Science最新发布：吗啡镇痛的“脑-脊髓环路”

作者：brainnews--杏仁核学堂发布时间：2024-09-04

2024年8月30日，瑞典卡罗林斯卡学院医学生物化学和生物物理系Patrik Ernfors团队在Science发表“Morphine-responsive neurons that regulate mechanical antinociception” 的研究论文，分析了响应吗啡并调节机械性镇痛的神经元群体。

阿片类药物是广泛使用的有效镇痛药，用于严重的急性和慢性疼痛，但其存在严重的滥用问题，且阿片类药物镇痛的神经机制尚未完全清楚。

作者鉴定了一组在大鼠延髓吻侧腹内侧核（RVM）中调节机械性伤害感知的神经元。RVM中乙酰胆碱能中间神经元（特别是RVM BDNF neurons）在吗啡镇痛效应中的作用机制。通过使用不同小鼠模型和遗传工具，研究人员揭示了BDNF和其受体TrkB在调控脊髓和脑干神经元活动以及吗啡抗炎、镇痛效应中的关键作用。作者的结果揭示了一个特定的RVM-脊髓回路，该回路调节机械性伤害感知，其功能赋予了吗啡的镇痛特性。

1. 在RVM中的一种吗啡响应的镇痛神经集合

作者通过CLZ (0.3 mg/kg)刺激被吗啡(10 mg/kg) TRAPed的神经元，动物的机械痛阈值提高了三倍，明显减少了对有害机械刺激的防御行为，效果与吗啡本身相似。相反，在同一动物中，当这些神经元被抑制时，观察到明显的痛觉过敏和对有害刺激的防御行为增加，而对未经刺激或CLZ和SALVB处理的WT小鼠进行激活和抑制的“对照”集合则没有效果。吗啡RVM集合减轻了热诱导的防御行为，但对热撤退潜伏期没有影响。当有害热激活的RVM神经元被TRAPed，并且在1周后激活时，动物表现出痛觉过敏和对辐射热的撤退潜伏期缩短，当抑制这些神经元时，撤退潜伏期增加。在Arc-CreERT2;R26-Tomato小鼠中，未观察到TRAPed神经元或Arc阳性神经元的总数有差异。激活吗啡RVM集合导致机械痛阈值增加，与给予吗啡的效果相似。在给予吗啡的同时通过SALVB抑制RVM集合，完全抑制了吗啡诱导的机械镇痛。

2. 吗啡产生镇痛效果时RVM中神经元集合的分子特征

作者进行了单核RNA测序（snRNA-seq）以获取代表吗啡RVM集合的神经元类型信息。聚类分析揭示了4种不同的谷氨酸能、3种血清素能和12种GABA能神经元类型，所有这些都通过原位杂交验证为RVM神经元类型。通过原位杂交对RVM中不同神经递质表达神经元的比例进行定量显示，抑制性（Slc32a1阳性）神经元最为丰富，谷氨酸能（Slc17a6阳性）神经元为中等，血清素能（Tph2阳性）神经元为RVM中最少的类型。

3. 吗啡镇痛的脊髓传递机制

研究发现，RVM通过脊髓投射神经元引发抗伤害感受，这表明特定的脊髓神经元类型参与了抗伤害感受的处理。作者使用WT或BDNF-2A-Cre小鼠探究由脊髓神经元引发的抗伤害感受的神经基础，这些小鼠在RVM中注射了Cre依赖性的AAV-hM3D(Gq)，并在2周后给予CLZ。作者比较了接受CLZ的WT小鼠与接受RVM BDNF神经元激活小鼠的模块得分，在所有分析中唯一得分增加的神经元类型是兴奋性20（Ex20）和抑制性8（In8），它们的IEG模块得分发生了改变。作者在沉默BDNF的同时激活RVM BDNF神经元，逆转了IEG模块得分和IEG阳性的增加。

在脊髓神经元的单细胞分析中，In8神经元是唯一表达SCGal的神经元类型。为了验证RVM BDNF神经元是否可以在体内激活SCGal神经元，使用原位杂交来检查RVM BDNF神经元的激活是否会导致表达IEG Fos的SCGal神经元数量增加，RVM BDNF神经元的激活显著增加了Fos阳性SCGal神经元的比例。作者还评估了SCGal神经元是否在基于吗啡的机械性抗伤害感受中发挥作用。尽管CLZ在同侧导致了明显的痛觉过敏，但通过化学遗传抑制SCGal细胞，吗啡的抗伤害感受被完全消除。GABA能SCGal神经元接收单突触输入，并被RVM BDNF投射神经元招募，吗啡的抗伤害感受是由招募GABA能SCGal神经元引起的，这些神经元抑制了脊髓对机械性伤害感受的处理。