肥胖小鼠为何更易对刺激反应?丘脑里的CXCL7与CXCR2
20周高脂饮食模型中,趋化因子相关信号与PVT—BLA兴奋性路线相联系;降低CXCR2可改善机械、热敏感及刺激配对回避。
体重增加之后,疼痛相关变化不一定只来自关节或局部组织。代谢与炎症状态也可能改变脑内的感觉调节。发表于Journal of Neuroinflammation的一项研究使用20周高脂饮食小鼠,发现机械和热刺激更容易引起缩足,动物也更回避与机械刺激配对的位置。研究从丘脑室旁核(PVT)追到基底外侧杏仁核(BLA),再把趋化因子CXCL7及受体CXCR2接入这条兴奋性路线,寻找肥胖背景中的中枢高敏机制。
局部CXCL7增加可增强PVT兴奋性并诱发高敏;肥胖模型中降低PVT CXCR2或抑制PVT—BLA路线,神经响应与机械、热及回避指标随之改善。
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机械与热敏感,伴随刺激相关回避
高脂饮食20周后,小鼠体重和肝脂肪增加,机械阈值下降、热缩足潜伏期缩短,并回避与机械刺激配对的区域。所测自主运动能力未显著改变。高敏不仅体现在缩足,也影响了后来对刺激相关环境的选择。
机械刺激后的c-Fos比较中,PVT变化尤其突出,初级体感皮层S1与腹后丘脑VP也出现变化,其余所测区域未显著改变。PVT活动标记大多与CaMKII共标记,研究因而聚焦其谷氨酸相关细胞。
来源:Hu R et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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降低PVT活动,高敏与回避一起减轻
肥胖模型的PVT细胞在相同电流下放电更多,机械刺激诱发的群体钙响应也更强。抑制这群细胞后,机械阈值与热潜伏期提高,刺激配对回避减少。细胞活动既显示变化,也对模型行为具有功能贡献。
在正常饮食小鼠中增强PVT群体,则降低机械与热阈值、增加位置回避。正常背景激活与肥胖背景抑制,分别说明该群体能诱发类似变化,也参与高敏背景中的行为表达。
来源:Hu R et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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从人体血浆,追到小鼠丘脑
人体血浆蛋白组比较中,每组10名肥胖参与者与健康对照,PPBP/CXCL7成为升高的候选分子。研究随后在小鼠模型发现血浆CXCL7升高,PVT谷氨酸相关细胞中的蛋白和mRNA也增加。人体样本提出线索,局部功能由小鼠实验继续检验。
PVT还出现IBA1标记细胞增加、分支减少和缩短,以及GPX4蛋白升高。免疫相关细胞形态与神经元分子状态同时改变,使CXCL7进入一个具体的局部环境,而不只是血液中的差异指标。
来源:Hu R et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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增加CXCL7,正常小鼠也出现高敏
向正常小鼠脑室给予CXCL7,或直接给予PVT,机械阈值与热潜伏期下降,位置回避增加。PVT局部处理还增加c-Fos及切片诱发放电。这个候选分子不只伴随模型存在,局部增加也能改变细胞及行为。
接下来需要找到接收这一信号的环节。模型PVT细胞的CXCR2表达增加,另一受体CXCR1却未显著变化。配体与受体的对应变化,把功能检验进一步落到PVT细胞中的受体上。
趋化因子常参与细胞间通讯,受体则决定哪些细胞能接收这类信号。在这里,两者的变化发生在一个具有感觉调节功能的丘脑群体中。将配体增加和受体减少分别检验,研究把一种免疫相关分子,从模型中的伴随指标带到了神经元响应的功能问题上。
来源:Hu R et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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减少CXCR2,神经元响应与行为一起改变
降低肥胖模型PVT细胞中的CXCR2,切片放电减少,机械诱发钙响应减弱,机械与热高敏及位置回避改善。受体水平改变与神经响应、行为变化形成同向联系,说明CXCR2参与模型中这组细胞的高响应状态。
这一结果把分子与丘脑活动接在一起,研究继续沿输出寻找下游:PVT的兴奋性活动,如何影响更远处与感觉和回避有关的细胞?
来源:Hu R et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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PVT的兴奋性信号,抵达BLA
追踪与突触记录显示,PVT向BLA谷氨酸相关细胞提供直接兴奋性输入。肥胖模型BLA放电和机械诱发钙也增强。抑制PVT群体后,下游BLA响应减弱,抑制BLA群体也改善高敏与回避。
再限定到BLA投射相关PVT细胞,或在BLA处抑制PVT末梢,两种操作都改善机械、热及位置指标。区域联系因此有了路线层面的功能支持,丘脑输入与杏仁核响应共同参与模型表现。
来源:Hu R et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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CXCR2变化,延伸到下游回路
PVT CXCR2降低后,BLA放电及刺激诱发钙减弱;仅在BLA投射相关PVT细胞中降低受体,也提高机械阈值和热潜伏期,减少回避。分子操作在明确输出群体中依然改变行为。
在20周高脂饮食模型中,敏感变化因此有了中枢解释:趋化因子相关状态、丘脑兴奋性与杏仁核输入相互联系。体重之外,细胞接收分子信号的方式,也参与了动物怎样响应刺激。
来源:Hu R et al. · Journal of neuroinflammation · CC BY-NC-ND
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