## 专业标题 孤束核去甲肾上腺素能神经元介导小鼠系统性炎症相关触痛敏化（allodynia）

《Brain, Behavior, and Immunity》：Norepinephrine neurons in the nucleus of the solitary tract mediate allodynia related to systemic inflammation in mice

　　

## 摘要专业翻译

痛觉感受（nociception）是对潜在有害物理或化学刺激的感觉知觉，受离散神经环路与分子介质之间复杂相互作用调制，从而产生疼痛的意识知觉。炎症影响疼痛知觉，使痛觉环路敏化并引起疾病相关触痛敏化/痛觉过敏（allodynia/hyperalgesia）。外周给予脂多糖（LPS，革兰阴性菌膜成分）已被广泛用作外周内毒素血症模型，可在小鼠和人中引起触痛敏化。孤束核（NTS）是外周炎症反应的重要中介。炎症由投射至NTS神经元的传入神经感知，NTS随后将信息传递至广泛脑区以启动相应反应，包括自主活动与体温改变以及疾病行为表达。此外，促炎细胞因子可通过直接作用于NTS或影响传入神经环路而影响NTS神经元。尽管已知NTS参与炎症应激反应，且痛觉知觉改变是该反应标志，但参与该反应的具体神经递质系统尚不清楚。在此意义上，去甲肾上腺素（NE）参与痛觉感受的神经控制。NE对疼痛的易化和抑制效应均有报道，尽管增加单胺神经传递的抗抑郁药被用作慢性疼痛障碍（如神经性疼痛）的有效治疗。这些差异可能源于脑内NE环路的异质性；这些药物影响所有NE环路，而不同NE环路被选择性激活时可产生不同效应。例如，激活蓝斑（LC）NE神经元引起应激样理毛行为增加，而激活NTS NE神经元则减少理毛行为。然而，多数研究关注LC NE神经元而非NTS中的NE神经元。研究人员及其他研究者此前已证明NTS^NE神经元是疾病行为反应的关键驱动因素。因此，NTS^NE神经元特别适合作为中继，接收关于机体炎症状态的外周信息并投射至其他脑区，整合疾病相关疼痛的行为与痛觉成分。研究人员曾显示，化学遗传学激活NTS^NE神经元显著降低小鼠von Frey机械敏感性阈值，提示触痛敏化，然而von Frey试验的局限性影响了结果解释。为更好地评估NTS^NE神经元对疾病相关触痛敏化的影响，研究人员首先测量了系统性LPS给药对一种新开发技术的影响，该技术利用基于机器学习的行为分析，对疼痛相关姿势、步态和行为变化进行无偏研究。在确定与疾病相关触痛敏化最相关的姿势变化后，研究人员使用化学遗传学探究NTS^NE神经元在这些行为中的参与。结果表明，激活NTS NE引起小鼠触痛敏化，而抑制NTS NE神经元部分逆转LPS给药效应。

## 论文主体解读

**研究背景与问题** 痛觉感受（nociception）由离散神经环路与分子介质间的复杂相互作用调制，最终形成疼痛的意识知觉。炎症可敏化痛觉环路，引起疾病相关触痛敏化（allodynia）与痛觉过敏（hyperalgesia）。外周注射脂多糖（LPS，革兰阴性菌膜成分）是经典的外周内毒素血症（endotoxemia）模型，可在小鼠与人中诱发触痛敏化。孤束核（NTS）是外周炎症反应的关键中介：传入神经将炎症信息投射至NTS，NTS再向广泛脑区传递信息，启动自主活动、体温及疾病行为改变；促炎细胞因子亦可直接或经传入环路影响NTS神经元。去甲肾上腺素（NE）参与痛觉调控，但既有易化也有抑制作用，可能源于NE环路异质性：蓝斑（LC）NE神经元激活增加理毛，而NTS NE神经元激活减少理毛。既往研究多聚焦LC而非NTS。研究人员此前已证明NTS^NE神经元驱动疾病行为，且化学遗传学激活可降低von Frey阈值，但von Frey试验存在局限（混淆镇静与镇痛、依赖人-动物互动、实验室间差异），部分小鼠对机械刺激无反应而无法测试。因此，本研究旨在借助基于机器学习的Blackbox无偏行为/姿势分析，重新评估NTS^NE神经元在疾病相关触痛敏化中的作用。

