丘脑束旁核至岛叶皮层神经通路在神经病理性痛与焦虑样行为调控中的作用及机制研究

本研究针对神经病理性痛伴随焦虑情绪的机制不明问题，通过化学遗传学、形态学追踪和电生理技术，发现激活丘脑束旁核(PF)至岛叶皮层(IC)的谷氨酸能神经通路可显著缓解疼痛敏化和焦虑样行为，并证实该通路通过作用于IC区小白蛋白阳性(PV+)神经元发挥调控作用，为痛情绪共病提供了新的神经环路靶点。

　　

疼痛是一种包含感觉辨识与情感体验的复杂生理心理现象。传统理论认为，疼痛信号通过脊髓丘脑束传递至丘脑腹后外侧核(VPL)和腹后下核(VPI)，进而投射到体感皮层形成"外侧通路"，负责痛觉定位和强度分析；而约25%的纤维投射至丘脑内侧束旁核(PF)、中央外侧核(CL)等区域，通过与前扣带皮层(ACC)和前额叶皮层(PFC)的连接构成"内侧系统"，主要参与痛情绪调控。近年来研究发现，作为基底 ganglia重要输出核团的PF不仅参与运动调节，还与疼痛和负性情绪处理密切相关。例如激活PF-ACC通路可改善慢性束缚应激(CRS)诱导的痛敏，而抑制中央杏仁核(CeA)-PF-次级体感皮层(S2)通路则能缓解CRS导致的痛敏现象。此外，岛叶皮层(IC)作为整合痛觉与情绪的关键脑区，其与前脑多个边缘系统的广泛联系提示其在恐惧、焦虑、抑郁等负性情绪处理中起重要作用。然而，PF与IC之间是否存在直接神经连接，以及该连接是否参与痛情绪共病的调控，尚不明确。

为解决这一问题，第四军医大学李云庆和刘水冰团队通过多维技术手段，系统研究了PF-IC神经通路在神经病理性痛与焦虑样行为中的作用。研究采用病毒示踪、全脑荧光成像(HD-fMOST)、化学遗传学操控、膜片钳记录等技术，结合行为学分析，揭示了该通路的形态学基础、功能特性及其在病理状态下的变化规律。

关键技术方法包括：1) 通过荧光金(FG)逆行示踪和稀疏标记病毒顺行追踪技术解析PF-IC通路的解剖学连接；2) 利用Cre依赖性病毒在Vglut2-Cre小鼠中进行细胞特异性操控；3) 采用保留神经损伤(SNI)模型模拟神经病理性痛；4) 通过化学遗传学技术(hm3Dq/hM4Di)特异性激活或抑制PF-IC通路；5) 应用全细胞膜片钳记录PF投射神经元的电生理特性；6) 通过免疫荧光染色检测FosB与PV神经元的共标情况。

3.1. PF至IC的纤维投射

通过将逆行示踪剂FG注入IC，发现在PF的吻侧和中部区域存在大量FG标记神经元，且主要分布在PF腹侧区。顺行病毒示踪显示，PF神经元投射纤维广泛分布至ACC、初级运动皮层(M1)、次级运动皮层(M2)和IC区域。HD-fMOST全脑成像技术进一步三维重建了PF神经元至IC的投射路径，证实其同时投射至前岛叶(aIC)和后岛叶(pIC)区域。

3.2. 抑制PF-IC神经通路诱导痛敏和焦虑样行为

通过化学遗传学技术抑制PF-IC通路后，小鼠机械性缩足阈值(PWT)和热缩足潜伏期(PWL)显著降低，表现为痛觉过敏。在开放场测试(OFT)中，小鼠中央区停留时间减少；高架十字迷宫(EPM)测试显示开放臂停留时间(OAratio)下降；条件性位置偏爱(CPP)实验表明小鼠对CNO配对腔室产生回避行为，证明该通路抑制可诱发焦虑样行为。

3.3. 激活PF-IC神经通路缓解神经病理性痛和焦虑样行为

在SNI模型小鼠中，激活PF-IC通路可显著提高痛阈，改善机械性和热痛敏。行为学测试显示，激活该通路后小鼠在OFT中的中央区停留时间增加，EPM中开放臂探索时间和次数显著提升，CPP评分增加，表明焦虑样行为得到缓解。

3.4. 神经病理性痛模型中PF神经元兴奋性降低

膜片钳记录发现，SNI模型小鼠中PF投射至IC的神经元(PF^IC神经元)自发性兴奋性突触后电流(sEPSC)振幅降低，虽然频率无显著变化，但诱发动作电位所需的最小电流(基强度)显著增加，阶跃去极化电流诱导的动作电位数量减少，表明PF^IC神经元的内在兴奋性在病理状态下受到抑制。

3.5. PF神经元主要终止于IC区PV阳性神经元

病毒示踪结合免疫荧光染色显示，PF投射纤维与IC区小白蛋白(PV)阳性神经元形成密切接触。在SNI模型中，Fos与PV双标神经元比例显著降低，提示IC区PV⁺神经元活动受到抑制，这可能是PF-IC通路功能异常导致痛情绪障碍的重要机制。

研究结论表明，PF与IC之间存在直接的谷氨酸能神经连接，该通路通过调控IC区PV⁺神经元活动参与痛觉和情绪的整合处理。在生理状态下，PF-IC通路的正常活动有助于维持痛觉和情绪的平衡；而在神经病理性痛状态下，该通路兴奋性降低导致对IC的调控作用减弱，可能通过解除对PV⁺神经元的抑制而引发痛敏和焦虑样行为。激活该通路可显著改善SNI模型的痛觉和情绪症状，为临床治疗痛情绪共病提供了新的靶点。

该研究的创新性在于首次揭示了PF-IC神经通路在痛情绪共病中的关键作用，并阐明了其通过作用于IC区PV⁺神经元的机制。研究结果发表于《Neurobiology of Disease》，不仅深化了对痛情绪机制的理解，也为开发针对特定神经环路的镇痛策略提供了重要理论依据。