自發(fā)性疼痛降低腹側(cè)海馬CA1到前額葉邊緣下皮層通路功能連接性并且調(diào)控大鼠慢性炎癥痛的發(fā)展

導(dǎo) 讀目前在動物包括大鼠上的研究，主要集中在誘發(fā)痛，如采用von Frey測定大鼠的機(jī)械痛敏、采用激光或者熱刺激測定熱痛敏等，而在病人上更多存在的是自發(fā)痛。本論文率先開展了自發(fā)痛的機(jī)制研究，這是論文的創(chuàng)新點(diǎn)。我們知道，實(shí)驗(yàn)室中依據(jù)誘發(fā)痛開發(fā)出來的藥物和治療方法，在臨床上卻往往無效。開展大鼠模型自發(fā)痛的研究，將有助于改變這一局面。另外，該研究論文發(fā)現(xiàn)，腹側(cè)海馬CA1-前邊緣皮層通路功能降低，是慢性痛自發(fā)痛的重要中樞機(jī)制，提示我們在臨床病人上進(jìn)行經(jīng)顱電刺激或者經(jīng)顱磁刺激治療時，興奮腹側(cè)海馬、邊緣下皮層或者腹側(cè)海馬CA1-前邊緣皮層通路，能否有助于緩解慢性痛病人的自發(fā)痛，值得探討。

疼痛是常見的一種臨床癥狀，組織損傷早期的急性疼痛對個體的生存有重要的警示和保護(hù)意義，但持續(xù)存在的慢性疼痛包含自發(fā)性疼痛、溫度和機(jī)械刺激導(dǎo)致的誘發(fā)痛敏、負(fù)性情緒和認(rèn)知功能障礙等多種異常行為。流行病學(xué)調(diào)查顯示，慢性疼痛的發(fā)病率高達(dá)19%，嚴(yán)重影響病人工作能力和生活質(zhì)量。自發(fā)性疼痛是慢性疼痛病人最重要的主訴，臨床上主要通過“視覺模擬評分法(VAS)”進(jìn)行評估。然而，由于我們難以和動物直接交流，使得動物模型上的疼痛機(jī)制研究多針對誘發(fā)性疼痛，而非臨床意義更大的自發(fā)性疼痛。這也是諸多在動物模型上效果顯著的新型鎮(zhèn)痛藥屢屢在臨床試驗(yàn)中失敗的重要原因之一。腦功能成像研究初步提示，經(jīng)典的“痛矩陣”腦區(qū)主要與誘發(fā)性疼痛相關(guān)，而自發(fā)性疼痛更多伴隨著邊緣系統(tǒng)腦區(qū)的功能變化，提示兩者的機(jī)制可能有所不同?？傮w而言，自發(fā)性疼痛的高級中樞機(jī)制尚不清楚。

1.2.2 合理用藥以及管理質(zhì)量調(diào)查 在2018年1—3月復(fù)查，其中完成2次調(diào)查對象174例。復(fù)查調(diào)查過去6個月的用藥依從性情況，糖尿病二級管理質(zhì)量指標(biāo)。

該項(xiàng)研究通過長時程監(jiān)測慢性炎癥痛大鼠的行為和電生理變化，發(fā)現(xiàn)腹側(cè)海馬CA-邊緣下皮層通路(vCA1-IL)與自發(fā)性疼痛高度相關(guān)，通過化學(xué)遺傳，光遺傳以及BDNF過表達(dá)的方式上調(diào)vCA1-IL通路功能，能夠顯著減輕自發(fā)性疼痛，緩解誘發(fā)性疼痛及焦慮樣行為，促進(jìn)疼痛的全面恢復(fù)。這一發(fā)現(xiàn)為慢性疼痛的治療方案的探索提供了全新思路，了解該通路在自發(fā)性疼痛與疼痛慢性化過程中的作用將有利于人們進(jìn)一步理解和完善慢性疼痛的中樞機(jī)制。

研究人員通過向大鼠足底注射完全弗氏佐劑(CFA)，建立了慢性炎癥痛的動物模型，并檢測了該模型中各種疼痛行為的時間分布。在自發(fā)性疼痛維度上，從造模后的第1天到第9天，CFA誘導(dǎo)的炎癥會誘發(fā)出明顯的自發(fā)性抬足、縮足和舔足的行為，但該行為在第12天后消失；另一項(xiàng)檢測自發(fā)性疼痛的條件性位置偏愛(CPP)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，在造模后3至6天內(nèi)進(jìn)行條件化訓(xùn)練，測試當(dāng)天，大鼠在嗎啡配對箱中所處時間更長，而在注射CFA后9至12天內(nèi)訓(xùn)練則無偏好性，進(jìn)一步證實(shí)了自發(fā)性疼痛的存在時間。在誘發(fā)性疼痛維度上，注射CFA后引起的熱痛敏和機(jī)械痛敏的持續(xù)時間更長，可達(dá)20天左右。在負(fù)性情緒維度上，CFA大鼠在造模后期（14天），出現(xiàn)了顯著的焦慮樣行為，表現(xiàn)為曠場中心區(qū)和高架十字迷宮開放臂的停留時間和進(jìn)入次數(shù)的減少，而在造模早期（7天）并未表現(xiàn)出焦慮樣行為。因此，CFA誘發(fā)的炎癥性疼痛具有多維度的行為學(xué)表現(xiàn)，并且不同的行為學(xué)表現(xiàn)具有獨(dú)特的時間特征。

