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神经性疼痛是一种使人衰弱的疾病，通常难以治疗，而大脑中传递和控制疼痛的神经基质网络很复杂，至今仍不为人所知。 眶额叶皮层（orbitofrontal cortex，OFC）在决策、情感和奖赏行为中起着重要的作用，然而OFC是否以及如何调节疼痛反应在很大程度上仍是未知的。 中山大学药学院与加拿大卡尔加里大学通过神经示踪，结合光遗传学，化学遗传学，电生理记录和行为评估等多种技术证实，腹外侧眶额叶皮层(vlOFC)中第5层锥体神经元的激活可以减轻坐骨神经分支选择损伤模型(spared nerve injury，SNI)引起的机械痛、热敏性过敏和异常冷痛。 研究人员发现vlOFC输出神经元投射到后腹外侧导水管周围灰质(posterior ventrolateral periaqueductal gray，vlPAG)区域，并接收来自腹内侧丘脑(posterior ventrolateral periaqueductal gray，VM)的输入。并通过光遗传学和化学遗传学法特异性激活vlOFC-vlPAG和VM-vlOFC回路可抑制神经病变相关的超敏反应。因此，本篇文章揭示了vlOFC及其投射到vlPAG的回路对高敏感痛觉的调节作用。  欢迎加入 全国痛-痒学术讨论群 全国神经环路学术讨论群 添加小编微信 brainnews_11 -留言：加群+关键词-  首先，作者将AAV8-DIO-hM3Dq-mCherry, AAV8-DIO-hM4Di-mCherry或AAV8-DIO-mCherry对照病毒分别注入Vglut2-cre小鼠第5层vlOFC，进而对假手术组及SNI组小鼠的谷氨酸能神经元活性进行化学遗传学控制。 发现腹腔注射CNO活化vlOFC中表达hM3Dq的谷氨酸能神经元后，显著减弱了Vglut2-cre小鼠SNI后的机械性痛觉超敏，但在假手术组中没有出现此现象。注射盐水或mCherry对照病毒的小鼠疼痛也反应没有改变。 另一方面，对vlOFC中表达hM4Di的谷氨酸能神经元的进行化学遗传学抑制并没有加重疼痛反应。c-fos与mCherry神经元共染色显示，与生理盐水和病毒对照组相比，CNO诱导了vlOFC中表达hM3Dq的谷氨酸能神经元的强烈激活。 为了探究vlOFC中GABA能的中间神经元是否可以调节神经性疼痛状态，作者又在Gad2-cre 经SNI造模的vlOFC脑区注射AAV8-DIO-hM3Dq-mCherry、AAV8-DIO-hM4Di-mCherry或AAV8-DIO-mCherry对照病毒。然而，这些小鼠的机械痛阈没有被CNO诱导的GABA能神经元激活或抑制而改变。 可以证明，vlOFC中谷氨酸能神经元的激活导致了神经性疼痛的减少，而该区域GABA细胞群的整体激活或抑制并没有改变SNI模型中的机械痛敏。另外，作者也做了一组光遗传学实验，证实对vlOFC中第5层锥体神经元的光遗传刺激可减弱周围神经病变时的感觉超敏。 Vglut2-cre和GAD2-cre小鼠vlOFC中谷氨酸能神经元活性的化学遗传学调节 然而，前述方法可能影响到vlOFC向多个脑区的投射。为了确定哪些投射中哪些参与了vlOFC介导的神经性疼痛控制，作者首先通过在vlOFC第5层注射AAV2-CaMKIIa-ChR2-EYFP病毒对vlOFC投射进行示踪，观察到vlOFC投射到vlPAG，而该课题组最近发现这个区域在SNI之后从mPFC接收到的兴奋性输入减少。另外，还观察到vlOFC投射到中背丘脑(mediodorsal thalamus，MD)和VM。 在神经病理性疼痛状态下，vlOFC-vlPAG突触连接及其功能的改变 接下来，作者将AAV2-CaMKIIa-ChR2注射到Vglut2cre::Ai9和GAD2cre::Ai9小鼠的第5层vlOFC中，并在vlPAG脑区中进行电压钳记录，并使用蓝色激光选择性刺激来自vlOFC的突触输入。能够检测到光激活引起的谷氨酸能神经元和GABA的电活动，并且vlOFC向vlPAG中的谷氨酸能神经元和GABA能神经元发送的是直接的谷氨酸能功能连接。 然后，作者对投射到vlPAG的vlOFC输出神经元进行突触记录。先将CTB488注射到vlPAG中进行逆向标记，再对vlOFC中CTB488阳性细胞进行全细胞电压钳记录，发现SNI介导的抑制性比兴奋性更显著，但SNI对诱发EPSCs的成对脉冲率没有影响。 总之，SNI导致突触输入的改变，并会减少vlOFC到vlPAG的输出。为了检测vlOFC-vlPAG环路的功能，作者将AAV2-CaMKIIa-ChR2-EYFP病毒注射到vlOFC第5层，并用光遗传激活vlPAG中的谷氨酸能神经末稍。观察到vlOFC输入到vlPAG的激活部分逆转了SNI诱导的机械痛敏，热痛敏和异常冷痛。 vlOFC逆向示踪和激活VM输入 为了深入了解哪些脑区投射到vlOFC，作者将CTB488注射到假手术组和SNI小鼠的vlOFC中，并在脑切片测定CTB488标记的分布，发现VM显示出最显著的CTB488标记。为了确定VM-vlOFC投射的功能作用，作者将AAV2-CaMKIIa-ChR2或AAV8-CaMKIIa-Arch3病毒注入VM，并将光纤套管植入假手术组和SNI小鼠的vlOFC中，光遗传激活或抑制从VM到vlOFC的谷氨酸能输入，检测对机械性痛觉敏的影响。发现ChR2激活对假手术组和对侧缩爪反应没有影响。 然而，VM输入被激活后，同侧机械过敏几乎被消除。刺激VM-vlOFC投射比选择性刺激从vlOFC投射到vlPAG的镇痛效果更强，这表明VM输入可能刺激vlOFC神经元，且这些神经元投射到vlPAG以外的区域。激活Arch3在VM- vlOFC投射中并没有加重疼痛表型，即直接抑制vlOFC输出神经元并没有增强疼痛反应。总之，从VM到vlOFC的兴奋性输入的激活减弱了超敏痛觉。  Huang J, Zhang Z, Gambeta E, Chen L, Zamponi GW. An orbitofrontal cortex to midbrain projection modulates hypersensitivity after peripheral nerve injury. Cell Rep. 2021 Apr 27;35(4):109033. doi: 10.1016/j.celrep.2021.109033. PMID: 33910011. 编译作者：Sheena（brainnews创作团队） 校审：Simon（brainnews编辑部） |
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