卵巢激素在这一受测条件下,并没有相同结果。

雌二醇还增强了撤除模型中 DRN GABA 细胞的放电,降低启动放电所需的驱动,使静息电位向更容易兴奋的方向移动。输入电阻仍相近。行为改善与细胞兴奋性回升,从两个层面出现在同一类干预中。

原论文图 3激素比较与细胞兴奋性
激素比较与细胞兴奋性
原论文 Figure 3:局部雌二醇提高撤除模型的机械阈值,孕酮未显著改变;雌二醇增强 DRN GABA 细胞兴奋性。
来源:Wu H et al. · Pain · CC BY-NC-ND
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活动增强与活动减弱,行为向两边移动

主动增强 DRN GABA 细胞活动,激素撤除小鼠的机械阈值提高。即使在与机械刺激配对的地点,小鼠也更愿意停留在同时激活细胞的一侧。这种地点选择与阈值变化共同支持敏感及相关厌恶得到缓解。

在对照小鼠中降低这群细胞活动,则使机械阈值下降。单独抑制没有引起明显地点偏好或厌恶;但与原本较轻的触碰配对后,小鼠减少在该侧停留。细胞活动减少改变了触碰情境的行为后果。

另一种抑制方式得到同方向阈值变化,较长期减少这群细胞也使机械敏感增加。短时活动调节与细胞减少相互印证,使这群 GABA 细胞在机械感觉调节中的作用更清楚。

原论文图 4细胞活动干预与阈值、地点选择
细胞活动干预与阈值、地点选择
原论文 Figure 4:激活提高撤除模型的机械阈值并改变地点选择;抑制或减少细胞提高敏感度,对照鼠在抑制与轻触配对时出现回避。
来源:Wu H et al. · Pain · CC BY-NC-ND
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GABA输出到达外侧臂旁核

这些细胞的作用并不局限在 DRN。追踪显示,DRN GABA 细胞向 LPBN 发出投射;脑片中招募其末梢,可在 LPBN 细胞引起直接的抑制性突触电流。记录到的连接更多见于兴奋性细胞,也存在于部分抑制性细胞。

增强这份长程输出,激素撤除小鼠的机械阈值上升,对与激活和机械刺激配对的地点停留更多。降低输出,则阈值下降;在对照鼠中,叠加轻触时也出现地点回避。整群细胞与输出末梢的行为结果形成呼应。

原论文图 5DRN—LPBN的抑制连接与行为作用
DRN—LPBN的抑制连接与行为作用
原论文 Figure 5:DRN GABA 末梢在 LPBN 引起直接抑制性电流;通路激活与抑制影响机械阈值和刺激配对地点选择。
来源:Wu H et al. · Pain · CC BY-NC-ND
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激素变化接到细胞与线路上

对照鼠中,降低投向 LPBN 的 DRN GABA 细胞活动会引起机械痛敏;在 DRN 局部给予雌二醇,可以缓和这种变化。组织中,多数 DRN GABA 细胞具有雌激素受体 α 的转录本,为激素调节提供了可能的细胞联系。

这项成年雌鼠研究把卵巢激素撤除后的机械痛敏,与脑干抑制细胞的活动及长程输出联系起来。增强抑制性细胞的活动,能够降低受测敏感度,关键在于它们向哪里输出。激素怎样具体改变这些细胞的离子通道和放电能力,仍有待继续解析。

论文信息

Wu H, Xie L, Chen Q, Xu F, Dai A, Ma X, Xie S, Li H, Zhu F, Jiao C, Sun L, Xu Q, Zhou Y, Shen Y, Chen X.
Activation of GABAergic neurons in the dorsal raphe nucleus alleviates hyperalgesia induced by ovarian hormone withdrawal
Pain · 2024-08-06
DOI: 10.1097/j.pain.0000000000003362