痛的感觉与难受的情绪，如何在丘脑室旁核走向不同出口？
小鼠研究解析丘脑室旁核前部的两群兴奋性投射神经元：通向终纹床核的支路参与持久机械痛敏，通向伏隔核的支路则关联疼痛引发的位置厌恶。
疼痛不仅包含对伤害性机械或热刺激的感觉辨别维度（sensory-discriminative dimension），还伴随回避、厌恶等负性情绪与动机维度（affective-motivational dimension）。丘脑室旁核前部（anterior paraventricular thalamus，PVA）是整合伤害性输入与情绪状态的重要的中线丘脑核团，但PVA兴奋性神经元是由同一群细胞同时编码机械痛敏与痛相关厌恶，还是通过空间与功能分离的神经元集群及下游投射通路分别调控这两大维度，此前尚不清楚。 2024年11月4日，台湾中央研究院生物医学科学研究所陈建昌（Chien-Chang Chen）研究员、杨世斌（Shi-Bing Yang）副研究员与龚琦莉（Chi-Li Gong）博士团队在《Cell Reports》发表题为“Separate anterior paraventricular thalamus projections differentially regulate sensory and affective aspects of pain”的研究论文。研究结合自由活动小鼠微型单光子钙成像（miniscope）、光遗传学双向操控、顺逆行病毒环路追踪及双模态（ChrimsonR光刺激结合GCaMP6f成像）在体记录，在5%福尔马林足底注射炎症痛模型中证实：PVA内的VgluT2+谷氨酸能神经元通过互不重叠的神经元集群与下游通路实现分工——PVA VgluT2+→终纹床核（BNST）通路专门驱动持续数日的机械性痛觉过敏，而PVA VgluT2+→伏隔核（NAc）通路则选择性介导疼痛相关的条件性与实时位置厌恶。
福尔马林炎症痛在PVA VgluT2+谷氨酸能神经元中招募两群近乎不重叠（仅1%重叠）的神经元集群：PVA VgluT2+→BNST投射通路诱导下游BNST神经元持续兴奋并驱动长达3天的机械性痛觉过敏，而PVA VgluT2+→NAc投射通路则专门介导疼痛相关的实时与条件性位置厌恶。
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福尔马林炎症痛持久激活PVA VgluT2+谷氨酸能神经元并引起在体单细胞钙活动升高
研究团队首先在小鼠后足底注射10 μL 5%福尔马林建立炎症痛模型。von Frey测试显示，福尔马林注射在2小时、1天、3天及6天时均引起显著的机械性缩足反应率（paw withdrawal ratio，PWR）升高（p < 0.0001，n = 6）。在注射后第3天，PVA内磷酸化ERK（pERK）阳性神经元中有68%与兴奋性谷氨酸转运体VgluT2共定位，显著高于其与钙视网膜蛋白（Crt，57%）、甘丙肽（Gal，47%）或促肾上腺皮质激素释放因子（CRF，36%）的共定位比例。
为实时追踪自由活动小鼠PVA VgluT2+神经元的活动动态，作者在VgluT2-ires-Cre小鼠PVA中表达AAV-DIO-GCaMP6f并植入梯度折射率（GRIN）透镜开展头戴式微型显微镜（miniscope）单细胞钙成像（5只小鼠共118个神经元）。记录显示，福尔马林注射后5分钟，12.0%的PVA VgluT2+神经元表现为兴奋（Ext，无反应NR占79.0%，抑制Inh占9.0%）；至注射后2小时，兴奋性神经元比例升至19.0%（NR占75.0%，Inh占6.0%），且群体平均钙信号强度在120分钟时显著高于基线（p < 0.01）。
来源：Selomon Assefa Mindaye et al. · Cell Reports · © Elsevier Inc.
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光遗传学激活无痛小鼠PVA VgluT2+神经元诱发长达3天的机械痛敏与实时位置厌恶
为检验激活PVA VgluT2+神经元是否足以直接产生疼痛样感觉与负性情绪表型，作者在无痛VgluT2-ires-Cre小鼠的PVA中表达ChR2-EYFP。令人注目的是，仅给予单次10分钟的蓝光刺激（473 nm，10 Hz），即可在无痛小鼠中诱发持续长达3天的显著机械性痛觉过敏（PWR显著升高，至第6天恢复基线，n = 15–16）。
在评估负性情绪维度的实时位置逃避测试（real-time place aversion，RTPA）中，当小鼠进入配对箱体触发蓝光激活PVA VgluT2+神经元时，ChR2组小鼠在配对箱内的停留时间显著减少，表现出强烈的位置厌恶行为（n = 13，p < 0.001；化学遗传学hM3Dq激活同样诱发条件性位置厌恶CPA，Figure S2A–E）。
来源：Selomon Assefa Mindaye et al. · Cell Reports · © Elsevier Inc.
