跳至内容

痛敏与情绪变化,能否分开调节?腹侧苍白球的线索

Nature communications · 2023-04-17

Table of contents

No titles in the blog post

Nature Communications · 研究前沿

痛敏与情绪变化,能否分开调节?腹侧苍白球的线索

疼痛敏感和负性行为常常相伴,却未必同时改变。一项雄性小鼠研究发现,腹侧苍白球胆碱能细胞及其杏仁核联系,对两类行为呈现不同的作用时程。

原论文图2b局部:腹侧苍白球胆碱能细胞相关合并荧光视野

持续疼痛带来的困扰,常常不止疼痛本身。动物也可能更少探索,在某些任务中更久保持不动。那么,减轻痛敏与改变这些行为,会不会依赖同一套脑内过程?2023年4月17日发表于 Nature Communications 的研究,把目光投向雄性小鼠腹侧苍白球VP中的胆碱能细胞,以及它们通向基底外侧杏仁核BLA的投射。结果显示,即时改变这套联系,可以牵动机械与热刺激反应;反复调节之后,部分情绪相关行为变化还能在刺激结束后保留,而痛敏指标却没有同步持续改变。感觉与行为状态,由此显露出不同的调节节奏。

关键发现

VP胆碱能相关回路在持续疼痛模型中活动增强。即时抑制可减轻痛敏,反复抑制则改善部分痛相关焦虑样和抑郁样行为;停止反复抑制后,所测痛敏并未显著减轻,提示两类效应具有不同时间范围。

阅读目录 · 7个部分

痛敏之外,VP细胞也更容易兴奋

外周神经损伤后,小鼠的机械缩足阈值下降、热缩足潜伏期缩短,变化可持续数周。与此相伴,双侧VP的活动相关标记增加;其中既有表达胆碱乙酰转移酶ChAT的胆碱能细胞,也有其他细胞。它们在相同电流输入下的诱发放电都更强。

乙酰胆碱信号为局部变化提供了另一条线索。相关记录显示,损伤模型中的诱发乙酰胆碱释放增强;阻断烟碱型乙酰胆碱受体后,非ChAT细胞的过强活动也减弱。胆碱能细胞与邻近细胞之间,因而可能共同参与持续痛敏中的皮层下变化。

原论文图 3神经损伤后的VP活动
神经损伤后的VP活动
图3显示双侧VP活动标记及ChAT、非ChAT细胞诱发放电的增强。相关乙酰胆碱释放比较见原论文补充资料。
来源:Ji YW et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

增强胆碱能细胞活动,双侧后爪更敏感

在未受伤小鼠中,激活一侧VP的ChAT细胞,能让两侧后爪的机械阈值下降、热缩足潜伏期缩短。刺激结束后,指标向原有水平回返。这份即时、可逆的变化,把细胞活动与伤害刺激相关行为直接联系起来。

局部药理比较也显示,提高乙酰胆碱信号可以增强机械敏感,而烟碱型受体阻断能够削弱细胞激活引出的变化。这里的胆碱能作用因而具有脑区背景:不同脑区的同一种递质,并不会必然带来相同的痛觉调节方向。

原论文图 4即时激活后的机械与热反应
即时激活后的机械与热反应
图4显示一侧VP细胞激活时双侧后爪的反应改变,停止激活后回返;荧光对照组未见同样显著变化。
来源:Ji YW et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

反复激活留下行为变化,却未留下同样的痛敏

研究还发现,神经损伤小鼠出现悬尾、游泳时不动增加,以及开放区域探索减少。在未受伤小鼠中,反复激活VP胆碱能细胞,也能在刺激结束后引出相似方向的部分行为变化,伴随VP活动相关标记持续增加。

但停止刺激几天后再测,机械阈值、热反应和运动指标并没有显著改变。情绪相关任务中的变化,与即时痛敏变化因此出现时间上的分离:同一细胞群可以参与两类行为,却不必让所有指标一起持续偏移。

