Cell Rep丨為啥疼久了會 emo？徐州醫(yī)科大學(xué)葛婷/曹君利/張紅星團(tuán)隊揭示慢性疼痛與共病抑郁的關(guān)鍵神經(jīng)環(huán)路

很多人可能有過這樣的體驗：長期被疼痛折磨時，心情也會跟著跌到谷底，變得低落消沉；而陷入抑郁情緒后，又會覺得身體的疼痛感被無限放大。這可不是單純的 “心理作用”，慢性疼痛和抑郁就像一對 “難兄難弟”，常常成對出現(xiàn)，讓患者苦不堪言。

更讓人頭疼的是，人們一直沒完全搞懂，這兩種問題為啥會 “綁定” 在一起，也沒有特別有效的辦法同時解決。其實，我們的大腦里藏著無數(shù)精密的神經(jīng)通路，就像復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)。最近有研究發(fā)現(xiàn)，大腦中一個叫 “腳間核” 的區(qū)域里，有種能分泌 “神經(jīng)降壓素” 的特殊神經(jīng)元，可能就是調(diào)控這對 “難兄難弟” 的關(guān)鍵 “開關(guān)”。

它到底是怎么讓疼痛和抑郁纏上彼此的？又能不能成為破解這個難題的新突破口？這篇研究就帶我們一起，揭開大腦里這個神秘機(jī)制的面紗。

來自徐州醫(yī)科大學(xué)的葛婷/曹君利/張紅星教授及其研究團(tuán)隊做了一項專門研究，標(biāo)題為《An NTS-expressing inhibitory circuit from interpeduncular nucleus to dorsal raphe nucleus controls pain and comorbid depression in male mice》，相關(guān)成果將發(fā)表在《Cell Reports》期刊上。該研究發(fā)現(xiàn)，腳間核（IPN）中表達(dá)神經(jīng)降壓素（NTS）的 GABA 能神經(jīng)元向背縫核（DRN）的抑制性通路，通過共釋放 GABA 和 NTS 調(diào)控雄性小鼠的疼痛與抑郁共病，其中 GABA 受體是介導(dǎo)這一效應(yīng)的關(guān)鍵（NTS 受體無此作用）；CFA 或 CCI 誘導(dǎo)疼痛時該神經(jīng)元活動增強(qiáng)，光遺傳學(xué)或化學(xué)遺傳學(xué)激活該神經(jīng)元及通路會誘發(fā)疼痛和抑郁樣行為，而抑制則能緩解相關(guān)癥狀，為理解疼痛 - 抑郁共病的神經(jīng)機(jī)制及開發(fā)新型治療策略提供了重要依據(jù)。

• IPNNTS神經(jīng)元在CFA疼痛小鼠中激活

為探究 IPNNTS神經(jīng)元在疼痛狀態(tài)下的活動情況，研究先構(gòu)建了完全弗氏佐劑（CFA）誘導(dǎo)的炎癥疼痛模型。實驗 timeline 顯示，給雄性小鼠足底注射 15μL CFA 后，其 50% 足撤回閾值（50% PWTs）在 3 小時后便顯著下降，且該狀態(tài)持續(xù)約 7 天，表明小鼠處于持續(xù)性炎癥疼痛中。

為特異性標(biāo)記 NTS 神經(jīng)元，研究將神經(jīng)降壓素 - cre（NTS - Cre）小鼠與 cre 依賴的 Ai9 tdTomato 報告小鼠雜交，成功獲得 NTS - Cre:Ai9 小鼠，在 IPN 區(qū)域觀察到 tdTomato（紅色）陽性神經(jīng)元的表達(dá)。通過體外腦片膜片鉗記錄發(fā)現(xiàn)，對照組小鼠中 41.38%的 IPNNTS神經(jīng)元具有自發(fā)放電特性，而 CFA 處理后，這一比例顯著升高至 54.29%，且放電頻率也明顯增加。

