Neuron：马秋富团队报道选择性地传递情感性内脏疼痛的脊髓通路
内脏来源的疼痛是一种临床上常见且极端痛苦的疼痛，但是相比于外周皮肤来源的疼痛，内脏痛的基础研究明显不足。研究人员在过去十年间揭示了外周疼痛在外感受性的反射-防御（reflexive-defensive）反应相关的躯体感觉性层面和内感受性的自我关怀（self-caring）反应相关的情感性层面具有不同的脊髓神经生物学机制。然而，内脏痛是否也存在这两个层面上不同的脊髓机制尚不清楚。
过往研究已经揭示了内脏炎症和应激会导致脊髓神经元的敏化（sensitization）。Ness和Gebhart引入了两个行为学实验来分别研究结直肠扩张（colorectal distention, CRD）导致的伤害感受和厌恶：用腹肌的肌电图记录来表征内脏运动反应（visceromotor responses, VMRs），从而用VMRs来表征伤害感受；用回避学习实验结果来表征厌恶。这种表征的合理性被一些实验结果所支持：去头动物仍然存在VMRs，说明VMRs的发生不需要前扣带回（ACC）等与情感相关的中枢；损伤ACC不影响VMRs，但导致了内脏情感性疼痛的丧失。然而，脊髓层面是否存在不同的神经元分别参与内脏疼痛的伤害感受和厌恶，尚未可知。
最近新加入西湖大学的马秋富团队于2022年12月29日在Neuron在线发表了Report：该研究采用了一种改良的局灶结直肠扩张（fCRD）研究手段，揭示了脊髓CCK神经元同时参与fCRD在naïve小鼠上引起的VMRs和厌恶，而脊髓VGLUT3神经元选择性参与fCRD在炎症性肠炎或中枢去抑制小鼠上引起的厌恶，而不介导VMRs的产生。
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一种改良的fCRD实验方法
能充分引起VMRs和厌恶
结直肠同时接受背根神经节（DRG）和节状神经节的神经支配。该研究利用逆行示踪发现直肠在距离肛门0.5-1cm处只接受腰骶DRG的神经支配，而不接受节状神经节支配。由于本研究着重于脊髓水平的研究，研究人员通过在该直肠处放置不同体积的装水气球来施加局灶直肠扩张（fCRD）。研究结果表明25微升fCRD不引起VMRs，而75微升引起强烈的VMRs。
回避学习实验是这样做的：一旦小鼠离开倒扣的培养皿，fCRD即被施加，记录小鼠停留在培养皿上的时长。结果显示，25微升fCRD没有引起厌恶，而75微升导致时长显著增加，表现为厌恶。进一步，在DSS引起的肠炎小鼠上，原本非伤害性的25微升fCRD显著增强了VMRs和厌恶。
图1. fCRD分别在naïve小鼠和DSS肠炎小鼠上引起的VMRs和厌恶。
脊髓CCK神经元、而非SOM或VGLUT3神经元介导高强度fCRD引起的伤害感受和厌恶
由于脊髓VGLUT3、SOM、CCK神经元已经被揭示了介导不同躯体感觉刺激（针刺、钳夹、吹气、抚摸）引起的回避或舔舐行为，本研究首先研究了这些神经元是否参与内脏痛的VMRs和厌恶行为。结果表明敲除脊髓VGLUT3或SOM神经元均不影响fCRD在naïve小鼠上引起的VMRs和厌恶，而敲除脊髓CCK神经元显著降低了75微升fCRD在naïve小鼠上引起的VMRs和厌恶。
脊髓VGLUT3神经元介导低强度fCRD在炎症性肠炎小鼠上引起的厌恶
进一步，研究人员探究了脊髓VGLUT3神经元是否参与炎症状态下的伤害感受和厌恶。c-Fos免疫染色结果表明，25微升fCRD显著升高了DSS肠炎小鼠的腰骶段和尾段脊髓中VGLUT3神经元的c-Fos的表达。
通过在臂旁核注射逆行示踪剂，研究人员进一步发现，尾段脊髓中投射到臂旁核的VGLUT3神经元数量显著高于腰骶段，且25微升fCRD显著激活了DSS肠炎小鼠尾段脊髓中投射到臂旁核的VGLUT3神经元。
图2.低强度fCRD显著激活DSS肠炎小鼠的脊髓VGLUT3神经元。
行为学实验表明，敲除脊髓VGLUT3神经元并不影响fCRD在DSS肠炎小鼠上引起的VMRs，但显著降低了25微升fCRD引起的厌恶。
图3. 脊髓VGLUT3神经元介导fCRD在DSS肠炎和BS中枢去抑制小鼠上引起的厌恶，但不介导VMRs。
脊髓VGLUT3神经元介导低强度fCRD在中枢去抑制小鼠上引起的厌恶
由于低强度机械刺激通过激活抑制性神经元，抑制伤害信息的产生，且脊髓VGLUT3神经元过往被揭示参与这一门控机制，本研究进一步探究了在内脏感受中VGLUT3是否也参与这一抑制性门控过程。
利用鞘内注射GABAA和甘氨酸受体拮抗剂构建BS中枢去抑制小鼠，研究人员发现25微升fCRD显著升高了尾段脊髓VGLUT3神经元c-Fos的表达；敲除脊髓VGLUT3神经元显著降低了25微升fCRD引起的厌恶，但不影响VMRs。
脊髓VGLUT3神经元将fCRD相关的情感信息投射到臂旁核
为了探究脊髓VGLUT3神经元如何传递内脏情感性信息，研究人员研究了投射到臂旁核的脊髓VGLUT3神经元。结果表明，VGLUT3阳性神经元密集分布于PBcil亚核，25微升fCRD显著升高了DSS肠炎小鼠的PBcil中c-Fos的表达，而敲除脊髓VGLUT3神经元显著降低了该表达。利用catCh光激活投射到PBcil的脊髓VGLUT3神经元充分诱导了厌恶的产生，但没有显著升高VMRs。
图4. 投射到臂旁核的脊髓VGLUT3神经元介导厌恶。
结 论
该研究揭示了内脏痛与外周躯体疼痛类似，也存在相对分离的参与感觉性层面和情感性层面信息传递的神经元群体，脊髓VGLUT3神经元可能在传递内脏炎症性疼痛的情感信息方面发挥重要作用。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.12.003
编译作者：Hong Chaoli（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）