Neuron臂旁核直接将脊髓伤害性信

作者

ZWL

疼痛信号上传产生的生理机制一直困扰着神经科学家们。早在年，就有研究显示臂旁核（parabrachialnucleus,PBN）是一个重要的疼痛上行信号传递中转站，将感觉信号从脊髓传递到杏仁核（amygdala）。年9月《Neuron》杂志发表的题为《TheParabrachialNucleusDirectlyChannelsSpinalNociceptiveSignalstotheIntralaminarThalamicNuclei,butNottheAmygdala》的文章挑战了传统的认知，其结果显示，臂旁核（PBN）直接将脊髓伤害性信号传递到丘脑板内核（intralaminarthalamicnuclei,ILN），而不是杏仁核。下面就让我们一起来看看这篇有意思的科研故事吧。

1.臂旁核（PBN）与脊髓之间突触相连，且在功能上调节脊髓伤害性信号的传递

作者通过病毒追踪和电生理技术证明，脊髓背角的投射神经元与PBN神经元解剖上相连接（图1A-G）。且PBN神经元的兴奋性与疼痛密切相关，即给予小鼠多种伤害性刺激（机械，温度，电）时，PBN神经元的兴奋性增高（图1H-W）。

图1.脊髓-臂旁核(PBN)通路的功能连接。(A)病毒注射示意图。(B)mCherry(红)标记的脊臂神经纤维在PBN的分布模式。(C)脊髓轴突终末在PBN内的平均分布模式。(D)PBN神经元切片记录示意图。(E)光刺激(nm，1ms)在PBN神经元中记录的EPSCs。(F)光诱发EPSCs波幅。(G)记录到的神经元在PBN的位置(n=69个来自4只小鼠的神经元)。(H)光纤记录示意图。(I-W)记录PBN神经元对不同伤害性刺激反应及统计。

通过光遗传技术激活同侧（脊髓病毒注射侧）脊髓-PBN神经通路，可诱发小鼠产生疼痛样舔舐反应，但光照对侧神经通路则无舔舐反应（图2）。

图2.脊髓-臂旁核(PBN)通路的激活引起疼痛相关行为。(A)示意图，用于脊髓内病毒注射和在PBN上方植入光纤。(B)显示注射病毒的小鼠在光刺激(nm，20Hz，10mW，30s)下的行为的栅格图。(C)显示注射病毒的小鼠在光刺激(nm，20Hz，10mW，30s)下的行为的栅格图。(D)对光刺激反应的舔和退缩行为的持续时间(nm，20Hz，10mW，n=7-11小鼠)。(E)和(F)在不同光照强度(n=9-11)下光刺激(nm，40Hz)下舔(E)和退缩(F)行为的持续时间。(G和H)在不同频率(n=9~11只小鼠)下光刺激(nm，10mW)下舔(G)和退缩(H)行为的持续时间。

作者又通过化学遗传技术抑制了脊髓-PBN神经通路，发现抑制同侧（脊髓病毒注射侧）的脊髓-PBN神经通路可缓解小鼠疼痛样反应（图3A-F）。同样，抑制对侧则疼痛减轻的效果没有统计学差异（图3G-J）。

图3.抑制同侧脊髓-臂旁核(PBN)通路损害福尔马林诱发的疼痛相关行为。(A)左上角：脊髓内注射病毒和PBN上方插管的示意图。右上：hM4Di阳性纤维在PBN的分布和插管轨迹。黄线，外插管和注射插管。下图：实验时间表。(B)向同侧臂旁核(0.5mg/只)注射CNO后，显示福尔马林诱发行为的栅格图。(C和D)注射CNO后福尔马林诱导的舔(C)和退缩(D)行为曲线图。(E和F)注射CNO后福尔马林诱导的舔(E)和退缩(F)行为持续时间。(G)描绘病毒注射到野生型小鼠右侧背侧脊髓，并在对侧束旁核上方植入插管的示意图。(H)向对侧PBN(0.5mg/只)注射CNO后，显示福尔马林诱导的舔行为的栅格图。(I和J)对侧PBN注射CNO后，福尔马林诱导的舔(I)和退缩(J)行为的持续时间。

2.臂旁核（PBN）中Tacr1+神经元参与了伤害性信号的传递

接下来，作者发现是PBN中表达有速激肽受体1的神经元（Tacr1+）主要参与了疼痛信号的传递（图4A-D）。且抑制/激活Tacr1+神经元，能减轻/加重小鼠疼痛行为反应（图4E-L）。