**关键技术方法** 研究使用雄雌C57Bl/6J小鼠及DBH-CRE小鼠（多巴胺β-羟化酶启动子驱动CRE表达）。采用脑立体定位双侧NTS注射CRE依赖的兴奋性Gq-DREADD或抑制性Gi-DREADD病毒（AAV9-hSyn-DIO-hM3D(Gq)-mCherry、hM4D(Gi)-mCherry），以J60（JHU37160）为DREADD激动剂。行为学采用Blackbox（机器学习姿势/行为追踪，Palmreader软件分析）与von Frey机械敏感性试验。形态学采用mCherry荧光确认表达及c-Fos免疫荧光。电生理采用全细胞电流钳记录NTS^NE神经元膜电位对J60的反应。

**研究结果** 3.1 疾病诱导的行为、姿势与机械痛觉变化：LPS（0.1 mg/kg，腹腔）显著改变Blackbox 93项变量中的17项，降低后爪趾间距与后爪距离，减少移动距离与双前爪抬起时间；同时降低von Frey阈值。性别仅影响7项解剖相关变量，痛觉相关变量无性别差异。线性回归显示所选变量与von Frey阈值显著相关，尤其移动距离与平均趾间距。3.2 LPS诱导NTS^NE神经元激活：LPS使NTS^NE神经元c-Fos表达显著增加，约50%被激活，提示存在亚群异质性。3.3 激活NTS^NE神经元诱导迟钝与触痛敏化：Gq-DREADD激活后移动距离、平均趾间距、后爪距离及双前爪抬起时间均下降，全细胞记录证实J60使表达Gq的NTS神经元显著去极化。3.4 抑制NTS^NE神经元部分逆转疾病诱导的疼痛相关姿势改变：LPS+J60组后爪距离被逆转，移动距离与趾间距仍低于对照但较LPS+载体无显著差异，双前爪抬起时间无组间差异；电生理证实J60使Gi-DREADD神经元超极化。进一步分析显示对照条件下姿势与移动距离负相关，LPS后转为正相关，LPS+J60介于两者之间；时间分析显示各实验中移动距离随时间下降且受处理影响。

**讨论与结论** 讨论指出von Frey的局限及Blackbox首次用于疾病相关触痛敏化的优势；LPS激活部分NTS^NE神经元，其余可能参与低血糖反应、生殖功能及动机行为调控，过敏相关肺炎症亦可经迷走神经激活NTS^NE神经元；NTS尚含谷氨酸、GABA、钙结合蛋白、胆囊收缩素及肾上腺素能等亚群，后者主要位于更后部区域。NTS^NE激活可驱动触痛敏化；抑制后仅部分逆转，可能因Gi-DREADD表达稀疏（mCherry融合致神经毒性或膜转运受损），但离体记录证实其功能有效。其他系统如ADCYAP1⁺神经元可能参与，且二者可能在同一核团重叠。抑制特异性逆转姿势而非移动，提示NTS^NE系统更偏重疼痛的痛觉成分，未来可用条件性位置厌恶（conditioned place aversion）等模型验证。研究结论：急性外周内毒素血症引起疾病相关触痛敏化、降低运动活动并激活NTS^NE神经元；化学遗传学激活NTS^NE神经元在健康小鼠中引起疾病样行为，而抑制这些神经元可减轻LPS行为反应中的姿势成分。综上，NTS^NE神经元是急性内毒素血症反应的关键中介，在外周炎症后被激活以驱动疾病相关触痛敏化。