對于無自發(fā)放電活動的 IPNNTS神經(jīng)元，CFA 處理組的靜息膜電位（RMP）顯著去極化，在接受 0 - 100 pA 的去極化電流注射時，放電活動也明顯增強(qiáng)。為進(jìn)一步驗證，研究采用光纖光度法在體監(jiān)測 IPNNTS神經(jīng)元的鈣活動，結(jié)果顯示 CFA 小鼠IPNNTS神經(jīng)元活性在Von Frey測試較注射前顯著增加。上述結(jié)果一致表明，CFA 誘導(dǎo)的炎癥疼痛會導(dǎo)致 IPNNTS神經(jīng)元活動增強(qiáng)。

• IPNNTS神經(jīng)元的光遺傳學(xué)操控雙向調(diào)節(jié) naive 小鼠的疼痛和抑郁樣行為

為明確 IPNNTS神經(jīng)元活動與疼痛、抑郁樣行為的因果關(guān)系，研究采用細(xì)胞類型特異性光遺傳學(xué)方法，向 NTS - Cre 小鼠的 IPN 區(qū)域注射 Cre 依賴的表達(dá) ChR2、NpHR或 eYFP的 AAV 載體。體外電生理驗證顯示，473nm 藍(lán)光刺激可可靠誘導(dǎo)表達(dá) ChR2 的 NTS 神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位，而 589nm 黃光刺激可使表達(dá) NpHR 的神經(jīng)元膜電位超極化并抑制其放電。

在行為學(xué)測試中，藍(lán)光激活 IPNNTS神經(jīng)元時，表達(dá) ChR2 的小鼠足撤回潛伏期（PWLs）和 50% PWTs 顯著下降，2 小時后恢復(fù)至刺激前水平；而黃光抑制 IPNNTS神經(jīng)元時，表達(dá) NpHR 的小鼠 PWLs 和 50% PWTs 顯著升高，同樣在 2 小時后恢復(fù)。對照組 eYFP 小鼠在光刺激下無行為變化。

在抑郁樣行為評估中，懸尾測試（TST）和強(qiáng)迫游泳測試（FST）結(jié)果顯示，激活 IPNNTS神經(jīng)元使小鼠不動時間顯著增加，抑制該神經(jīng)元則使不動時間顯著減少。此外，在曠場測試（OFT）和實時偏好測試（RTPP）中，激活或抑制 IPNNTS神經(jīng)元未對小鼠的運動活性和位置偏好 / 厭惡產(chǎn)生影響，表明該神經(jīng)元的操控對疼痛和抑郁樣行為的調(diào)節(jié)具有特異性。

• IPNNTS神經(jīng)元抑制緩解 CFA 相關(guān)疼痛及共病抑郁癥狀

基于 IPNNTS神經(jīng)元抑制的顯著行為效應(yīng)，研究進(jìn)一步探究其對 CFA 誘導(dǎo)的疼痛及共病抑郁的改善作用。對于單次足底注射 CFA 的小鼠，在注射后 1 天和 3 天進(jìn)行光遺傳學(xué)抑制 IPNNTS神經(jīng)元，結(jié)果顯示小鼠的 PWLs 和 50% PWTs 均顯著升高，而 eYFP 對照組無此效應(yīng)，表明抑制該神經(jīng)元對 CFA 誘導(dǎo)的炎癥疼痛具有強(qiáng)效鎮(zhèn)痛作用。

為構(gòu)建慢性疼痛 - 抑郁共病模型，研究對小鼠進(jìn)行每周 1 次、共 4 次的重復(fù) CFA 注射。行為測試顯示，重復(fù)注射 CFA 的小鼠持續(xù)表現(xiàn)出疼痛樣行為（PWLs 和 50% PWTs 降低），同時在 TST 和 FST 中不動時間顯著增加，提示抑郁樣行為形成。對這類共病小鼠進(jìn)行 IPNNTS神經(jīng)元光遺傳學(xué)抑制，不僅使 PWLs 和 50% PWTs 顯著升高，還顯著減少了 TST 和 FST 中的不動時間。結(jié)合光遺傳學(xué)激活實驗的結(jié)果，充分證明 IPNNTS神經(jīng)元在介導(dǎo)疼痛感覺及相關(guān)抑郁癥狀中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

