Nat Commun：曹君利/安述明团队报道同时调节疼痛和睡眠的新机制
临床上，高达88%的慢性疼痛患者患有睡眠障碍，50%的失眠患者报告有疼痛症状。据认为，通过这种共病，慢性疼痛和睡眠障碍相互加重，导致症状逐渐恶化。然而，证实这一共病的神经基础仍然知之甚少。伏隔核（nucleus accumbens，NAc）除了作为奖赏、动机以及学习等行为调节的重要核团外，在疼痛以及睡眠/觉醒调控过程中也发挥重要作用。
2023年8月5日徐州医科大学麻醉学重点实验室曹君利/安述明研究团队在Nature Communications杂志发表题为“A common neuronal ensemble in nucleus accumbens regulates pain-like behaviour and sleep”的文章，报道了伏隔核（nucleus accumbens，NAc）脑区存在同时调控疼痛样行为和睡眠/觉醒的神经元集群，这一神经元集群分别通过视前区（VOA）和中脑腹侧被盖区（VTA）参与调节睡眠/觉醒和疼痛行为。该研究揭示了慢性疼痛-睡眠障碍共病的神经机制，为临床治疗提供了新思路。
研究者首先通过c-Fos-tTA转基因小鼠以及Tet-Off系统，识别和操纵慢性收缩性损伤（CCI）激活的NAc神经元。将AAV2-tre-tight-ChR2-mcherry单侧注射到小鼠的NAc脑区，并在CCI术后0 - 21天期间终止多西环素的添加，从而在CCI激活的NAc脑区神经元中表达ChR2。之后光电极记录监测该群神经元的放电活动发现，CCI诱发的慢性疼痛激活的NAc神经元集群在给予小鼠非伤害性刺激以及小鼠觉醒时放电频率显著增加。而非慢性疼痛激活的NAc神经元放电频率无显著变化（图1）。基于调节痛觉和睡眠/觉醒过程中神经元活动的变化特征，研究者认为NAc中由慢性疼痛激活的神经元集群可同时调节疼痛和睡眠/觉醒行为。
图1 NAc中存在同时参与疼痛以及睡眠/觉醒调节的神经元集群
为进一步验证NAc神经元集群对疼痛以及睡眠/觉醒行为的调节，研究者通过c-Fos-tTA转基因小鼠以及Tet-Off系统，对NAc区域CCI-ChR2 NAc神经元集群进行光遗传激活，发现激活该神经元集群可加剧CCI小鼠的疼痛行为，减少CCI小鼠的非快眼动睡眠时间（NREM）以及增加觉醒时间。同时研究者也通过c-Fos-tTA小鼠、Tet-Off结合Cre-Off系统，将ChR2-mCherry特异性表达在c-Fos negative神经元中，发现光遗传激活该类神经元集群并不影响CCI小鼠的疼痛以及睡眠/觉醒行为（图2）。
图2 激活NAc神经元集群加剧疼痛行为并且减少小鼠NREM时间
研究者也利用c-Fos-tTA小鼠以及Tet-Off系统，并在NAc脑区注射AAV2-tret-tight-eNpHR-mcherry，发现光遗传抑制CCI激活的NAc神经元集群对可缓解疼痛，并且可增加NREM时间（图3）。
图3 抑制NAc神经元集群缓解疼痛行为并且增加小鼠NREM时间
为验证是否NAc脑区调控不同行为模式是通过NAc中不同类型的神经元所独特介导的，研究者通过荧光原位杂交技术发现CCI诱导的NAc集群80%表达多巴胺D1受体，18.75%表达多巴胺D2受体。对这两群神经元分别进行调控发现，NAc-D1和CCI诱导的NAc-D2神经元经光激活均可引起痛觉，并促进睡眠期向觉醒期转变，增加觉醒时间，同之前CCI诱导的NAc集群研究一致，光抑制亦一致。表明非伤害性疼痛与睡眠两行为并非由CCI诱导的NAc脑区不同类型多巴胺神经元所介导的。但有意思的是，研究发现仅仅激活NAc脑区全部的D2神经元可以缓解疼痛，促进睡眠，同CCI诱导的NAc-D2神经元作用相反（图4和5）。
图4 激活/抑制NAc脑区D1神经元对疼痛以及睡眠/觉醒行为的调节
图5 激活/抑制NAc脑区D1神经元对疼痛以及睡眠/觉醒行为的调节
进一步研究发现小鼠NAc神经元集群可投射至下游的多个核团，包括腹外侧导水管周围灰质vlPAG、下丘脑外侧区LHA、中缝背核DR、POA以及VTA等，而这些下游脑区中POA以及VTA是调节睡眠与疼痛的关键脑区，因此研究者重点关注NAc-POA以及NAc-VTA神经环路对疼痛以及睡眠/觉醒行为的影响（图6）。研究使用双病毒系统，首先将顺行跨突触病毒pAAV1-PTRE-tight-NLS-Cre注射到NAc中，1周后将AAV8-Ef1a-DIO-eNpHR-mcherry注射到CCI小鼠POA或VTA中，使eNpHR-mcherry在NAc神经元集群支配的POA或VTA神经元中选择性表达。研究发现，NAc神经元集群支配的POA神经元在不影响疼痛样反应的情况下促进觉醒，而NAc神经元集群支配的VTA神经元在不影响睡眠的情况下加剧疼痛样反应（图7）。这些结果显示NAc神经元集群通过两条不同脑区的神经投射分别调节疼痛以及睡眠/觉醒行为。
图6 NAc神经元集群的下游神经环路
图7 抑制NAc神经元集群支配的POA/VTA神经元对疼痛以及睡眠/觉醒行为的调节
总而言之，这些结果显示了一个共同的NAc神经元集群，编码疼痛类行为和睡眠信息，并通过其下游投射实现疼痛与睡眠的模式特异性。该研究揭示了慢性疼痛-睡眠障碍共病的神经机制，为临床治疗提供了基础。
徐州医科大学孙海艳博士与李峙林硕士为本论文的共同第一作者，曹君利与安述明教授为本论文的共同通讯作者。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-40450-3
参考文献
Sun H, Li Z, Qiu Z, et al. A common neuronal ensemble in nucleus accumbens regulates pain-like behaviour and sleep. Nat Commun. 2023;14(1):4700. Published 2023 Aug 5. doi:10.1038/s41467-023-40450-3
编译作者：Chrk（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
