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中腦獎賞環(huán)路中的BDNF參與慢性神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)病機(jī)制

中腦多巴胺獎賞系統(tǒng)由富含多巴胺(DA)神經(jīng)元的中腦腹側(cè)被蓋區(qū)(VTA)及其投射區(qū)伏隔核(NAc)、前額葉皮層(PFC)、杏仁核(amygdala)等組成。近年來的研究表明，中腦多巴胺獎賞系統(tǒng)與痛覺調(diào)制密切相關(guān)的核團(tuán)（如丘腦、中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)等）有廣泛的纖維聯(lián)系，提示該系統(tǒng)不僅與獎賞效應(yīng)、情緒調(diào)節(jié)和情感體驗(yàn)相關(guān)，也是調(diào)控痛感受和痛情緒的重要神經(jīng)環(huán)路。目的：探討VTA-NAc環(huán)路調(diào)控慢性神經(jīng)病理性疼痛的機(jī)制。方法：① 建立坐骨神經(jīng)慢性松結(jié)扎模型(CCI)。② 采用縮足潛伏期(PWL)評價小鼠的熱痛敏行為。③ 利用逆行病毒追蹤結(jié)合光遺傳學(xué)技術(shù)特異性抑制VTA-NAc神經(jīng)環(huán)路的興奮性。④ 利用BdnfloxP/loxP轉(zhuǎn)基因動物結(jié)合病毒工具，特異性敲除VTA-NAc神經(jīng)環(huán)路上的BDNF信號分子。⑤ 利用離體腦片和在體神經(jīng)電生理方法，記錄結(jié)扎對側(cè)VTA區(qū)DA神經(jīng)元放電。結(jié)果：① c-Fos蛋白是神經(jīng)元激活的標(biāo)志物。酪氨酸羥化酶(TH)是DA神經(jīng)元的標(biāo)志物。CCI術(shù)后7天，結(jié)扎對側(cè)VTA區(qū)c-Fos蛋白表達(dá)增加，c-Fos+和TH+免疫熒光雙標(biāo)神經(jīng)元的比例也明顯增加。② 離體腦片和在體神經(jīng)電生理記錄發(fā)現(xiàn)，CCI術(shù)后7天，結(jié)扎對側(cè)VTA區(qū)DA能神經(jīng)元的緊張性放電和高頻簇狀放電均增加。對側(cè)VTA區(qū)微量注射HCN通道阻斷劑或GABAB受體的激動劑，可以降低DA神經(jīng)元的興奮性，并緩解小鼠的熱痛敏行為。以上結(jié)果提示，對側(cè)VTA區(qū)DA能神經(jīng)元參與慢性神經(jīng)病理性疼痛的維持。③ NAc是VTA的主要下游腦區(qū)。因此，研究者進(jìn)一步從VTA-NAc環(huán)路的角度探討慢性神經(jīng)病理性疼痛的機(jī)制。NAc區(qū)域注射逆向熒光示蹤劑(Luma fl uor)，可以逆向標(biāo)記投射到NAc區(qū)域的VTA神經(jīng)元。CCI術(shù)后7天，c-Fos+和Luma fl uor+免疫熒光雙標(biāo)神經(jīng)元的比例明顯增加。在VTA區(qū)，有超過60%的c-Fos+神經(jīng)元投射到NAc。電生理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，投射到NAc的VTA區(qū)DA神經(jīng)元，興奮性明顯增加。另外，CCI手術(shù)增加對側(cè)NAc區(qū)c-Fos蛋白的表達(dá)。抑制VTA區(qū)的DA神經(jīng)元放電，可以降低CCI引起的NAc區(qū)c-Fos蛋白的增加。④ NAc區(qū)注射逆行病毒AAV2/5-Cre，VTA區(qū)注射病毒AAV-DIO-NpHR3.0-eYFP。通過聯(lián)合使用兩種病毒，VTA內(nèi)投射到NAc的神經(jīng)元可以表達(dá)NpHR3.0。免疫熒光雙標(biāo)實(shí)驗(yàn)顯示，97.8%的eYFP+神經(jīng)元也是TH+神經(jīng)元。黃光刺激VTA后，氯離子通道開放，抑制投射到NAc的VTA神經(jīng)元，同時緩解熱痛敏行為。以上結(jié)果提示，對側(cè)投射到NAc的VTA神經(jīng)元參與慢性神經(jīng)病理性疼痛的維持。⑤ 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）在調(diào)節(jié)中腦獎賞系統(tǒng)神經(jīng)元興奮性的方面，發(fā)揮重要作用。因此，研究者進(jìn)一步從VTA-NAc環(huán)路中BDNF的角度探討慢性神經(jīng)病理性疼痛的機(jī)制。CCI術(shù)后，投射到NAc的VTA神經(jīng)元中BDNF mRNA和蛋白表達(dá)均增加。雖然NAc中BDNF mRNA表達(dá)無明顯變化，但蛋白含量增加。抑制VTA區(qū)的DA神經(jīng)元的放電，可以降低CCI引起的NAc區(qū)BDNF的增加。NAc內(nèi)注射選擇性BDNF清除劑(TrkB-Fc)，可以緩解熱痛敏。以上結(jié)果提示，CCI術(shù)后，VTA分泌到NAc的BDNF增加，參與慢性神經(jīng)病理性疼痛的維持。⑥為了進(jìn)一步明確VTA-NAc環(huán)路中BDNF與神經(jīng)病理性疼痛的因果關(guān)系，研究者采用在BdnfloxP/loxP小鼠的NAc區(qū)，注射逆行病毒AAV2/5-Cre的方法，特異性的敲除投射到NAc的VTA神經(jīng)元中BDNF的表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠的熱痛敏得到明顯緩解。結(jié)論：慢性神經(jīng)病理性疼痛狀態(tài)下，中腦獎賞系統(tǒng)VTA的多DA神經(jīng)元興奮性增加，并通過向其投射靶區(qū)NAc釋放BDNF參與調(diào)節(jié)慢性疼痛的發(fā)生發(fā)展。該研究揭示了慢性疼痛一個新的腦內(nèi)神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，為慢性痛的治療提供新思路。

（Zhang,et al. Biol Psychiatry, 2017, pii: S0006-3223(17)31353-31357. 劉風(fēng)雨 譯）