专家解读Neuron | 李晓明团队揭示大麻镇痛新机制

解读 | 张遐 教授（青岛大学医学部/加拿大渥太华大学医学院）

慢性疼痛是一种常见病，困扰着全球20%左右的人口，给家庭和社会带来沉重的负担。目前，人们对疼痛的确切机制仍然知之甚少。已有研究表明，丘脑后核群（Po, posterior complex of the thalamus）是一个应对疼痛反应的高阶躯体感觉核团，它的异常活跃是引发脊髓损伤后疼痛的主要原因，但Po核团在疼痛反应中的确切功能尚不清楚。由于Po核团本身缺少GABA能中间神经元来调控它的投射性神经元，因此依赖于其他核团的GABA能投射来发挥调节作用，其中就包括未定带（ZI, Zone Incerta）。ZI已经被报道参与防御行为、恐惧记忆、掠食行为等，并与疼痛关系密切。然而，ZI参与疼痛反应的神经元类型以及ZI-Po环路参与疼痛过程的分子机制仍需要深入研究。

2020年6月4日，浙江大学医学院李晓明教授实验室在Neuron杂志上发表了题为Incerta-thalamic Circuit Controls Nocifensive Behavior via Cannabinoid Type 1 Receptors的研究论文，发现了从未定带（ZI, Zone Incerta）投射到丘脑后核群（Po, posterior complex of the thalamus）这条参与疼痛反应的GABA能神经环路，并揭示了大麻缓解疼痛的新机制。该研究不仅帮助人们更好的认识疼痛的神经环路机制，而且为临床治疗病理性疼痛提供了新的靶点。

李晓明教授团队的这项最新研究，首先发现了参与疼痛反应的一条新的神经环路——腹侧未定带（ZIv）的小清蛋白阳性神经元投射到Po的谷氨酸能神经元，进一步发现在多种疼痛模型中，该环路的活性显著增强，利用光遗传技术激活或抑制这条神经环路的活动可以降低或提高小鼠的疼痛阈值。其次，他们发现大麻素CB1受体在这条环路特异性表达，且局部激活Po区域的CB1受体会提高小鼠的疼痛阈值。相反的，敲减该环路上的CB1受体则会显著性降低小鼠的疼痛阈值。更重要的是，Po区域局部给予CB1受体激动剂可以逆转CB1受体敲减导致的疼痛阈值降低。这些发现不仅揭示了大麻素镇痛的分子和环路机制，推进了人们关于疼痛神经机理的认识，并为临床诊断和治疗病理性疼痛提供了新的分子靶点。
课题组首先采用了Von Frey针刺及辐射热引起的急性疼痛模型，测试小鼠在疼痛反应中ZI核团内c-fos的表达情况，发现小鼠在感受到疼痛的时候，ZIv内的小清蛋白阳性（parvalbumin, PV+）神经元会被激活，当用taCasp3逐步凋亡ZIv内的PV阳性神经元时，小鼠的疼痛阈值得到了明显提升。课题组继续采用光遗传学技术进行进一步的验证，也得到了类似的结果，激活ZIv核团的PV阳性神经元能够降低小鼠的疼痛阈值，相反的，抑制该类型神经元可以提高小鼠的阈值。这说明，ZIv核团的PV阳性神经元活性影响了小鼠对疼痛反应的感受。
接下来，课题组通过逆行追踪以及钙成像技术研究进一步发现，在疼痛反应过程中，ZIv核团的PV阳性神经元可以抑制性的投射到下游的Po核团，与Po核团内的谷氨酸能神经元形成突触连接。课题组通过光遗传、化学遗传等技术手段检测发现ZIv-Po神经环路参与疼痛反应过程，并且在调控疼痛阈值过程中起到非常重要的作用。
大麻素是一种非常有效的止痛剂，可以用于治疗疼痛、呕吐、癫痫等。早在千年之前传统医学的经典文献《皇帝内经》中，就记载了古人使用医用大麻治疗疼痛等疾病的案例。课题组通过Single-cell PCR实验和RNA scope原位杂交实验发现，大麻素CB1受体与ZIv核团内的PV阳性神经元大量共表达。通过脑片全细胞记录技术，CB1受体激动剂和抑制剂进一步证实，CB1受体可以调控ZIv-Po神经环路的突触传递过程。接下来，课题组研究证实了激活该环路的CB1受体可以显著提高小鼠的疼痛阈值；相反的，抑制或敲减CB1受体将会降低小鼠对疼痛的耐受度，且激活CB1受体敲减小鼠内的残余CB1受体可以逆转这一过程，充分说明ZIv-Po神经环路上的CB1受体可以特异性的调控疼痛反应。
综上，这项研究揭示了CB1受体对未定带-丘脑神经环路的调控及其在疼痛反应的作用，这不仅加深了疼痛中枢机制的理解，揭示了大麻类物质发挥镇痛作用的脑内机制，也为临床治疗疼痛相关疾病提供了理论指导。
李晓明教授从2008年回国，在浙江大学建立自己的实验室，过去十多年间专注于GABA能神经环路在情感和情感障碍类精神疾病中的作用和机制研究，做出了一系列系统性的突破性贡献。在2012年以来，他们主要研究PV阳性的GABA能抑制性神经环路在神经精神疾病中的作用（Li et al. Nature Neuroscience，2012；Yang et al. Journal of Neuroscience，2013;  Ni, et al. eLife，2015; Zhang, et al. Cell Research，2016; Geng, et al, Journal of Neuroscience，2017）。近年来他们运用跨突触病毒标记的方法，系统性地研究了包括PV神经元在内的多种GABA能神经元的全脑投射。他们的Neuron文章(Li, et al, Neuron,2019)发现VTA脑区的GABA能神经元对于调控成瘾行为有崭新的神经环路机制（Neuron专家点评丨李晓明组发现成瘾治疗的新通路靶点，未来或可有效缓解吗啡成瘾）。他们的Nature Neuronscience文章(Dong, et al, Nature Neuroscience,2019)发现TRN脑区PV阳性GABA能神经元调控恐惧的新环路（专家点评Nat Neuro丨李晓明团队发现恐惧性情绪的新环路）。Nature Medicine（Shen et al, Nature Medicine, 2019）（Nature Medicine专家点评丨李晓明团队揭示大麻治疗抑郁症新机制）工作研究了杏仁核中CCK神经环路的神奇功能，发现大麻抗抑郁的新机制。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.04.027