Cell Rep丨為啥疼久了會 emo？徐州醫科大學葛婷/曹君利/張紅星團隊揭示慢性疼痛與共病抑郁的關鍵神經環路

很多人可能有過這樣的體驗：長期被疼痛折磨時，心情也會跟著跌到谷底，變得低落消沉；而陷入抑郁情緒后，又會覺得身體的疼痛感被無限放大。這可不是單純的 “心理作用”，慢性疼痛和抑郁就像一對 “難兄難弟”，常常成對出現，讓患者苦不堪言。

更讓人頭疼的是，人們一直沒完全搞懂，這兩種問題為啥會 “綁定” 在一起，也沒有特別有效的辦法同時解決。其實，我們的大腦里藏著無數精密的神經通路，就像復雜的電路網絡。最近有研究發現，大腦中一個叫 “腳間核” 的區域里，有種能分泌 “神經降壓素” 的特殊神經元，可能就是調控這對 “難兄難弟” 的關鍵 “開關”。

它到底是怎么讓疼痛和抑郁纏上彼此的？又能不能成為破解這個難題的新突破口？這篇研究就帶我們一起，揭開大腦里這個神秘機制的面紗。

來自徐州醫科大學的葛婷/曹君利/張紅星教授及其研究團隊做了一項專門研究，標題為《An NTS-expressing inhibitory circuit from interpeduncular nucleus to dorsal raphe nucleus controls pain and comorbid depression in male mice》，相關成果將發表在《Cell Reports》期刊上。該研究發現，腳間核（IPN）中表達神經降壓素（NTS）的 GABA 能神經元向背縫核（DRN）的抑制性通路，通過共釋放 GABA 和 NTS 調控雄性小鼠的疼痛與抑郁共病，其中 GABA 受體是介導這一效應的關鍵（NTS 受體無此作用）；CFA 或 CCI 誘導疼痛時該神經元活動增強，光遺傳學或化學遺傳學激活該神經元及通路會誘發疼痛和抑郁樣行為，而抑制則能緩解相關癥狀，為理解疼痛 - 抑郁共病的神經機制及開發新型治療策略提供了重要依據。

• IPNNTS神經元在CFA疼痛小鼠中激活

為探究 IPNNTS神經元在疼痛狀態下的活動情況，研究先構建了完全弗氏佐劑（CFA）誘導的炎癥疼痛模型。實驗 timeline 顯示，給雄性小鼠足底注射 15μL CFA 后，其 50% 足撤回閾值（50% PWTs）在 3 小時后便顯著下降，且該狀態持續約 7 天，表明小鼠處于持續性炎癥疼痛中。

為特異性標記 NTS 神經元，研究將神經降壓素 - cre（NTS - Cre）小鼠與 cre 依賴的 Ai9 tdTomato 報告小鼠雜交，成功獲得 NTS - Cre:Ai9 小鼠，在 IPN 區域觀察到 tdTomato（紅色）陽性神經元的表達。通過體外腦片膜片鉗記錄發現，對照組小鼠中 41.38%的 IPNNTS神經元具有自發放電特性，而 CFA 處理后，這一比例顯著升高至 54.29%，且放電頻率也明顯增加。

對于無自發放電活動的 IPNNTS神經元，CFA 處理組的靜息膜電位（RMP）顯著去極化，在接受 0 - 100 pA 的去極化電流注射時，放電活動也明顯增強。為進一步驗證，研究采用光纖光度法在體監測 IPNNTS神經元的鈣活動，結果顯示 CFA 小鼠IPNNTS神經元活性在Von Frey測試較注射前顯著增加。上述結果一致表明，CFA 誘導的炎癥疼痛會導致 IPNNTS神經元活動增強。

• IPNNTS神經元的光遺傳學操控雙向調節 naive 小鼠的疼痛和抑郁樣行為

為明確 IPNNTS神經元活動與疼痛、抑郁樣行為的因果關系，研究采用細胞類型特異性光遺傳學方法，向 NTS - Cre 小鼠的 IPN 區域注射 Cre 依賴的表達 ChR2、NpHR或 eYFP的 AAV 載體。體外電生理驗證顯示，473nm 藍光刺激可可靠誘導表達 ChR2 的 NTS 神經元產生動作電位，而 589nm 黃光刺激可使表達 NpHR 的神經元膜電位超極化并抑制其放電。

在行為學測試中，藍光激活 IPNNTS神經元時，表達 ChR2 的小鼠足撤回潛伏期（PWLs）和 50% PWTs 顯著下降，2 小時后恢復至刺激前水平；而黃光抑制 IPNNTS神經元時，表達 NpHR 的小鼠 PWLs 和 50% PWTs 顯著升高，同樣在 2 小時后恢復。對照組 eYFP 小鼠在光刺激下無行為變化。

