激活未定带GABA能神经元-ZIGABA-VTA环路改善帕金森病模型小鼠疼痛超敏的新机制

《The Journal of Headache and Pain》：Activation of the zona incerta GABAergic circuit for the treatment of pain hypersensitivity in Parkinson’s disease mice model

本研究针对帕金森病(PD)中普遍存在且治疗不足的疼痛症状，深入探讨了未定带(ZI)GABA能神经元及其投射至腹侧被盖区(VTA)的神经环路在PD疼痛调控中的作用。研究人员通过化学遗传学和光遗传学技术发现，特异性激活ZI GABA能神经元或其ZIGABA-VTA投射通路，可显著缓解6-羟基多巴胺(6-OHDA)诱导的PD模型小鼠的机械性和热痛超敏。该研究不仅揭示了ZI在PD疼痛处理中的关键角色，也为开发针对PD疼痛的新型治疗策略提供了重要的实验依据。

　　

疼痛，这个看似与震颤、僵硬等典型运动症状无关的问题，实际上困扰着约40%至85%的帕金森病(PD)患者。早在1817年，James Parkinson就在其经典论述中描述了PD患者的疼痛问题。然而令人遗憾的是，约半数经历疼痛的PD患者并未得到适当的镇痛治疗。随着全球老龄化进程加速，预计到2030年，全球将有约370万PD患者遭受未经治疗的疼痛困扰。这种疼痛不仅限制患者的日常活动，加剧运动障碍，还会增加焦虑、抑郁等其它非运动症状的脆弱性，形成恶性循环。

帕金森病相关的疼痛表现多样，可分为肌肉骨骼痛、肌张力障碍性疼痛、神经病理性疼痛、静坐不能性不适和中枢性疼痛五类。研究表明，PD患者对热、冷、机械或电刺激的疼痛阈值均低于健康人群，处于一种痛觉超敏状态。尽管多巴胺能系统在疼痛处理中作用重要，但越来越多的证据表明，γ-氨基丁酸能(GABAergic)系统的失调在PD的病理生理过程中同样扮演着关键角色。从运动前期到晚期，PD患者都表现出GABA能系统的显著改变——血浆GABA水平降低，感觉运动皮层和上脑干区域的GABA浓度明显下降。

在这一背景下，青岛大学的研究团队将目光投向了大脑深处一个名为未定带(Zona Incerta, ZI)的神秘区域。ZI作为基底节、丘脑和脑干之间的整合节点，与PD病理密切相关。临床观察发现，针对ZI的深部脑刺激(DBS)不仅能改善PD运动症状，还对疼痛感知产生有益影响。然而，ZI GABA能神经元是否参与PD疼痛处理，其具体机制如何，仍是有待解答的科学问题。

更为有趣的是，ZI与另一个称为腹侧被盖区(VTA)的脑区有着密切的连接。VTA是大脑奖赏系统的关键节点，也参与疼痛的情感成分处理。研究表明，向VTA注射6-羟基多巴胺(6-OHDA)会导致痛阈显著降低。但是，ZI GABA能神经元向VTA的投射是否参与调控PD相关疼痛，此前尚不明确。

发表在《The Journal of Headache and Pain》上的这项研究，系统探讨了ZI GABA能神经元及其投射至VTA的神经环路在PD疼痛超敏中的作用机制。研究人员采用C57BL/6小鼠和Vgat-Cre转基因小鼠，通过单侧纹状体注射6-OHDA建立PD小鼠模型。研究团队运用了纤维光度法、化学遗传学、光遗传学等前沿技术，结合行为学测试，多角度验证了ZI GABA能神经元在PD疼痛处理中的关键作用。

关键实验技术包括：通过立体定位注射病毒工具特异性调控神经元活性；利用冯弗雷纤维和热/冷板测试评估伤害性行为；采用纤维光度记录技术监测神经元钙活动；通过免疫荧光染色验证病毒表达位点和多巴胺能神经元损伤程度。

Unilateral injection of 6-OHDA induces nigrostriatal degeneration, mechanical and thermal hypersensitivity in mice

研究人员首先成功建立了单侧PD小鼠模型。通过向小鼠左侧纹状体立体定向注射6-OHDA，两周后评估发现，与对照组相比，6-OHDA处理组小鼠在阿扑吗啡(APO)诱导的旋转行为显著增加。免疫荧光结果显示，6-OHDA组小鼠纹状体中酪氨酸羟化酶(TH)阳性末端纤维的光密度显著降低，黑质致密部(SNc)中TH阳性细胞损失约43%。行为学测试进一步证实，6-OHDA组小鼠在开放场中的总运动距离减少，在旋转棒上的停留时间缩短，在杆测试中头部转向时间延长，表明模型小鼠出现明显的运动功能障碍。

在疼痛行为方面，6-OHDA损伤小鼠在对侧后爪表现出明显的机械性超敏，冯弗雷测试中的爪退缩阈值(PWT)显著降低。同时，在热板和冷板测试中，爪退缩潜伏期(PWL)也显著缩短，表明模型小鼠对热和冷刺激均产生痛觉超敏。这些结果证实，单侧纹状体6-OHDA损伤可导致黑质多巴胺能神经元丢失、运动功能障碍以及机械和热痛觉超敏。

In situ chemogenetic activation or inhibition of ZI GABAergic neurons influences nociceptive behaviors

为阐明ZI GABA能神经元在伤害性行为调控中的功能，研究人员首先在正常小鼠中应用化学遗传学技术。结果显示，通过注射hM3D(Gq)病毒激活ZI GABA能神经元后，小鼠在冯弗雷测试中的PWT显著升高，在热板和冷板测试中的PWL明显延长，表明对机械和热痛刺激的反应降低。相反，通过hM4D(Gi)病毒抑制ZI GABA能神经元后，小鼠表现出机械和热痛觉超敏，PWT和PWL均显著降低。这些结果表明，ZI GABA能神经元的激活具有抗伤害作用，而其抑制则导致痛觉超敏。

