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前沿院卓敏课题组在中枢痛觉调控通路方面有全新发现

2018年5月14日,我校前沿科学技术研究院(FIST)-神经与脑疾病研究中心(CND)的研究论文Top-down descending facilitation of spinal sensory excitatory transmission from the anterior cingulate cortex《前扣带回下行增强脊髓兴奋性感觉传递》,被Nature期刊旗下子刊Nature Communications(自然-通讯)杂志正式发表。此项研究首次证实脑内存在感觉调控皮层向脊髓的直接投射,参与脊髓痛觉信息的增强效应。同时,该效应与脑干痛觉调控系统不直接相关。

该研究工作的通讯作者是CND主任卓敏教授,第一作者是CND客座教授,空军军医大学教授陈涛。联合通讯作者是空军军医大学教授李云庆以及关西健康科学大学痛觉研究中心教授中塚映政(Terumasa Nakatsuka)。共同第一作者是关西健康科学大学痛觉研究中心博士谷口亘(Wataru Taniguchi)以及CND博士陈麒羽。

在中枢神经系统内,感觉信息从外周神经感觉末梢传入脊髓,进一步上行传递至感觉皮层。而运动信息源于运动皮层,下行直接传递至脊髓。以往的研究并未发现感觉皮层有向脊髓的直接投射。前扣带回(ACC)属于边缘系统的一部分,是与感觉以及相关的情绪、认知功能关系密切的核团。卓敏课题组通过综合利用在体脊髓全细胞膜片钳记录、形态学追踪、免疫电镜以及光遗传学技术等发现ACC存在向脊髓的直接投射,且直接增强脊髓的兴奋性感觉信息传递,从而为感觉皮层下行调控脊髓神经元活性提供了全新的思路。

外周的痛觉刺激强度和人体感受到的疼痛程度往往不一致。比如人很兴奋的时候会忽略身体的疼痛。相反,轻微的刺激可能引发剧烈的疼痛。典型的例子是有些人对于打针若无其事,有些人却疼痛难忍。其原因主要在于脑内存在一个疼痛调控系统,该系统可以对外周传入的痛觉刺激产生抑制或增强的效应,最终使得感觉皮层接收到的的疼痛信息被减弱或增强。近30年的研究一直认为,脑内的痛觉调控系统仅源自于脑干。然而,目前的研究结果表明,ACC下行至脊髓的调控通路并不通过脑干的介导。在阻断脑干神经元活性的情况下,ACC刺激依然能够增强脊髓的兴奋性感觉信息传递。因此,该研究也是对以往脑干-脊髓下行调控,尤其是下行易化调控的重要补充。

ACC内可能通过直接投射至脊髓或经脑干介导至脊髓,对于脊髓感觉信息传递起到下行易化调控

论文的第一作者陈涛说:“我们的研究由于与传统的研究结果有较多不同,因此在投稿的过程中评审专家也特别的严格,光是补充实验就花了两年时间。文章的发表也证明了我们的观点得到了科学界的认可,该结果对于脑内痛觉调控系统具有重要的意义。ACC内很可能存在(但不限于)两条下行调控路线。一条是ACC到脊髓的直接通路,该通路可能以谷氨酸为主要神经递质,因此对于脊髓的痛觉信息具有快速的调控效应。另一条是ACC通过脑干间接地调控脊髓痛觉信息。该通路中可能利用了脑干中的5-HT能神经元,从而对脊髓痛觉信息产生相对较慢,但长时程的调控效应。

该研究可能还适用于解释情绪引发的不适感。比如人在焦虑,抑郁时候自觉浑身疼痛,截肢的患者会产生幻肢痛等。这可能是由于与情绪关系密切的ACC被激活,从而导致下游的脊髓痛觉相关神经元活化,产生了痛觉信号传入脑内增强的效应。”

论文通讯作者卓敏说:“我实验室二十多年来的工作证明ACC的兴奋性在慢性疼痛的情况下是持续增加的,这种增加,对于慢性痛的维持有非常重要的作用。通过基因学和药理学办法,减少这些兴奋性的话,就可以产生镇痛的作用。而这一篇工作的意义还在于ACC兴奋性的增加,会导致脊髓痛信号传入的增强。也就是说,病痛的病人对疼痛更为敏感,而这种敏感不仅仅是在大脑上实现,也在脊髓上实现。这个工作对未来设计新的治疗方案和新的药物来控制病人的慢性痛有重大的意义。”

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