联合光遗传学与电刺激增强 Aα/Aβ 纤维神经调节反应持久性

《BMC Neuroscience》：Recruitment of Aα/Aβ fibers during tonic electrical, optogenetic and combined stimulation in the mouse sciatic nerve

　　

摘要

背景

通过植入设备对周围神经进行神经调节可以在某些患者中缓解慢性疼痛，但很少能完全消除疼痛。电刺激缺乏选择性（例如，在传入纤维和传出纤维之间），无法仅激活目标Aα/Aβ纤维轴突，并且必须限制刺激电流以避免激活运动神经元，这可能会降低治疗效果。光遗传学提供了一种潜在的解决方案，利用遗传工具和光线来选择性地进行神经调节，但长期接受持续光遗传学刺激的反应会减弱，尤其是在高频率下。将光遗传学刺激与电刺激结合使用可以优先增强目标群体的反应，但目前尚不清楚这种联合刺激的反应如何随时间保持。在这项研究中，我们测量了在异氟醚麻醉下的通道视紫红质转基因小鼠的坐骨神经中，对临床相关频率范围（4至100赫兹；持续长达60秒）内的持续电刺激、光遗传学刺激或联合刺激所引起的Aα/Aβ纤维反应。

结果

光遗传学刺激在激活Aα/Aβ纤维方面具有高度选择性，且不会引发运动反应。仅用光刺激时，Aα/Aβ纤维的复合动作电位（CAP）反应幅度呈指数级且频率依赖性降低（p<0.001），尤其是在超过20赫兹的频率下时，反应几乎完全消失。Aα/Aβ纤维对电刺激的反应也以频率依赖性的（p<0.001）双相指数方式衰减。联合刺激引起的反应幅度快速下降的程度大于电刺激（p<0.05），随后出现类似的二次衰减（p=0.10）。重要的是，在整个刺激期间，联合刺激带来的反应幅度大于单独电刺激或光刺激（超过85%的反应得到了增强），且这种现象不受刺激频率的影响（p=0.33）。

结论

即使在使用低频率的情况下，仅依靠光遗传学方法也无法实现持续的神经调节。与单纯的光刺激相比，联合刺激能够引发更持久的反应，同时仍保持光遗传学方法的高度选择性。本研究进一步证明了联合刺激作为一种潜在方法，有助于提高现有周围神经刺激方法的镇痛效果。

背景

通过植入设备对周围神经进行神经调节可以在某些患者中缓解慢性疼痛，但很少能完全消除疼痛。电刺激缺乏选择性（例如，在传入纤维和传出纤维之间），无法仅激活目标Aα/Aβ纤维轴突，并且必须限制刺激电流以避免激活运动神经元，这可能会降低治疗效果。光遗传学提供了一种潜在的解决方案，利用遗传工具和光线来选择性地进行神经调节，但长期接受持续光遗传学刺激的反应会减弱，尤其是在高频率下。将光遗传学刺激与电刺激结合使用可以优先增强目标群体的反应，但目前尚不清楚这种联合刺激的反应如何随时间保持。在这项研究中，我们测量了在异氟醚麻醉下的通道视紫红质转基因小鼠的坐骨神经中，对临床相关频率范围（4至100赫兹；持续长达60秒）内的持续电刺激、光遗传学刺激或联合刺激所引起的Aα/Aβ纤维反应。

结果

光遗传学刺激在激活Aα/Aβ纤维方面具有高度选择性，且不会引发运动反应。仅用光刺激时，Aα/Aβ纤维的复合动作电位（CAP）反应幅度呈指数级且频率依赖性降低（p<0.001），尤其是在超过20赫兹的频率下时，反应几乎完全消失。Aα/Aβ纤维对电刺激的反应也以频率依赖性的（p<0.001）双相指数方式衰减。联合刺激引起的反应幅度快速下降的程度大于电刺激（p<0.05），随后出现类似的二次衰减（p=0.10）。重要的是，在整个刺激期间，联合刺激带来的反应幅度大于单独电刺激或光刺激（超过85%的反应得到了增强），且这种现象不受刺激频率的影响（p=0.33）。

结论

即使在使用低频率的情况下，仅依靠光遗传学方法也无法实现持续的神经调节。与单纯的光刺激相比，联合刺激能够引发更持久的反应，同时仍保持光遗传学方法的高度选择性。本研究进一步证明了联合刺激作为一种潜在方法，有助于提高现有周围神经刺激方法的镇痛效果。