Chemogenetic activation of ZI GABAergic neurons alleviates mechanical and thermal nociceptive hypersensitivity in 6-OHDA-induced PD mice

接下来，研究团队在PD模型小鼠中验证了ZI GABA能神经元的功能。通过纤维光度记录发现，ZI GABA能神经元在0.6g冯弗雷细丝刺激下钙活动增加，表明这些神经元在PD状态下对伤害性输入有反应。

化学遗传学激活ZI GABA能神经元显著缓解了PD小鼠的疼痛超敏症状。与mCherry+CNO和hM3D+生理盐水(PS)组相比，hM3D+CNO组小鼠在冯弗雷测试中的PWT显著升高，在热板和冷板测试中的PWL明显延长。相反，化学遗传学抑制ZI GABA能神经元则加剧了PD小鼠的疼痛敏感性反应。在Vgat-Cre小鼠中进行的验证实验得出了类似结果，进一步确认了ZI GABA能神经元在调控PD疼痛超敏中的关键作用。

Optogenetic activation of ZI GABAergic neurons alleviates mechanical and thermal nociceptive hypersensitivity in 6-OHDA-induced PD mice

研究人员进一步利用光遗传学技术验证上述发现。通过向ZI注射通道视紫红质2(ChR2)病毒，蓝光照射激活ZI GABA能神经元后，ChR2组小鼠在冯弗雷测试中的PWT显著增加，在热板测试中的PWL明显延长。而通过古细菌视紫红质(ArChT)黄光照射抑制ZI GABA能神经元后，小鼠的PWT和PWL均显著降低。值得注意的是，在冷板测试中，光遗传学调控未引起显著变化。

Chemogenetic or optogenetic activation/inhibition of ZI GABAergic neurons has no significant effect on anxiety-like behaviors in 6-OHDA-induced PD mice

考虑到疼痛常与焦虑、抑郁等负性情绪状态相关，而这两种症状也是PD常见的非运动症状，研究团队进一步探讨了ZI GABA能神经元对PD小鼠焦虑和抑郁样行为的影响。结果显示，6-OHDA损伤小鼠确实表现出焦虑和抑郁样行为，但化学遗传学激活或抑制ZI GABA能神经元对开放场和高架十字迷宫测试中的焦虑样行为均无显著影响。有趣的是，光遗传学激活ZI GABA能神经元减少了尾悬测试中的不动时间，而抑制这些神经元则延长了不动时间，提示ZI GABA能神经元可能对抑郁样行为有调节作用。

Chemogenetic activation of ZI^GABA-VTA circuit alleviates mechanical and thermal nociceptive hypersensitivity in 6-OHDA-induced PD mice

为深入探究神经环路机制，研究人员追踪了ZI GABA能神经元的下游投射。病毒示踪结果显示，ZI GABA能神经元的轴突密集投射至多个脑区，包括VTA。通过特异性调控ZI^GABA-VTA环路，研究发现化学遗传学激活该环路显著提高了PD小鼠在冯弗雷测试中的PWT，延长了热板和冷板测试中的PWL。相反，抑制该环路则加剧了疼痛敏感性反应。

Optogenetic activation of ZI^GABA-VTA circuit alleviates mechanical and thermal nociceptive hypersensitivity in 6-OHDA-induced PD mice

最后，研究团队通过光遗传学技术激活ZI^GABA-VTA环路。结果显示，蓝光照射VTA区的ZI GABA能神经元轴突末端，可显著增加ChR2组小鼠在冯弗雷测试中的PWT，延长热板测试中的PWL，但对冷板测试无显著影响。在情绪行为方面，激活该环路对焦虑样行为无显著影响，但减少了尾悬测试中的不动时间。

本研究首次系统证实了ZI GABA能神经元在PD疼痛超敏中的关键作用。研究人员发现，激活这些神经元可缓解6-OHDA损伤PD模型小鼠的机械和热痛超敏，而抑制这些神经元则会加剧疼痛反应。进一步研究揭示，ZI GABA能神经元向VTA的投射(ZI^GABA-VTA环路)在调控PD相关疼痛中扮演重要角色。

这一发现具有重要的理论意义和临床价值。从机制角度看，研究不仅明确了ZI GABA能神经元在PD疼痛处理中的功能，还揭示了一条新的神经环路机制，深化了对PD疼痛病理生理过程的理解。从治疗角度看，研究结果为开发针对PD疼痛的新疗法提供了潜在靶点。考虑到ZI DBS已在临床用于改善PD运动症状，针对ZI的神经调控策略可能同时对运动症状和疼痛产生有益效果，实现"一石二鸟"的治疗效果。

研究的创新性在于首次在PD疼痛模型中系统探讨了ZI GABA能神经元的功能，并揭示了ZI^GABA-VTA这一特定环路的作用。同时，研究也存在一定局限性，如使用的单侧6-OHDA模型不能完全模拟人类PD的双侧病理特征，DREADDs技术的长期安全性仍需进一步评估等。

未来研究可进一步探究ZI GABA能神经元不同亚型在PD疼痛中的作用，明确ZI^GABA-VTA环路中具体细胞类型的连接模式，以及开发更具针对性的神经调控策略。总体而言，这项研究为理解PD疼痛机制提供了新视角，为开发新的治疗策略奠定了重要基础。

随着对PD非运动症状认识的不断深入，针对疼痛等困扰患者生活质量的症状的研究将愈发重要。本研究通过对ZI GABA能神经环路的深入探索，为改善PD患者的生活质量带来了新的希望。