丘脑室旁核-杏仁核通路调控下行抑制系统参与疼痛慢性化的机制

Peripheral tissue and nerve injury or inflammation can lead to persistant pathological pain. It’s well known that the imbalance and plasticity changes of endogenous pain control system play an important role in pain chronicity. However, the regulation pathway and potential mechanism underlied pain descending modulation are still keep unclear. Our preliminary experiments showed that the mechanical paw withdrawl threshold was significantly increased in neuropathic pain rats after paraventricular nucleus of the thalamus (PVT) was damaged using pharmacogenetic methods. Moreover, it was found the existance of PVT-central nucleus of amygdala (CeA)-periaqueductal gray (PAG) pathway using antergrade and retrograde tracer tracing methods. Together with other studies, we then hypothesized that the neurons in the PVT may be activated and involved in pain descending facilitation via PVT-CeA-PAG pathway. Based on different pain models and behavioral pharmacological, electrophysiological, optogenetic, pharmacogenetic and morphological methods, we plan to first observe the plasticity changes of PVT neurons in chronic pain animals. Then we evaluate the effects of PVT-CeA-PAG pathway on nociceptive behaviors and neuronal activities during selective activation or inactivation of neurons in this pathway and try to uncover the potential cellular and molecular mechanism. Our proposed study may be helpful for discovery of new pain regulation pathway and provide intervention targets for chronic pain therapeutic.

外周组织、神经损伤或炎症导致慢性病理性疼痛。内源性疼痛调控系统的失衡和可塑性改变是疼痛持续慢性化的关键，但其上游调节通路及具体调控机制尚未完全明了。我们前期研究显示：利用遗传药理学技术损毁丘脑室旁核（PVT）后能够明显提高慢性痛动物的机械性缩足反射阈值；同时束路追踪技术显示存在一条PVT-杏仁中央核(CeA)-中脑导水管周围灰质(PAG)的下行通路。因此我们提出慢性痛状态下PVT内神经元被激活，并通过上述通路抑制下行抑制系统，最终易化疼痛的假设。为了进一步证实该假设，本项目拟利用不同痛模型，综合运用行为药理学、电生理学、光遗传学、遗传药理学和形态学等技术观察PVT神经元在慢性痛状态下的可塑性改变，激活或关闭PVT-CeA-PAG通路对慢性痛动物行为及神经元电活动的影响，并探究其相关的细胞分子机制。希望通过上述研究发现新的疼痛调控通路，为开发有效的疼痛治疗药物提供有针对性的干预靶点。

丘脑室旁核（ PVT）属于丘脑中线核群，其功能越来越受到人们的关注。目前，研究报道PVT与诸多情绪活动，如恐惧、焦虑、摄食行为等有关。近期有文章报道通过药理遗传学方法抑制PVT内神经元活性能够缓解急性胰腺炎所导致的内脏痛，但具体作用机制不清。PVT与杏仁中央核（ CeA）之间有密切的纤维联系。杏仁核属皮质下结构，同时参与疼痛和情绪活动的调节。CeA作为疼痛与情绪活动的交汇点，能向中脑导水管周围灰质腹外侧区（vlPAG）发出投射，后者是内源性镇痛系统的启发部位，在镇痛机制中发挥着重要的作用。根据我们前期的实验结果，本课题组提出如下假设：即存在一条PVT-CeA-vlPAG疼痛下行调节通路，通过调控内源性疼痛下行抑制系统，发挥易化疼痛的作用。为了验证该假设，本项目将应用生理性痛和病理性痛（福尔马林痛和脊神经结扎所致的神经病理性痛）模型，以PVT-CeA-PAG通路为研究靶点，综合运用电生理学、光遗传学、DREADD技术、包埋前免疫电镜双标和行为药理学等方法开展一系列研究。研究结果如下：（1）损毁PAG神经元能够显著降低SNI动物的痛行为；（2）CeA逆行（荧光金，FG）和顺行（生物素葡聚糖胺，BDA）束路追踪观察到PVT与CeA以及CeA与PAG之间有大量纤维联系；电生理结果证实由PVT向CeA投射的神经元在神经病理性痛状态下被激活，放电增强；（3）通过化学损毁或DREADDs技术特异性抑制PVT内神经元活性观察到神经病理性痛大鼠的机械性痛刺激反应的阈值明显提高；（4）运用光遗传学特异性兴奋PVT-CeA通路观察到正常动物的机械性缩足阈值明显降低。（5）利用顺行束路追踪和RV逆行跨突触追踪技术，证实了pPVT-CeA-vlPAG pathway通路的存在，且作用于PAG内的谷氨酸能神经元，发挥下行促痛作用。该通路的研究为阐明疼痛慢性化的中枢机制提供了理论基础和新思路，最终为开发有效的疼痛治疗药物提供有针对性的干预靶点。