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中国科大科研团队发现大脑调控疼痛昼夜节律新机制
文章字数:815
本报讯(全媒体记者 韩如意)白天痛感尚可忍耐,入夜后却疼痛难忍——这种困扰无数患者的昼夜节律之谜,如今有了科学答案。日前,中国科学技术大学生命科学与医学部张智教授课题组首次揭示了疼痛随昼夜波动的神经机制。
疼痛感知存在昼夜节律性是临床上的普遍现象,例如神经病理性疼痛和关节炎患者的症状常在夜晚加重,但其内在机制长期不明。此次,中国科大研究团队通过系统研究,首次揭示了一条由大脑“主生物钟”调控下行镇痛系统的神经环路,该环路活性的昼夜差异直接驱动了疼痛的昼夜节律。
研究人员通过检测神经病理性疼痛和炎性痛模型小鼠36小时内的痛觉阈值,发现这两类疼痛模型小鼠的痛觉阈值呈现出昼间(小鼠非活动期)低、夜间(小鼠活动期)高的节律性差异,这也与人类在夜晚(非活动期)更高的疼痛敏感性相对应。
大脑中位于下丘脑的视交叉上核(SCN)是哺乳动物昼夜节律调节系统的核心。因此,研究人员靶向SCN的下游输出进行了系统研究。通过采用病毒示踪、在体光纤记录、在体深部钙成像、多通道电极记录、遗传学调控等方法,研究人员发现,小鼠疼痛敏感性的昼夜波动是由SCN投射向下行疼痛调节系统的神经环路所驱动的。
具体来说,在日间(小鼠的非活动期),SCN中血管活性肠肽能神经元(SCNVIP)兴奋性较高,对其下游室旁下区GABA能神经元(SPZGABA)的抑制性输入显著加强,进而去抑制SPZGABA神经元支配的下丘脑室旁核谷氨酸能神经元(PVNGlu),较高活性的PVNGlu神经元引起腹外侧中脑导水管周围灰质vlPAG脑区中GABA能神经元(vlPAGGABA)的活动增加,后者通过vlPAG→延髓头端腹外侧区(RVM)→脊髓(SC)的下行疼痛调节通路激活脊髓上行投射神经元,最终导致昼间小鼠的疼痛敏感性升高。在夜间(小鼠的活动期),SCNVIP神经元的活动减弱,使得小鼠日间表现出的疼痛高敏感性在夜间消失。
该研究不仅从神经环路层面揭示了昼夜节律系统如何驱动疼痛感知的昼夜波动,也为临床疼痛治疗提供了全新的理论依据。它提示,针对夜间疼痛加剧的患者,未来或可依据昼夜节律优化给药方案,实现更加精准的“时间疗法”。
疼痛感知存在昼夜节律性是临床上的普遍现象,例如神经病理性疼痛和关节炎患者的症状常在夜晚加重,但其内在机制长期不明。此次,中国科大研究团队通过系统研究,首次揭示了一条由大脑“主生物钟”调控下行镇痛系统的神经环路,该环路活性的昼夜差异直接驱动了疼痛的昼夜节律。
研究人员通过检测神经病理性疼痛和炎性痛模型小鼠36小时内的痛觉阈值,发现这两类疼痛模型小鼠的痛觉阈值呈现出昼间(小鼠非活动期)低、夜间(小鼠活动期)高的节律性差异,这也与人类在夜晚(非活动期)更高的疼痛敏感性相对应。
大脑中位于下丘脑的视交叉上核(SCN)是哺乳动物昼夜节律调节系统的核心。因此,研究人员靶向SCN的下游输出进行了系统研究。通过采用病毒示踪、在体光纤记录、在体深部钙成像、多通道电极记录、遗传学调控等方法,研究人员发现,小鼠疼痛敏感性的昼夜波动是由SCN投射向下行疼痛调节系统的神经环路所驱动的。
具体来说,在日间(小鼠的非活动期),SCN中血管活性肠肽能神经元(SCNVIP)兴奋性较高,对其下游室旁下区GABA能神经元(SPZGABA)的抑制性输入显著加强,进而去抑制SPZGABA神经元支配的下丘脑室旁核谷氨酸能神经元(PVNGlu),较高活性的PVNGlu神经元引起腹外侧中脑导水管周围灰质vlPAG脑区中GABA能神经元(vlPAGGABA)的活动增加,后者通过vlPAG→延髓头端腹外侧区(RVM)→脊髓(SC)的下行疼痛调节通路激活脊髓上行投射神经元,最终导致昼间小鼠的疼痛敏感性升高。在夜间(小鼠的活动期),SCNVIP神经元的活动减弱,使得小鼠日间表现出的疼痛高敏感性在夜间消失。
该研究不仅从神经环路层面揭示了昼夜节律系统如何驱动疼痛感知的昼夜波动,也为临床疼痛治疗提供了全新的理论依据。它提示,针对夜间疼痛加剧的患者,未来或可依据昼夜节律优化给药方案,实现更加精准的“时间疗法”。