• 投射至 DRN 的 IPNNTS神經(jīng)元共釋放 GABA 和 NTS

為明確 IPNNTS神經(jīng)元的類型及神經(jīng)遞質(zhì)釋放情況，研究進(jìn)行了多標(biāo)記熒光原位雜交（FISH）。結(jié)果顯示，在 212 個 IPNNTS神經(jīng)元中，211 個與囊泡 GABA 轉(zhuǎn)運體（vGAT）共標(biāo)記，占比 99.53%，而與谷氨酸轉(zhuǎn)運體（vGlut2）共標(biāo)記的僅占 0.47%，表明幾乎所有 IPNNTS神經(jīng)元均為 GABA 能神經(jīng)元。

為追蹤 IPNNTS神經(jīng)元的下游投射，向 NTS - Cre 小鼠的 IPN 注射 Cre 依賴的突觸素 - DsRed 病毒，結(jié)果在背縫核（DRN）觀察到強(qiáng)烈的突觸素 - DsRed 標(biāo)記，同時在背外側(cè)被蓋區(qū)（LDTg）、內(nèi)側(cè)隔核（MS）和丘腦室旁核（PVT）等區(qū)域也有廣泛表達(dá)，其中 DRN 是介導(dǎo)疼痛和抑郁的關(guān)鍵核團(tuán)。

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為解析 IPNNTS神經(jīng)元與 DRN 的功能性突觸連接，在 IPNNTS神經(jīng)元中表達(dá) ChR2 - mCherry，并對 DRN 神經(jīng)元進(jìn)行全細(xì)胞膜片鉗記錄。在存在河豚毒素（TTX）、4 - 氨基吡啶（4 - AP）和離子型谷氨酸受體拮抗劑 NBQX 的條件下，光遺傳學(xué)激活 IPNNTS神經(jīng)元終末可在 DRN 神經(jīng)元中誘發(fā)抑制性突觸后電流（IPSCs）。單獨使用神經(jīng)降壓素受體（NTR）拮抗劑 SR142948A 或 GABA 受體拮抗劑印防己毒素（PTX）僅能部分阻斷該 IPSCs，而兩者聯(lián)合使用可完全消除 IPSCs，提示 IPNNTS神經(jīng)元激活可在 DRN 中共釋放 GABA 和 NTS。

為在體驗證這一結(jié)果，研究在 DRN 中表達(dá)基因編碼的 GABA 傳感器（iGABASnFR）或神經(jīng)降壓素傳感器（NTS1.0），同時在 IPNNTS神經(jīng)元中表達(dá) ChrimsonR - mCherry 用于光遺傳學(xué)激活。結(jié)果顯示，激活 IPNNTS神經(jīng)元后，iGABASnFR 和 NTS1.0 的熒光信號均顯著增強(qiáng)，直接證明 IPNNTS神經(jīng)元在 DRN 中可共釋放 GABA 和 NTS，形成抑制性投射通路。

• IPNNTS- DRN 通路的光遺傳學(xué)操控雙向調(diào)節(jié)疼痛和抑郁樣行為

為評估 IPNNTS - DRN 抑制性投射的功能，研究采用逆行病毒策略，向 DRN 注射表達(dá)不同視蛋白的逆行病毒，并在 IPN 上方植入光纖進(jìn)行光遺傳學(xué)操控。免疫熒光和體外腦片電生理驗證了病毒載體的有效表達(dá)和功能。

在 naive 小鼠中，光遺傳學(xué)激活 IPNNTS - DRN 通路顯著降低小鼠的 PWLs 和 50% PWTs，同時增加 TST 和 FST 中的不動時間；相反，抑制該通路則顯著升高 PWLs 和 50% PWTs，減少不動時間，表明該通路可雙向調(diào)節(jié)疼痛和抑郁樣行為。

對于單次 CFA 注射的小鼠，在注射后 1 天和 3 天抑制 IPNNTS - DRN 通路，均觀察到顯著的鎮(zhèn)痛效應(yīng)（PWLs 和 50% PWTs 升高）。在重復(fù) CFA 注射誘導(dǎo)的慢性疼痛 - 抑郁共病小鼠中，抑制該通路不僅能有效緩解疼痛樣行為，還能顯著改善抑郁樣行為（減少 TST 和 FST 不動時間）。這些結(jié)果與直接抑制 IPNNTS神經(jīng)元的效應(yīng)一致，表明 IPNNTS - DRN 通路是調(diào)節(jié)疼痛和抑郁共病的關(guān)鍵神經(jīng)環(huán)路。

