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Nat Neurosci | 麻醉镇痛机制:中央杏仁核 (CeA) 麻醉神经元集群

发布日期:2020-05-19  浏览次数:133

责编 | 兮

麻醉的主要作用是使病人丧失痛觉和意识,以便于临床手术的顺利实施。但是并非所有的手术都需要病人处于失去意识的状态,比如使用低剂量的氯胺酮 (ketamine, 临床常用麻醉剂之一),可以起到镇痛作用但是不会引起意识丧失,表明麻醉药物引起的痛觉丧失和意识丧失可能通过两条不同的通路机制。麻醉剂的镇痛机制被认为可能是通过阻断脊髓背角(the dorsal horn of the spinal cord) 的外周伤害性刺激的传输,但其实给予低剂量麻醉剂的病人在失去痛觉的同时仍能感知到外界的刺激,表明麻醉镇痛作用来自于更高等级中枢的调控 (supraspinal centers) 。但是麻醉镇痛的高级调控中枢目前仍然是未知的。

2020年5月18日,美国杜克大学医学院Fan Wang 教授课题组在Nature Neuroscience上在线发表了题为 “General anesthetics activate a potent central pain-suppression circuit in the amygdala” 的最新研究成果,首次发现全身麻醉药物 (general anesthesia, GA) 特异性激活中央杏仁核(central amygdala, CeA) 的一群特殊神经元 (CeAGA neurons), 并且该群CeAGA 神经元通过抑制其下游的多个疼痛信息处理脑区而起到有效的镇痛作用。

研究组通过c-fos染色发现Isoflurane或者Ketamine诱导的全身麻醉都能显著激活CeA的神经元 (CeAGA neurons,研究组前期发现的另一个脑区supraoptic nucleus (SON) 的麻醉激活神经元被认为主要参与麻醉的镇静作用,发表于Neuron “A Common Neuroendocrine Substrate for Diverse General Anesthetics and Sleep” ) 。进一步使用免疫组化和原位杂交的方法显示CeAGA neurons 都是抑制性GABA能神经元,并且部分表达pre-enkephalin (Penk1)或/和protein kinase C (PKC)-[delta] (Pkc-d),表明CeAGA neurons 集合了多种类型神经元。

研究组使用了前期研发的c-fos神经元病毒标记技术 (Capturing Activated Neuronal Ensembles (CANE),发表于 Neuron “Capturing and Manipulating Activated Neuronal Ensembles with CANE Delineates a Hypothalamic Social-Fear Circuit),结合转基因FosTVA 动物和CANE-lentivirus相关病毒可以特异性地标记并且调控CeAGA 神经元。通过该方法,研究者发现不同作用机理的麻醉剂Isoflurane/Ketamine/Dexmedetomidine都能激活同一群CeAGA 神经元,为了进一步验证该现象以及探索CeAGA 神经元在麻醉过程中的活性特征,研究组使用钙成像记录发现大部分CeAGA 神经元在Isoflurane或Ketamine麻醉过程中活性增加并且呈现两种发放模式:短暂性激活神经元 (Iso./Ket. -transient neurons) 和持续性激活神经元 (Iso./Ket. -sustained neurons) 。同时使用same cell tracking分析进一步验证不同的麻醉剂Isoflurane/ Ketamine激活同一群CeAGA 神经元。

为了探究CeAGA 神经元在麻醉中的作用,研究组使用光遗传学特异性调控CeAGA 神经元,发现激活CeAGA 神经元能够降低动物对急性伤害性刺激的痛觉反应(mechanical/cold/heat stimuli), 而抑制CeAGA 神经元则加剧动物的痛觉反应;同时在Formalin诱导的炎症痛模型中,激活CeAGA 神经元有效减少动物的疼痛处理行为(licking/wiping);激活CeAGA 神经元不仅在急性痛中具有镇痛作用,在慢性痛模型中,也具有改善慢性痛引起的痛觉过敏现象的治疗作用。值得注意的是,钙成像记录显示在正常情况下绝大部分的CeAGA 神经元的自发生理活性对急性伤害性刺激没有反应。同时,调控CeAGA 神经元的活性并不会引起恐惧或焦虑样行为,也不影响动物的交配或者睡眠状态,进一步表明CeAGA 神经元主要起到镇痛作用,并且该镇痛作用可能与内源性因素 (internal state) 有关而非外界刺激引起。那么CeAGA 神经元是如何起到镇痛作用的?研究组通过正向全脑示踪标记发现CeAGA 神经元广泛的投射到大部分参与疼痛处理的脑区。在Formalin炎症痛模型中,CeAGA 神经元投射的下游脑区的神经元被显著激活,而同时激活CeAGA 神经元则能够有效的抑制这些下游脑区的神经元活性从而起到镇痛作用。

为了进一步验证假设麻醉的镇痛作用独立于镇静作用,研究组发现使用低剂量的Ketamine(动物仍处于清醒状态)可以有效的减少动物由Capsaicin引起的疼痛反应,而抑制CeAGA 神经元则逆转了低剂量Ketamine的镇痛作用。同时,研究组结合使用钙成像记录和same cell tracking的分析方式,发现正常剂量以及低剂量的麻醉剂(Isoflurane 和Ketamine) 都能激活同一群CeAGA 神经元, 并且在低剂量麻醉过程中,更大比例的CeAGA 神经元呈持续性激活的状态 (Iso./Ket. -sustained neurons)。提示CeAGA 神经元主要参与麻醉剂的镇痛作用,而非镇静作用。

该研究指出内源性CeAGA 神经元镇痛系统可做为一个潜在的有效的减轻慢性疼痛的治疗靶点。

本文中,博士Thuy Hua 和 博士Bin Chen 为共同第一作者,教授Fan Wang 和 博士Thuy Hua 为共同通讯作者。


原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41593-020-0632-8

转自:《BioArt》



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