中脑奖赏环路中的BDNF参与慢性神经病理性疼痛的发病机制

•国际译文•

中脑奖赏环路中的BDNF参与慢性神经病理性疼痛的发病机制

中脑多巴胺奖赏系统由富含多巴胺(DA)神经元的中脑腹侧被盖区(VTA)及其投射区伏隔核(NAc)、前额叶皮层(PFC)、杏仁核(amygdala)等组成。近年来的研究表明，中脑多巴胺奖赏系统与痛觉调制密切相关的核团（如丘脑、中脑导水管周围灰质等）有广泛的纤维联系，提示该系统不仅与奖赏效应、情绪调节和情感体验相关，也是调控痛感受和痛情绪的重要神经环路。目的：探讨VTA-NAc环路调控慢性神经病理性疼痛的机制。方法：① 建立坐骨神经慢性松结扎模型(CCI)。② 采用缩足潜伏期(PWL)评价小鼠的热痛敏行为。③ 利用逆行病毒追踪结合光遗传学技术特异性抑制VTA-NAc神经环路的兴奋性。④ 利用BdnfloxP/loxP转基因动物结合病毒工具，特异性敲除VTA-NAc神经环路上的BDNF信号分子。⑤ 利用离体脑片和在体神经电生理方法，记录结扎对侧VTA区DA神经元放电。结果：① c-Fos蛋白是神经元激活的标志物。酪氨酸羟化酶(TH)是DA神经元的标志物。CCI术后7天，结扎对侧VTA区c-Fos蛋白表达增加，c-Fos+和TH+免疫荧光双标神经元的比例也明显增加。② 离体脑片和在体神经电生理记录发现，CCI术后7天，结扎对侧VTA区DA能神经元的紧张性放电和高频簇状放电均增加。对侧VTA区微量注射HCN通道阻断剂或GABAB受体的激动剂，可以降低DA神经元的兴奋性，并缓解小鼠的热痛敏行为。以上结果提示，对侧VTA区DA能神经元参与慢性神经病理性疼痛的维持。③ NAc是VTA的主要下游脑区。因此，研究者进一步从VTA-NAc环路的角度探讨慢性神经病理性疼痛的机制。NAc区域注射逆向荧光示踪剂(Luma fl uor)，可以逆向标记投射到NAc区域的VTA神经元。CCI术后7天，c-Fos+和Luma fl uor+免疫荧光双标神经元的比例明显增加。在VTA区，有超过60%的c-Fos+神经元投射到NAc。电生理实验发现，投射到NAc的VTA区DA神经元，兴奋性明显增加。另外，CCI手术增加对侧NAc区c-Fos蛋白的表达。抑制VTA区的DA神经元放电，可以降低CCI引起的NAc区c-Fos蛋白的增加。④ NAc区注射逆行病毒AAV2/5-Cre，VTA区注射病毒AAV-DIO-NpHR3.0-eYFP。通过联合使用两种病毒，VTA内投射到NAc的神经元可以表达NpHR3.0。免疫荧光双标实验显示，97.8%的eYFP+神经元也是TH+神经元。黄光刺激VTA后，氯离子通道开放，抑制投射到NAc的VTA神经元，同时缓解热痛敏行为。以上结果提示，对侧投射到NAc的VTA神经元参与慢性神经病理性疼痛的维持。⑤ 脑源性神经营养因子（BDNF）在调节中脑奖赏系统神经元兴奋性的方面，发挥重要作用。因此，研究者进一步从VTA-NAc环路中BDNF的角度探讨慢性神经病理性疼痛的机制。CCI术后，投射到NAc的VTA神经元中BDNF mRNA和蛋白表达均增加。虽然NAc中BDNF mRNA表达无明显变化，但蛋白含量增加。抑制VTA区的DA神经元的放电，可以降低CCI引起的NAc区BDNF的增加。NAc内注射选择性BDNF清除剂(TrkB-Fc)，可以缓解热痛敏。以上结果提示，CCI术后，VTA分泌到NAc的BDNF增加，参与慢性神经病理性疼痛的维持。⑥为了进一步明确VTA-NAc环路中BDNF与神经病理性疼痛的因果关系，研究者采用在BdnfloxP/loxP小鼠的NAc区，注射逆行病毒AAV2/5-Cre的方法，特异性的敲除投射到NAc的VTA神经元中BDNF的表达。结果发现，小鼠的热痛敏得到明显缓解。结论：慢性神经病理性疼痛状态下，中脑奖赏系统VTA的多DA神经元兴奋性增加，并通过向其投射靶区NAc释放BDNF参与调节慢性疼痛的发生发展。该研究揭示了慢性疼痛一个新的脑内神经环路机制，为慢性痛的治疗提供新思路。

（Zhang,et al. Biol Psychiatry, 2017, pii: S0006-3223(17)31353-31357. 刘风雨 译）