• GABA受體而非 NTR介導(dǎo) IPN - DRN 通路在疼痛和抑郁共病中的作用

為明確 IPNNTS - DRN 通路中介導(dǎo)行為效應(yīng)的關(guān)鍵神經(jīng)遞質(zhì)，研究結(jié)合化學(xué)遺傳學(xué)激活與藥理學(xué)拮抗方法。向 NTS - Cre 小鼠的 IPN 注射 Cre 依賴的 hM3D（Gq）病毒，體外電生理驗證顯示 10μM 氯氮平 N - 氧化物（CNO）灌注可顯著增加表達(dá) hM3D 的 IPNNTS神經(jīng)元的放電活動。腹腔注射 CNO 激活 IPNNTS神經(jīng)元后，小鼠的 50% PWTs 和 PWLs 顯著降低，TST 和 FST 不動時間顯著增加，與光遺傳學(xué)激活結(jié)果一致。

為特異性靶向 IPNNTS - DRN 通路，向 IPN 注射 hM3D 病毒并在 DRN 上方植入套管用于局部藥物輸注。結(jié)果顯示，在 eYFP 對照組小鼠中，DRN 局部輸注 NTR 拮抗劑 SR142948A 顯著降低 PWLs 和 50% PWTs（疼痛促進(jìn)效應(yīng)），但對 TST 結(jié)果無影響；而輸注 GABA 受體拮抗劑 PTX 對疼痛樣行為無影響，卻顯著減少 TST 不動時間（抗抑郁效應(yīng)）；聯(lián)合輸注兩種拮抗劑的效應(yīng)與單獨輸注 PTX 一致。

在 hM3D 組小鼠中，CNO 誘導(dǎo)的疼痛樣行為和抑郁樣行為可被 DRN 局部輸注 PTX 完全阻斷，但 SR142948A 無此作用。此外，聯(lián)合輸注兩種拮抗劑可逆轉(zhuǎn) CNO 誘導(dǎo)的抑郁樣行為，但對疼痛樣行為無影響。這些結(jié)果表明，IPNNTS神經(jīng)元或 IPNNTS - DRN 通路操控引發(fā)的行為效應(yīng)主要由 GABA 受體介導(dǎo)，而非 NTR 受體。

總結(jié)

該研究聚焦慢性疼痛與抑郁共病的神經(jīng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)腳間核（IPN）中表達(dá)神經(jīng)降壓素（NTS）的 GABA 能神經(jīng)元向背縫核（DRN）的抑制性投射通路是調(diào)控這一病理過程的關(guān)鍵。研究通過完全弗氏佐劑（CFA）誘導(dǎo)的炎癥疼痛模型和慢性坐骨神經(jīng)結(jié)扎（CCI）誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性疼痛模型，證實疼痛狀態(tài)下 IPNNTS神經(jīng)元活動顯著增強(qiáng)，表現(xiàn)為自發(fā)放電比例升高、膜電位去極化及鈣信號增強(qiáng)。利用光遺傳學(xué)技術(shù)激活 IPNNTS神經(jīng)元或其 DRN 投射，可在正常小鼠中誘導(dǎo)疼痛和抑郁樣行為；而抑制該神經(jīng)元或通路，則能逆轉(zhuǎn) CFA 和 CCI 模型小鼠的疼痛癥狀及共病抑郁樣行為，且不影響運動活性和位置偏好。進(jìn)一步研究表明，IPNNTS神經(jīng)元激活后可在 DRN 共釋放 GABA 和 NTS，但行為效應(yīng)主要由 GABA 受體介導(dǎo) ——DRN 局部輸注 GABA 受體拮抗劑能完全阻斷 IPNNTS通路激活誘導(dǎo)的疼痛和抑郁樣行為，而 NTS 受體拮抗劑僅誘發(fā)疼痛，對抑郁樣行為無影響。該研究首次揭示了 IPNNTS-DRN 抑制性通路通過 GABA 釋放調(diào)控疼痛 - 抑郁共病的神經(jīng)機(jī)制，為理解這一臨床難題的病理基礎(chǔ)提供了新視角，也為開發(fā)靶向該通路的新型治療策略提供了實驗依據(jù)。

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116719

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