在抑郁樣行為評估中，懸尾測試（TST）和強迫游泳測試（FST）結果顯示，激活 IPNNTS神經元使小鼠不動時間顯著增加，抑制該神經元則使不動時間顯著減少。此外，在曠場測試（OFT）和實時偏好測試（RTPP）中，激活或抑制 IPNNTS神經元未對小鼠的運動活性和位置偏好 / 厭惡產生影響，表明該神經元的操控對疼痛和抑郁樣行為的調節具有特異性。

• IPNNTS神經元抑制緩解 CFA 相關疼痛及共病抑郁癥狀

基于 IPNNTS神經元抑制的顯著行為效應，研究進一步探究其對 CFA 誘導的疼痛及共病抑郁的改善作用。對于單次足底注射 CFA 的小鼠，在注射后 1 天和 3 天進行光遺傳學抑制 IPNNTS神經元，結果顯示小鼠的 PWLs 和 50% PWTs 均顯著升高，而 eYFP 對照組無此效應，表明抑制該神經元對 CFA 誘導的炎癥疼痛具有強效鎮痛作用。

為構建慢性疼痛 - 抑郁共病模型，研究對小鼠進行每周 1 次、共 4 次的重復 CFA 注射。行為測試顯示，重復注射 CFA 的小鼠持續表現出疼痛樣行為（PWLs 和 50% PWTs 降低），同時在 TST 和 FST 中不動時間顯著增加，提示抑郁樣行為形成。對這類共病小鼠進行 IPNNTS神經元光遺傳學抑制，不僅使 PWLs 和 50% PWTs 顯著升高，還顯著減少了 TST 和 FST 中的不動時間。結合光遺傳學激活實驗的結果，充分證明 IPNNTS神經元在介導疼痛感覺及相關抑郁癥狀中發揮關鍵作用。

• 投射至 DRN 的 IPNNTS神經元共釋放 GABA 和 NTS

為明確 IPNNTS神經元的類型及神經遞質釋放情況，研究進行了多標記熒光原位雜交（FISH）。結果顯示，在 212 個 IPNNTS神經元中，211 個與囊泡 GABA 轉運體（vGAT）共標記，占比 99.53%，而與谷氨酸轉運體（vGlut2）共標記的僅占 0.47%，表明幾乎所有 IPNNTS神經元均為 GABA 能神經元。

為追蹤 IPNNTS神經元的下游投射，向 NTS - Cre 小鼠的 IPN 注射 Cre 依賴的突觸素 - DsRed 病毒，結果在背縫核（DRN）觀察到強烈的突觸素 - DsRed 標記，同時在背外側被蓋區（LDTg）、內側隔核（MS）和丘腦室旁核（PVT）等區域也有廣泛表達，其中 DRN 是介導疼痛和抑郁的關鍵核團。

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為解析 IPNNTS神經元與 DRN 的功能性突觸連接，在 IPNNTS神經元中表達 ChR2 - mCherry，并對 DRN 神經元進行全細胞膜片鉗記錄。在存在河豚毒素（TTX）、4 - 氨基吡啶（4 - AP）和離子型谷氨酸受體拮抗劑 NBQX 的條件下，光遺傳學激活 IPNNTS神經元終末可在 DRN 神經元中誘發抑制性突觸后電流（IPSCs）。單獨使用神經降壓素受體（NTR）拮抗劑 SR142948A 或 GABA 受體拮抗劑印防己毒素（PTX）僅能部分阻斷該 IPSCs，而兩者聯合使用可完全消除 IPSCs，提示 IPNNTS神經元激活可在 DRN 中共釋放 GABA 和 NTS。

為在體驗證這一結果，研究在 DRN 中表達基因編碼的 GABA 傳感器（iGABASnFR）或神經降壓素傳感器（NTS1.0），同時在 IPNNTS神經元中表達 ChrimsonR - mCherry 用于光遺傳學激活。結果顯示，激活 IPNNTS神經元后，iGABASnFR 和 NTS1.0 的熒光信號均顯著增強，直接證明 IPNNTS神經元在 DRN 中可共釋放 GABA 和 NTS，形成抑制性投射通路。

• IPNNTS- DRN 通路的光遺傳學操控雙向調節疼痛和抑郁樣行為

為評估 IPNNTS - DRN 抑制性投射的功能，研究采用逆行病毒策略，向 DRN 注射表達不同視蛋白的逆行病毒，并在 IPN 上方植入光纖進行光遺傳學操控。免疫熒光和體外腦片電生理驗證了病毒載體的有效表達和功能。