原论文图 5反复激活后的行为与VP活动
反复激活后的行为与VP活动
图5展示持续疼痛模型的行为及反复细胞激活后的变化;停止刺激后痛敏与运动未显著改变的比较见补充资料。
来源:Ji YW et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

在痛状态下,降低活动能够提高反应阈值

反过来,即时抑制VP胆碱能细胞,在炎症与神经损伤相关痛模型中提高机械阈值、延长热缩足潜伏期。未受伤小鼠的对应指标却未显著变化,提示这一细胞群在病理敏感状态中具有不同的功能分量。

细胞活动标记也随抑制而下降,局部非ChAT细胞受到影响。不过,这些结果没有把所有作用都限定为单突触直连;胆碱能细胞如何通过局部网络和远端输出共同参与,仍需要继续分辨。

原论文图 6痛模型中的即时抑制效应
痛模型中的即时抑制效应
图6显示痛模型的机械和热反应及VP活动变化;细胞胞体抑制与下文的特定末梢抑制属于不同范围。
来源:Ji YW et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

反复抑制之后,部分行为改善仍然保留

神经损伤后,反复降低VP胆碱能细胞活动,使小鼠在停止抑制后的悬尾和游泳任务中不动减少,开放臂停留与进入增加。相应运动距离未显著改变,VP的活动标记也在之后仍较低。

这份改善具有背景限制:停止抑制后测得的痛敏未显著减轻,在另两类慢性压力模型中,类似抑制也未改善所测焦虑样与抑郁样指标。结果因此指向痛相关状态中的特定联系,而不是通用的情绪调节效果。

原论文图 7神经损伤后的反复抑制与行为
神经损伤后的反复抑制与行为
图7显示神经损伤模型中的部分行为改善及较低活动标记;运动距离未显著变化。
来源:Ji YW et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

一条杏仁核输出,呈现更明确的左右差别

VP胆碱能细胞在BLA有密集输出。激活一侧BLA中的相关末梢,改变的是对侧后爪的机械与热反应,同侧后爪未显著改变。这与VP细胞胞体激活产生的双侧效应不同,提示局部和远端输出具有可分辨的作用范围。

反复激活双侧末梢,也让部分情绪相关行为在刺激结束后改变;所测痛敏和运动指标却未显著改变。BLA中的细胞响应并非整齐一致,部分细胞受到兴奋,另一些被抑制或没有明显响应,网络的变化仍保留细胞差异。

原论文图 9VP—BLA联系的侧别与时间范围
VP—BLA联系的侧别与时间范围
图9展示单侧末梢激活的对侧后爪效应,以及双侧反复激活后的行为变化;即时与停止后的测试相互区分。
来源:Ji YW et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

痛敏缓解与行为改善,不必踩着同一节拍

痛模型中,即时抑制VP—BLA相关末梢减轻对侧痛敏;反复双侧抑制,则改善停止刺激后部分焦虑样、抑郁样行为。与此同时,停止反复抑制后,痛敏没有显著改善。研究把两种时程放在一起,显示同一联系的作用可以随状态和观察时间改变。

这项雄性小鼠研究让痛敏与负性行为之间的联系更具体,也留下关键问题:哪些下游细胞承担各自效应,局部与远端输出怎样协作,以及雌性和人类是否相同。它提供了进一步研究的回路节点,尚未建立临床治疗效果。

原论文图 10末梢抑制的即时与后续行为效应
末梢抑制的即时与后续行为效应
图10显示即时抑制和反复抑制的不同结果:痛敏改善限于相应即时、对侧比较,部分后续情绪相关行为改善则在反复调节后出现。
来源:Ji YW et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

论文信息

Ji YW, Shen ZL, Zhang X, Zhang K, Jia T, Xu X, Geng H, Han Y, Yin C, Yang JJ, Yang JJ, Cao JL, Zhou C, Xiao C.
Plasticity in ventral pallidal cholinergic neuron-derived circuits contributes to comorbid chronic pain-like and depression-like behaviour in male mice
Nature communications · 2023-04-17
DOI: 10.1038/s41467-023-37968-x