背柱核通过编码机械性异常性疼痛的神经网络特征实现触觉痛觉传导

本研究揭示了背柱核(DCN)在机械性异常性疼痛中的关键作用。研究人员通过炎症(CFA)和神经损伤(SNI)两种模型，发现gracile核(GrN)中神经元放电率的对数正态分布被破坏是机械性异常性疼痛的神经网络特征。研究发现生长抑素阳性(GrNSst)投射神经元将这种异常的触觉信息传递至丘脑腹后外侧核(VPL)是机械性异常性疼痛表达的关键机制。该研究为理解慢性疼痛的神经编码机制提供了新见解。

　　

疼痛感知的神经机制一直是神经科学领域的重大挑战。机械性异常性疼痛作为一种常见的慢性疼痛类型，表现为对无害触觉刺激产生疼痛反应，但其背后的神经编码机制尚不清楚。传统理论如特异性理论、强度理论和模式理论对疼痛编码提出了不同解释，但都无法完全解释机械性异常性疼痛的神经机制。背柱核(DCN)作为内侧丘系通路的关键节点，在触觉信息处理中发挥重要作用，但其在机械性异常性疼痛中的具体作用机制仍有待阐明。

Amandine Virlogeux等研究人员在《Cell Reports》发表的研究，通过结合行为学、电生理学和分子生物学方法，系统研究了DCN在机械性异常性疼痛中的作用。研究采用两种不同的机械性异常性疼痛模型：完全弗氏佐剂(CFA)诱导的炎症性疼痛和保留神经损伤(SNI)模型。通过化学遗传学操控、多电极阵列记录和神经环路追踪等技术，揭示了DCN神经网络编码在机械性异常性疼痛中的关键作用。

主要技术方法包括：1)使用AAV病毒载体在特定神经元中表达化学遗传学受体(hM4D或hM3D)；2)采用64通道硅探针进行在体多电极记录，分析GrN神经元放电特性；3)通过RNAscope技术进行分子标记鉴定；4)结合光遗传学验证神经元身份；5)建立CFA和SNI两种疼痛模型进行行为学评估。

研究结果部分包含以下重要发现：

"DCN是机械性而非热异常性疼痛的关键节点"

研究发现化学遗传学抑制GrN神经元活动可显著缓解CFA和SNI模型中的静态(冯弗雷测试)和动态(刷子测试)机械性异常性疼痛，但对热异常性疼痛(Hargreaves测试)无影响。这一结果确立了DCN在机械性异常性疼痛中的特异性作用。

"机械性异常性疼痛破坏GrN的神经群体活动"

电生理记录显示，正常状态下GrN神经元对触觉刺激的反应呈对数正态分布。但在CFA和SNI模型中，这种分布特征被显著破坏。值得注意的是，CFA模型表现为神经元平均放电率增加，而SNI模型则表现为降低，表明机械性异常性疼痛并非简单的神经活动增强。

"炎症和损伤改变GrN神经相关结构"

研究发现机械性异常性疼痛导致GrN内神经元间的信号相关性增强，噪声相关性降低。特别值得注意的是，在推定投射神经元中这种变化更为显著，提示异常触觉信息可能被增强传递至下游脑区。

"GrN^SstVPL投射神经元是机械性异常性疼痛表达所必需的"

分子鉴定发现GrN中生长抑素阳性(Sst)神经元约占40%，且主要为兴奋性神经元。这些神经元大部分投射至丘脑腹后外侧核(VPL)。选择性抑制GrN^Sst神经元或其VPL投射可显著缓解机械性异常性疼痛，而激活这些神经元则增强疼痛行为。

研究结论指出，机械性异常性疼痛导致DCN神经网络编码的显著改变，表现为对数正态放电分布的破坏和神经相关结构的重组。GrN^Sst神经元将这种异常的触觉信息传递至VPL是疼痛表达的关键环节。这一发现为理解慢性疼痛的神经编码机制提供了新视角，支持"模式理论"对疼痛的解释，即异常的神经网络活动模式而非简单的信号强度导致了疼痛感知。研究还揭示了DCN-VPL通路在机械性异常性疼痛中的特异性作用，为开发靶向性疼痛治疗策略提供了理论依据。

该研究的创新性在于首次揭示了DCN神经网络编码的特征性改变是机械性异常性疼痛的核心机制，并明确了特定神经元群体在该过程中的关键作用。这些发现不仅深化了对疼痛神经机制的理解，也为开发更精准的疼痛干预方法提供了新靶点。研究采用的多种技术手段和两种不同疼痛模型的相互验证，增强了结论的可靠性，为后续研究奠定了重要基础。