Neuron：探索非阿片类疼痛治疗策略的分子和细胞新靶点
慢性疼痛给患病个体和社会带来了巨大负担。虽然阿片类药物能有效缓解疼痛，但严重的不良结果限制了它们的效用和疗效。尽管吗啡和芬太尼等阿片类药物是治疗慢性疼痛的有效方法，但它们的使用产生令人不快的副作用、滥用倾向、镇痛耐受性和戒断症状。这些问题表明需要确定新的非阿片类药物治疗疼痛的靶点。
基于此，2023年9月20日芝加哥大学神经生物学委员会Daniel S. McGehee研究团队在Neuron发表论文“A cholinergic circuit that relieves pain despite opioid tolerance”，揭示了尽管存在阿片类药物耐受性，胆碱能回路仍可缓解疼痛。
为了研究替代的疼痛控制机制，作者探索了腹外侧导水管灰质（vlPAG）中的胆碱能信号，这是下行疼痛调节的关键联系。疼痛状态降低了vlPAG中乙酰胆碱的释放，通过⍺7烟碱乙酰胆碱受体（⍺7 nAChR），激活从脚桥被盖到vlPAG的胆碱能投射可以缓解疼痛，即使在阿片耐受条件下也可以。用激动剂激活⍺7AChRs或刺激内源性乙酰胆碱，通过Ca2+和过氧化物酶体增殖物激活受体依赖的信号通路抑制vlPAG神经元活性。体内双光子成像结果显示，慢性疼痛会导致vlPAG神经元异常兴奋，并且⍺7 nAChR介导的这些细胞抑制作用可缓解疼痛，即使在阿片类药物耐受后也是如此。通过这些胆碱能机制缓解疼痛与耐受性、奖赏或戒断症状无关，这突出了其潜在的临床使用价值。
图一 伤害行为与vlPAG中ACh水平的降低相关
作者首先用ACh特异性的sensor监测了vlPAG中疼痛引起的ACh的变化。急性疼痛刺激暂时抑制乙酰胆碱的释放。后爪注射完全弗氏佐剂诱导慢性炎症性疼痛状态，降低乙酰胆碱瞬变，vlPAG中的ACh水平与运动无关。作者使用单疗程福尔马林试验来验证ACh和疼痛之间的关系，在福尔马林试验中，不同的时间阶段与不同水平的有害伤害行为相关。这些观察结果表明，vlPAG中的疼痛状态和胆碱能张力之间存在相互依赖性。
图二 胆碱能 PPTg神经元投射到vlPAG
接下来，作者利用逆行病毒观察脚桥被盖和背外侧被盖核的反向标记。作者使用光遗传学激活PPTgChAT+末端，同时监测vlPAG中的ACh，表明这些投射释放了ACh。进一步探究vlPAG中的伤害行为与乙酰胆碱释放之间的相关关系以及激活这些投射的疼痛缓解作用。作者发现LDTgChAT+到vlPAG的激活并没有改变有害的反应。接下来，进一步研究了刺激这些终端对CFA诱导的慢性炎症性疼痛的影响。虽然CFA注射会诱发痛觉过敏和异位痛觉，但激活PPTgChAT+到vlPAG可以逆转这些影响，光遗传学激活PPTgChAT+到vlPAG的投射可调节伤害感受，而不改变运动功能或焦虑水平。
图三 光遗传学抑制vlPAGOprm1+神经元在阿片类耐受条件下具有抗伤害作用
反复使用阿片类药物可通过降低镇痛效果而诱导耐受性。作者进一步测试表达μ阿片受体的vlPAG神经元对阿片耐受前后的伤害行为的反应，发现vlPAGOprm1+神经元在伤害性行为中被激活，如在辐射热源测定(RHS)实验中，鼠爪从急性伤害性热刺激中退缩。此外，CFA诱导的慢性疼痛增加了神经元的兴奋性。吗啡平均荧光和瞬态振幅下降，表明吗啡抑制vlPAGOprm1+神经元。使用吗啡诱导小鼠阿片类药物耐受，抑制对照组小鼠的vlPAGOprm1+神经元的吗啡剂量并没有抑制阿片类耐受小鼠的vlPAGOprm1+神经元，表明抑制受损。作者测试了对vlPAGOprm1+神经元的细胞自主抑制是否能缓解这种阿片类药物耐受状态下的疼痛。在RHS实验中，光遗传抑制vlPAGOprm1+神经元的增加了小鼠缩爪潜伏期，重现了吗啡的镇痛作用。即使在纳洛酮给药后，PPTgChAT+到vlPAG 投射的激活也能缓解疼痛，证明即使在阿片类药物耐受后也显示出保守的镇痛效力。