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光遗传学抑制PVA VgluT2+神经元逆转福尔马林诱导的机械痛敏并产生位置偏好
反之，为验证PVA VgluT2+神经元在福尔马林炎症痛中的必要性，作者在VgluT2-ires-Cre小鼠PVA中表达抑制性卤视紫红质（eNpHR3.0-EYFP）。在福尔马林注射后的第1、2、3天，每次给予黄光（595 nm）抑制PVA VgluT2+神经元期间（Light on），小鼠升高的机械缩足反应率（PWR）均被显著压低，而在停光1小时后（Light off）痛敏反应重新出现（n = 7）。
在情绪维度上，对福尔马林致痛小鼠的PVA VgluT2+神经元进行黄光抑制，可在实时位置测试中诱发显著的实时位置偏好（real-time place preference，RTPP，小鼠更倾向于停留在给予黄光镇痛的箱体，n = 7–8），并且光抑制PVA VgluT2+神经元还能完全消除福尔马林诱导的条件性位置厌恶（CPA，Figure S3A–D）。
来源：Selomon Assefa Mindaye et al. · Cell Reports · © Elsevier Inc.
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纵向微型显微镜钙成像揭示PVA VgluT2+神经元通过两个非重叠集群分别编码机械痛与条件性厌恶
同一群PVA VgluT2+神经元是否同时响应机械刺激与厌恶情绪？作者对8只小鼠的PVA VgluT2+神经元进行了跨越基线、福尔马林注射后2小时、1天、3天与6天的纵向miniscope钙成像。结果显示，0.4 g von Frey机械刺激诱发的PVA VgluT2+神经元钙反应在注射后2小时、1天和3天显著增强（第6天回落），而对30 °C、55 °C与4 °C热/冷刺激的钙反应在致痛前后无显著变化。
在福尔马林条件性位置厌恶（CPA）范式中，对配对厌恶箱特异响应（Cond. Pref）的PVA VgluT2+神经元比例从基线的3.1%大幅上升至测试期的13.1%（非配对箱响应细胞保持在6.7% vs 7.0%）。对8只小鼠共237个纵向追踪的PVA VgluT2+神经元进行交叉比对发现：响应CPA厌恶环境的神经元（28个，12%）与响应0.4 g机械痛刺激的神经元（24个，10%）之间仅有2个神经元（1%）发生重叠（且顺逆行追踪证实pERK+的PVA VgluT2+神经元主要投射至NAc与BNST，Figure 5）。
来源：Selomon Assefa Mindaye et al. · Cell Reports · © Elsevier Inc.
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光激活PVA VgluT2+→BNST通路引发下游BNST神经元持续3天钙活动升高并专门驱动机械痛敏
基于Figure 5中顺逆行追踪锁定的终纹床核（BNST）与伏隔核（NAc）两大下游靶区，作者首先在VgluT2-ires-Cre小鼠PVA注射AAV-DIO-ChR2-EYFP并在BNST植入光纤。结果显示，在无痛小鼠中单次光激活PVA VgluT2+→BNST轴突终末，即可诱发持续至少3天的机械性缩足反应率（PWR）升高（n = 7），但在实时位置逃避（RTPA）测试中完全不诱发位置厌恶反应（n = 7–8）。
为进一步揭示单次10分钟刺激何以产生持续3天的机械痛敏，研究团队结合红移视蛋白ChrimsonR与miniscope钙成像：在PVA表达AAV-Syn-FLEX-ChrimsonR-tdTomato，同时在下游BNST神经元表达AAV-Syn-GCaMP6f并植入集成620 nm LED激发出光的miniscope。在体记录证实，620 nm光激活PVA VgluT2+→BNST终末不仅即时激活BNST神经元，还导致BNST神经元的自发钙活动及0.4 g von Frey机械刺激诱发的钙反应在刺激后第1天和第3天持续处于高水平（至第6天恢复）。
来源：Selomon Assefa Mindaye et al. · Cell Reports · © Elsevier Inc.
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PVA VgluT2+→NAc通路选择性驱动实时位置厌恶并在福尔马林CPA记忆提取中被特异性招募
与BNST通路形成镜像互补，当研究团队在VgluT2-ires-Cre小鼠的伏隔核（NAc）上方对PVA VgluT2+→NAc轴突终末进行ChR2蓝光激活时，小鼠在实时位置逃避（RTPA）测试中表现出强烈的回避行为（n = 7，p < 0.01），但在刺激后2小时至6天内的von Frey测试中，其机械缩足反应率（PWR）完全未发生改变（n = 7–8）。
最后，作者在VgluT2-ires-Cre小鼠NAc中注射逆行AAVrg-EF1α-DIO-GCaMP6f-tdTomato并在PVA植入GRIN透镜，直接对投射至NAc的PVA VgluT2+神经元进行miniscope单细胞钙成像。在福尔马林CPA范式中，对配对厌恶箱特异响应的PVA VgluT2+→NAc投射神经元比例从基线的0%跃升至测试期的15.6%。综上所述，该研究确立了PVA谷氨酸能神经元通过PVA VgluT2+→BNST通路编码持久机械痛敏、通过PVA VgluT2+→NAc通路编码痛相关负性情绪厌恶的双通道分工模型。
来源：Selomon Assefa Mindaye et al. · Cell Reports · © Elsevier Inc.
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