前扣带回皮层中不同神经集合对瑞芬太尼诱导的痛觉过敏和类痛过敏的调控作用

《Neurochemistry International》：Representation and control of remifentanil-induced hyperalgesia and pain-like hypersensitivity by distinct neural ensembles in the anterior cingulate cortex

瑞米芬太尼诱导高敏痛的神经编码机制研究揭示前扣带回皮层通过分离的神经群分别调控RIH和痛觉过敏，并差异表达于组织学与电生理特性。

　　

Xinyao Wang | Shu Zhao | Guangyao Li | Huan Zhang | Jing Liu | Xude Sun | Tingting Gao | Liang Zhang

国家重点口腔颌面重建与再生实验室，国家口腔疾病临床研究中心，陕西省口腔疾病临床研究中心，第四军医大学口腔医学院口腔颌面外科，中国西安，710032

摘要

瑞芬太尼诱导的痛觉过敏（RIH）是一种常见但严重的临床问题，发生在使用瑞芬太尼进行术后镇痛之后。然而，RIH信号如何在大脑中编码仍然不清楚。在这里，我们利用化学遗传学方法揭示了前扣带回皮层（ACC）在介导RIH中的关键作用。研究发现，对ACC中兴奋性神经元的化学遗传学操作可以双向影响RIH。此外，我们报告称RIH和福尔马林诱导的类似疼痛的过敏反应（PLH）由ACC中的不同神经集合体表示和处理。通过病毒介导的目标重组失活群体（TRAP）系统，分别标记和操作了ACC中激活RIH和PLH的神经集合体。对ACC中激活RIH的神经集合体的化学遗传学操作仅影响RIH而不影响PLH；相反，对ACC中激活PLH的神经元进行化学遗传学操作显著影响了PLH，但并未改变RIH。此外，ACC中激活RIH和PLH的神经集合体在组织位置和电生理特性上存在显著差异。这些发现揭示了ACC在RIH发展中的作用，以及ACC中不同神经集合体对RIH和PLH的独立编码。我们的研究为理解大脑中RIH的信息处理提供了新的视角。

引言

阿片类药物被认为是治疗急性、慢性及癌症相关疼痛的一线镇痛药[1, 2, 3, 4]。在临床麻醉中，它们被广泛用于术后管理中度至重度的手术疼痛。阿片类药物治疗旨在缓解疼痛，但同时也伴随着阿片类诱导的痛觉过敏（OIH），即患者对疼痛刺激的敏感性增加[5]。临床研究表明，在普通医院人群中OIH的发病率很高[6]。瑞芬太尼是一种超快速作用的阿片类药物，能迅速引发并消退镇痛效果[7]。根据先前的研究，瑞芬太尼诱导的痛觉过敏比芬太尼或舒芬太尼（两种用于手术环境的长效阿片类药物）发生得更快、更频繁；这种现象被称为瑞芬太尼诱导的痛觉过敏（RIH）[8, 9]。鉴于迫切需要临床管理RIH，人们正在努力探索其潜在的神经机制。

近年来，我们在RIH处理的基本理解方面取得了重要进展。一项先前的研究表明，丘脑皮层回路对RIH的发展至关重要[10]。最近的一项研究指出，外侧旁桥核（lPBN）- 室旁下丘脑核（PVH）回路在介导OIH中起着关键作用[11]。这些发现表明，RIH最终是在中枢神经系统（CNS）中被感知的。值得注意的是，lPBN和丘脑皮层回路都参与了疼痛处理。这些研究表明，RIH和疼痛信息共享类似的上传通路，可能密切相关，但它们本质上是不同的。基于回路的探索方法的最新进展使我们能够标记和操作与区分感觉相关的不同细胞类型，最近的论文利用相关技术区分了疼痛和瘙痒或内脏痛与躯体痛的不同神经亚群的表征和处理[12, 13, 14]。

前扣带回皮层（ACC）是一个关键的大脑区域，能够整合多种神经信号，涉及广泛的生理功能，包括疼痛处理[15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]。先前的研究已经表明ACC在RIH的发展中起着重要作用[22]。然而，ACC在调节RIH中的具体作用仍不清楚。通过化学遗传学方法、目标重组失活群体（TRAP）、FOS免疫染色和全细胞膜片记录等多种方法，我们确定了ACC在RIH处理中的关键作用，并表明RIH和福尔马林诱导的类似疼痛的过敏反应（PLH）分别由ACC中的不同神经集合体表示和控制，这些神经集合体在行为功能、组织位置和电生理特性上存在差异。

实验部分

动物

本研究中使用了成年雄性C57BL/6J小鼠。这些小鼠（年龄8至12周，体重20-25克）购自第四军医大学实验动物中心。小鼠生活在12/12小时光照/黑暗周期的环境中，可以自由获取水和食物，所有实验均在上午8点至下午6点之间进行。本研究中的所有程序均按照第四军医大学动物实验指南执行。

ACC参与了瑞芬太尼诱导的痛觉过敏（RIH）和福尔马林诱导的类似疼痛的过敏反应（PLH）的处理

通过von Frey测试（vFT）和热板测试（图S1A）测量了瑞芬太尼处理后小鼠的机械敏感性和热敏感性增加。接受瑞芬太尼处理的小鼠的爪子撤回阈值（PWT）和爪子撤回潜伏期（PWL）均显著降低。瑞芬太尼诱导的机械和热痛觉过敏持续时间少于5天（图S1，B和C）。我们的结果与先前的研究一致。

讨论

大脑中RIH的编码神经机制尚不完全清楚。在这里，我们验证了ACC在RIH处理中的关键作用。此外，还确定了ACC中一个特异性影响RIH发展的神经亚群。此外，多条证据表明ACC中RIH和PLH信息的表征和处理方式存在差异。

结论

总之，我们的研究表明，ACC中不同的神经亚群对RIH和疼痛信息有不同的表征。这些发现可能为研究高级皮层结构中的RIH提供新的见解，并为未来开发治疗与RIH相关的大脑疾病的新疗法奠定基础。

作者贡献声明

Huan Zhang：软件开发、项目管理、方法学设计。 Guangyao Li：软件开发、数据管理。 Xude Sun：监督、资金获取、概念构思。 Jing Liu：资源协调。 Shu Zhao：软件开发、资源协调、数据管理。 Xinyao Wang：撰写初稿、项目管理、方法学设计、实验实施。 Liang Zhang：撰写修订稿、验证、监督、资金获取、概念构思。 Tingting Gao：撰写修订稿、验证、监督。

数据获取

所有相关数据可向通讯作者索取。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

资助

本工作得到了陕西省重点研发计划（2022SF-189）对Xude Sun的支持，以及第四军医大学博士后基金（qd20220108）对Liang Zhang的支持。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。