图四 vlPAGChrna7+神经元被有害刺激激活，抑制它们具有抗伤害性作用
作者探索了vlPAGChrna7+神经元的疼痛诱导的变化，首先使用Chrna7-Cre小鼠光线记录监测vlPAGChrna7+表达神经元。vlPAGChrna7+神经元被一些有害刺激（包括热和冷水、von Frey丝、辐射热、有害针刺和丙酮等）选择性激活，这些神经元并没有被其他非有害刺激（包括体感、视觉、嗅觉或听觉刺激）激活。CFA诱导的慢性疼痛增加了RHS诱发的瞬时振幅和平均荧光强度，表明与对照组相比，vlPAGChrna7+神经元的活性升高。在注射CFA的动物中，发现这些vlPAGChrna7+神经元具有明显更强的兴奋性突触驱动。这些结果表明，抑制vlPAGChrna7+神经元介导了抗伤害感受作用。
作者接下来利用光遗传学研究抑制vlPAGChrna7+对疼痛的调节作用。在急性热痛试验中，光遗传学抑制这些神经元增加了小鼠缩爪潜伏期。在CFA诱导的慢性疼痛状态下，抑制vlPAGChrna7+神经元增加了RHS测试中小鼠的缩爪潜伏期，并在von Frey实验中增加了缩爪阈值。此外，即使在纳洛酮给药后，抑制这些神经元对于阿片类药物耐受的动物也具有抗伤害作用。这些结果表明，抑制这些神经元可以缓解疼痛，但在没有慢性疼痛的情况下不会引起偏好。
α7nAChRs通过持续抑制神经元活动来缓解疼痛。考虑到α7nAChRs是具有高Ca2+通透性的兴奋性阳离子通道，表现出快速激活和脱敏动力学。越来越多的对Ca2+通透性受体的研究，如NMDA和α7nAChRs，揭示了通过非典型途径的信号传导，关于代谢样信号通路、Erk、Jak2/Stat3等激酶等。通过这些Ca2+通透性受体提高细胞内Ca2+，可诱导神经元兴奋性降低，从而降低细胞毒性。作者观察到7nAChR激动剂对Kv2.1磷酸化有较强调控，可能通过PPARa和AMPK磷酸化的非基因组作用介导兴奋性的降低。在进行这种胆碱能调节的同时，还观察到了vlPAGChlna7+神经元上CB1Rs的表达。虽然CB1R拮抗剂预处理没有改变α7nAChR激动剂的镇痛作用，但vlPAG内给药CB1R调节剂可以调节生理，以最小的奖励效应或戒断症状减轻疼痛。因此，这些vlPAG集合可以作为内源性胆碱能、阿片类和大麻素系统汇聚在一起以调节有害行为的联系。
为了扩大对vlPAG神经调节，特别是胆碱能调节的理解，作者研究了各种疼痛状态下vlPAG中的内源性ACh水平，并建立了这些现象之间的关系。然后确定α7nAChR及其信号通路可以逆转vlPAG神经元群中疼痛引起的适应不良过度兴奋。该研究还表明，在阿片类药物耐受后，下行疼痛控制回路的镇痛效力得以保留，ACh强烈调节vlPAG兴奋性，从而改变感觉和情感疼痛体验。这种胆碱能调节源自突触输入，并最终改变疼痛编码神经元群的内在兴奋性。该结果加深了对疼痛控制回路的理解，并指出了非阿片类疼痛治疗策略的分子和细胞靶点。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.08.017
参考文献
Sullere S, Kunczt A, McGehee DS. A cholinergic circuit that relieves pain despite opioid tolerance [published online ahead of print, 2023 Sep 12]. Neuron. 2023;S0896-6273(23)00627-X. doi:10.1016/j.neuron.2023.08.017
编译作者：知有（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