基于轉(zhuǎn)移系數(shù)和換流站—支路靈敏度系數(shù)將故障后支路潮流表示為故障前相關(guān)參數(shù)的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了故障前、故障后、換流站快速調(diào)節(jié)三個過程的統(tǒng)一。通過對上述模型的求解，保證了故障前的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)是充分考慮了VSC換流站調(diào)節(jié)能力的最優(yōu)解，其計算結(jié)果與PSCOPF相比具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

不同于其他維度的疼痛行為，自發(fā)性疼痛與vCA1-IL通路的電生理變化在時間上存在平行關(guān)系，這也提示持續(xù)的自發(fā)性疼痛可能是vCA1-IL通路功能障礙的基礎(chǔ)。為了驗(yàn)證這一猜想，研究人員通過灌胃的方式給予造模后3天的大鼠布洛芬（一種常用的非甾體類鎮(zhèn)痛藥），發(fā)現(xiàn)可以在減輕炎癥大鼠自發(fā)性疼痛的同時，逆轉(zhuǎn)vCA1-IL通路的電生理變化，而在對照組的正常大鼠中則不會引起相關(guān)改變。行為學(xué)與電生理的相關(guān)性分析結(jié)果也顯示，當(dāng)CFA大鼠表現(xiàn)出明顯的抬足、縮足和舔足的行為時，vCA1-IL連接性變化更為強(qiáng)烈。這些發(fā)現(xiàn)表明，自發(fā)性疼痛破壞了炎癥痛大鼠中vCA1-IL通路的功能連接性。

隨后研究者人員采用了在體多通道技術(shù)進(jìn)行長時程的電生理指標(biāo)檢測，觀察了vCA1-IL通路在CFA誘導(dǎo)的炎性疼痛的發(fā)生、維持和恢復(fù)過程中的動力學(xué)變化。該實(shí)驗(yàn)共記錄了1 269個位于IL腦區(qū)V層的放電單位。根據(jù)放電波形和特性，統(tǒng)計出1 141個假定錐體神經(jīng)元。在靜息狀態(tài)下，CFA造模后的3至9天內(nèi)，作者觀察到IL腦區(qū)的錐體神經(jīng)元基礎(chǔ)放電率和局部場電位gamma頻段功率譜密度顯著降低。此外，廣義偏定向相干性(gPDC)分析結(jié)果顯示，在CFA造模后6至12天內(nèi)，vCA1至IL方向的信息流向減少。最后，相位-振幅耦合(PAC)分析顯示，在CFA造模后6至9天內(nèi)，IL的gamma頻段振幅受到vCA1的theta頻段相位調(diào)制程度減弱。接下來，作者進(jìn)一步研究了IL的錐體神經(jīng)元對激光刺激的傷害性反應(yīng)性，根據(jù)刺激前后放電率的改變，可以分為興奮性反應(yīng)、抑制性反應(yīng)和中性反應(yīng)。研究者觀察到在CFA造模后的1至6天內(nèi)，興奮性反應(yīng)的神經(jīng)元比例顯著增加，未檢測到抑制性反應(yīng)神經(jīng)元比例及對照組大鼠的反應(yīng)性類別比例的變化，同時，神經(jīng)元反應(yīng)性的強(qiáng)度在未出現(xiàn)顯著改變。當(dāng)受到傷害性刺激時，部分IL神經(jīng)元在海馬theta振蕩的特定相位優(yōu)先被激活，稱之為放電鎖相，說明海馬對IL的誘發(fā)性神經(jīng)元活動產(chǎn)生了調(diào)控作用。但這種調(diào)控作用在CFA造模后3至9天內(nèi)顯著弱化，體現(xiàn)為激光刺激下受到海馬theta頻段鎖相的IL神經(jīng)元比例明顯降低。值得注意的是，盡管誘發(fā)性痛敏現(xiàn)象持續(xù)存在（造模后30天），但在CFA造模9天之后，IL和vCA1-IL通路的電生理特征并未出現(xiàn)異常。