在 naive 小鼠中，光遺傳學激活 IPNNTS - DRN 通路顯著降低小鼠的 PWLs 和 50% PWTs，同時增加 TST 和 FST 中的不動時間；相反，抑制該通路則顯著升高 PWLs 和 50% PWTs，減少不動時間，表明該通路可雙向調節疼痛和抑郁樣行為。

對于單次 CFA 注射的小鼠，在注射后 1 天和 3 天抑制 IPNNTS - DRN 通路，均觀察到顯著的鎮痛效應（PWLs 和 50% PWTs 升高）。在重復 CFA 注射誘導的慢性疼痛 - 抑郁共病小鼠中，抑制該通路不僅能有效緩解疼痛樣行為，還能顯著改善抑郁樣行為（減少 TST 和 FST 不動時間）。這些結果與直接抑制 IPNNTS神經元的效應一致，表明 IPNNTS - DRN 通路是調節疼痛和抑郁共病的關鍵神經環路。

• GABA受體而非 NTR介導 IPN - DRN 通路在疼痛和抑郁共病中的作用

為明確 IPNNTS - DRN 通路中介導行為效應的關鍵神經遞質，研究結合化學遺傳學激活與藥理學拮抗方法。向 NTS - Cre 小鼠的 IPN 注射 Cre 依賴的 hM3D（Gq）病毒，體外電生理驗證顯示 10μM 氯氮平 N - 氧化物（CNO）灌注可顯著增加表達 hM3D 的 IPNNTS神經元的放電活動。腹腔注射 CNO 激活 IPNNTS神經元后，小鼠的 50% PWTs 和 PWLs 顯著降低，TST 和 FST 不動時間顯著增加，與光遺傳學激活結果一致。

為特異性靶向 IPNNTS - DRN 通路，向 IPN 注射 hM3D 病毒并在 DRN 上方植入套管用于局部藥物輸注。結果顯示，在 eYFP 對照組小鼠中，DRN 局部輸注 NTR 拮抗劑 SR142948A 顯著降低 PWLs 和 50% PWTs（疼痛促進效應），但對 TST 結果無影響；而輸注 GABA 受體拮抗劑 PTX 對疼痛樣行為無影響，卻顯著減少 TST 不動時間（抗抑郁效應）；聯合輸注兩種拮抗劑的效應與單獨輸注 PTX 一致。

在 hM3D 組小鼠中，CNO 誘導的疼痛樣行為和抑郁樣行為可被 DRN 局部輸注 PTX 完全阻斷，但 SR142948A 無此作用。此外，聯合輸注兩種拮抗劑可逆轉 CNO 誘導的抑郁樣行為，但對疼痛樣行為無影響。這些結果表明，IPNNTS神經元或 IPNNTS - DRN 通路操控引發的行為效應主要由 GABA 受體介導，而非 NTR 受體。

總結

該研究聚焦慢性疼痛與抑郁共病的神經機制，發現腳間核（IPN）中表達神經降壓素（NTS）的 GABA 能神經元向背縫核（DRN）的抑制性投射通路是調控這一病理過程的關鍵。研究通過完全弗氏佐劑（CFA）誘導的炎癥疼痛模型和慢性坐骨神經結扎（CCI）誘導的神經病理性疼痛模型，證實疼痛狀態下 IPNNTS神經元活動顯著增強，表現為自發放電比例升高、膜電位去極化及鈣信號增強。利用光遺傳學技術激活 IPNNTS神經元或其 DRN 投射，可在正常小鼠中誘導疼痛和抑郁樣行為；而抑制該神經元或通路，則能逆轉 CFA 和 CCI 模型小鼠的疼痛癥狀及共病抑郁樣行為，且不影響運動活性和位置偏好。進一步研究表明，IPNNTS神經元激活后可在 DRN 共釋放 GABA 和 NTS，但行為效應主要由 GABA 受體介導 ——DRN 局部輸注 GABA 受體拮抗劑能完全阻斷 IPNNTS通路激活誘導的疼痛和抑郁樣行為，而 NTS 受體拮抗劑僅誘發疼痛，對抑郁樣行為無影響。該研究首次揭示了 IPNNTS-DRN 抑制性通路通過 GABA 釋放調控疼痛 - 抑郁共病的神經機制，為理解這一臨床難題的病理基礎提供了新視角，也為開發靶向該通路的新型治療策略提供了實驗依據。

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116719

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