图4.Tacr1+PBN神经元在处理伤害性信息中的功能作用。(A)标记H2B-GFP小鼠的PBNSC神经元的示意图。(B-C)GFP+(绿色)和Tacr1+(红色)神经元在PBN的分布模式。(D)不同类型细胞在GFP+神经元中的百分比。(E)显示病毒注射到Tacr1-flpo小鼠右侧PBN的示意图。(F)hM4Di+(DsRed)神经元在右侧PBN的分布模式。(G和H)注射CNO(1mg/kg，i.p)后，福尔马林诱导的舔(G)和退缩(H)行为持续时间。

3.臂旁核（PBN）将脊髓伤害性信号传递到丘脑板内核（ILN）

然后作者借助病毒特异性追踪，证实PBN将脊髓信号传递给ILN（图5A-H），而很少有纤维传递到杏仁核（CeA）。且发现ILN的神经元活性也与疼痛刺激密切相关（图5I-L）。

图5.PBNSC神经元和ILN的功能联系。(A)示意图显示红珠注射到ILN，AAV2/1-hSyn-Flpo病毒注射到H2B-GFP小鼠的右侧脊髓背角。(B)外周核内GFP+(绿色)和红色珠状+(红色)神经元的分布模式。(C)(B)中方格区域的放大视图。(D)双标记神经元占GFP+神经元的百分比。(E)显示病毒注射入PBN、右脊髓背角及记录野生型小鼠ILN神经元的示意图。(F)在ILN神经元上记录到的光诱发内向电流为70mV。蓝色条表示光刺激(nm，1ms)。(G)应用AMPA受体拮抗剂NBQX(n=5个细胞)后，光诱发的EPSCs被阻断。(H)记录在ILN不同分区的神经元中记录的光诱发兴奋性反应的连通性摘要。(I)显示病毒注射入野生型小鼠ILN的示意图。在ILN上方植入光纤。(J)针刺诱发的ILN神经元平均荧光钙变化汇总。(K)热刺激后ILN表达的GCaMP6s荧光信号的变化。(L)热刺激诱发的ILN神经元平均荧光钙变化汇总。

图6.PBNSC神经元向CeA发出有限的直接投射。(A)示意图显示病毒注射到H2B-GFP小鼠的右侧背侧脊髓和红珠/CTB-注射到CEA。(B-C)外周核内GFP+(绿色)和红色珠状+(红色)神经元的分布模式。(D)GFP+神经元中双标记神经元的百分比。(E-F)GFP+(绿色)和CTB-+(红色)神经元在PBN的分布模式。(G)GFP阳性神经元中双标记神经元的百分比。将AAV2/9-EF1a-DIO-EYFP病毒注射到小鼠右侧PBN和AAV2/1-CMV-CRE-EGFP病毒的右侧脊髓背侧，观察了AAV2/9-EF1a-DIO-EYFP病毒注射到小鼠右侧PBN(H)、BNST(I)、ILN(J)、CEA(K)、PAG(L)和ING(M)的EYFP+神经元/纤维的分布模式。

综上，该研究表明，脊髓-PBN通路将同侧疼痛信号传递到ILN而不是CeA。且Tacr1+PBN神经元接受来自脊髓的投射，并在伤害性感受中发挥重要作用。

作者熟练借用多种技术方法，反复证实了脊髓-臂旁核（PBN）-丘脑板内核（ILN）的疼痛传导神经通路。这项研究描绘了一个将伤害性信息从脊髓传递到大脑的新的重要回路。

参考文献

1.Jasmin,L.,Burkey,A.R.,Card,J.P.,andBasbaum,A.I.().Transneuronallabelingofanociceptivepathway,thespino-(trigemino-)parabrachio-amygdaloid,intherat.J.Neurosci.17,–.

2.Richard,S.,Engblom,D.,Paues,J.,Mackerlova,L.,andBlomqvist,A.().Activationoftheparabrachio-amygdaloidpathwaybyimmunechallengeorspinalnociceptiveinput:aquantitativestudyintheratusingFosimmunohistochemistryandretrogradetracttracing.J.Comp.Neurol.,–.

3.JuanDeng,*HuaZhou,Jun-KaiLin,Zi-XuanShen,Wen-ZhenChen,Lin-HanWang,QingLi,DiMu,Yi-ChaoWei,Xiao-HongXu,andYan-GangSun.TheParabrachialNucleusDirectlyChannelsSpinalNociceptiveSignalstotheIntralaminarThalamicNuclei,butNottheAmygdala.,Neuron,–

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