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)是皮質(zhì)邊緣系統(tǒng)神經(jīng)可塑性的關(guān)鍵分子。研究人員采用ELISA的方法檢測到，在CFA造模后的第3天，vCA1和IL的BDNF水平均顯著下降，到第9天恢復(fù)正常。隨后研究人員采用了一種通路特異性的方法進(jìn)行BDNF的過量表達(dá)：向IL中注入了一種逆轉(zhuǎn)錄病毒(retroAAV2-Cre-GFP)，該病毒會從投射到IL的軸突終末逆向回到vCA1中的神經(jīng)元胞體中，并與注射到vCA1中的Cre依賴性的DIO-BDNF-mCherry病毒協(xié)同表達(dá)BDNF。這種病毒組合策略能夠提高IL和vCA1的BDNF表達(dá)含量，緩解vCA1-IL通路的電生理障礙（包括IL的神經(jīng)元放電率，gamma頻段功率譜密度，vCA1至IL的信息流以及幅值相位耦合系數(shù)）。在行為學(xué)層面，過表達(dá)BDNF減輕了自發(fā)痛、熱痛敏、機(jī)械痛敏和焦慮樣行為，加速了炎癥性疼痛的恢復(fù)。以上結(jié)果證實(shí)，BDNF的不足是造成慢性炎癥痛模型中vCA1-IL通路功能連接障礙的分子基礎(chǔ)之一。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證通路變化與疼痛行為之間的相關(guān)性，研究者采用遺傳學(xué)調(diào)控的方法對該通路進(jìn)行干預(yù)。首先，作者將表達(dá)hM3Dq（一種被能夠被氧代氯氮平，即CNO，選擇性激活的人工受體）的腺相關(guān)病毒轉(zhuǎn)染到vCA1的錐體神經(jīng)元中。經(jīng)過8周的病毒表達(dá)，在下游腦區(qū)IL中給予CNO能夠顯著激活vCA1的軸突末梢，提高IL錐體神經(jīng)元的平均放電率，并且該激活效果能夠持續(xù)8個小時以上。接下來，作者采用該方法挽救vCA1-IL通路的功能，進(jìn)而觀察對疼痛行為的影響。給予CNO后能夠顯著緩解CFA組大鼠的自發(fā)抬足時間，并且，在造模后3至6天內(nèi)采用CNO給藥的方式進(jìn)行條件化訓(xùn)練，能夠誘導(dǎo)出對CNO匹配箱的強(qiáng)烈偏好，這些結(jié)果都證實(shí)激活vCA1-IL通路緩解了自發(fā)性疼痛。采用光遺傳學(xué)的激活干預(yù)也得到了類似的結(jié)果。相比于自發(fā)痛，激活vCA1-IL通路減輕熱痛覺過敏具有時效性，僅在自發(fā)痛和vCA1-IL功能障礙同時存在的情況下（造模后3至9天內(nèi)），而在自發(fā)痛消失后的時間點(diǎn)則無明顯的干預(yù)效果（造模9天之后）。這些數(shù)據(jù)證明了vCA1-IL功能障礙與自發(fā)性疼痛之間的因果關(guān)系，也提示了自發(fā)性和誘發(fā)性疼痛行為之間存在著顯著的相互影響?；谝陨系慕Y(jié)果，長期激活vCA1-IL有可能會加速炎癥性疼痛的全面恢復(fù)。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究者在CFA造模后3至6天的期間，以每天1次連續(xù)4天的方式將CNO注射到IL中，對通路的功能進(jìn)行長期挽救。正如作者所預(yù)期的，這種策略顯著地加速了熱痛敏和機(jī)械痛敏的緩解，減輕了由疼痛所導(dǎo)致的焦慮樣行為，從而實(shí)現(xiàn)了疼痛行為的全面恢復(fù)。

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該研究首次在慢性疼痛的動物模型中提出自發(fā)性疼痛的中樞神經(jīng)機(jī)制。以往研究認(rèn)為海馬與前額葉皮層活動與認(rèn)知功能下降是臨床發(fā)生慢性疼痛的重要危險因素，此項(xiàng)研究揭示了這一臨床

現(xiàn)象的生物學(xué)機(jī)制，在動物模型中證實(shí)了腹側(cè)海馬CA1到前額葉邊緣下皮層通路的功能連接性障礙是自發(fā)性疼痛的中樞機(jī)制，并且提高該通路的連接性能夠減輕自發(fā)性疼痛的同時，加速誘發(fā)性疼痛及焦慮樣情緒的緩解，從而避免疼痛向慢性化發(fā)展。這項(xiàng)工作明確了與自發(fā)性疼痛特異性相關(guān)的神經(jīng)通路，并為慢性疼痛的基礎(chǔ)研究與臨床治療開辟了新思路。