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

摘要：

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(Lumafluor),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Lumafluor+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V TA的多D A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.

机标关键词：中脑多巴胺、奖赏系统、神经环路、慢性神经病理性疼痛、神经元放电、投射、免疫荧光双标、兴奋性、热痛敏、注射、蛋白表达、病毒、术后、神经电生理、特异性、脑源性神经营养因子、小鼠、慢性疼痛、离体脑片、结扎

所属期刊栏目：23

分类号：R74;R99

在线出版日期：2017-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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