自发性疼痛降低腹侧海马CA1到前额叶边缘下皮层通路功能连接性并且调控大鼠慢性炎症痛的发展

导 读目前在动物包括大鼠上的研究，主要集中在诱发痛，如采用von Frey测定大鼠的机械痛敏、采用激光或者热刺激测定热痛敏等，而在病人上更多存在的是自发痛。本论文率先开展了自发痛的机制研究，这是论文的创新点。我们知道，实验室中依据诱发痛开发出来的药物和治疗方法，在临床上却往往无效。开展大鼠模型自发痛的研究，将有助于改变这一局面。另外，该研究论文发现，腹侧海马CA1-前边缘皮层通路功能降低，是慢性痛自发痛的重要中枢机制，提示我们在临床病人上进行经颅电刺激或者经颅磁刺激治疗时，兴奋腹侧海马、边缘下皮层或者腹侧海马CA1-前边缘皮层通路，能否有助于缓解慢性痛病人的自发痛，值得探讨。

疼痛是常见的一种临床症状，组织损伤早期的急性疼痛对个体的生存有重要的警示和保护意义，但持续存在的慢性疼痛包含自发性疼痛、温度和机械刺激导致的诱发痛敏、负性情绪和认知功能障碍等多种异常行为。流行病学调查显示，慢性疼痛的发病率高达19%，严重影响病人工作能力和生活质量。自发性疼痛是慢性疼痛病人最重要的主诉，临床上主要通过“视觉模拟评分法(VAS)”进行评估。然而，由于我们难以和动物直接交流，使得动物模型上的疼痛机制研究多针对诱发性疼痛，而非临床意义更大的自发性疼痛。这也是诸多在动物模型上效果显著的新型镇痛药屡屡在临床试验中失败的重要原因之一。脑功能成像研究初步提示，经典的“痛矩阵”脑区主要与诱发性疼痛相关，而自发性疼痛更多伴随着边缘系统脑区的功能变化，提示两者的机制可能有所不同。总体而言，自发性疼痛的高级中枢机制尚不清楚。

1.2.2 合理用药以及管理质量调查 在2018年1—3月复查，其中完成2次调查对象174例。复查调查过去6个月的用药依从性情况，糖尿病二级管理质量指标。

该项研究通过长时程监测慢性炎症痛大鼠的行为和电生理变化，发现腹侧海马CA-边缘下皮层通路(vCA1-IL)与自发性疼痛高度相关，通过化学遗传，光遗传以及BDNF过表达的方式上调vCA1-IL通路功能，能够显著减轻自发性疼痛，缓解诱发性疼痛及焦虑样行为，促进疼痛的全面恢复。这一发现为慢性疼痛的治疗方案的探索提供了全新思路，了解该通路在自发性疼痛与疼痛慢性化过程中的作用将有利于人们进一步理解和完善慢性疼痛的中枢机制。

研究人员通过向大鼠足底注射完全弗氏佐剂(CFA)，建立了慢性炎症痛的动物模型，并检测了该模型中各种疼痛行为的时间分布。在自发性疼痛维度上，从造模后的第1天到第9天，CFA诱导的炎症会诱发出明显的自发性抬足、缩足和舔足的行为，但该行为在第12天后消失；另一项检测自发性疼痛的条件性位置偏爱(CPP)实验结果也显示，在造模后3至6天内进行条件化训练，测试当天，大鼠在吗啡配对箱中所处时间更长，而在注射CFA后9至12天内训练则无偏好性，进一步证实了自发性疼痛的存在时间。在诱发性疼痛维度上，注射CFA后引起的热痛敏和机械痛敏的持续时间更长，可达20天左右。在负性情绪维度上，CFA大鼠在造模后期（14天），出现了显著的焦虑样行为，表现为旷场中心区和高架十字迷宫开放臂的停留时间和进入次数的减少，而在造模早期（7天）并未表现出焦虑样行为。因此，CFA诱发的炎症性疼痛具有多维度的行为学表现，并且不同的行为学表现具有独特的时间特征。

基于转移系数和换流站—支路灵敏度系数将故障后支路潮流表示为故障前相关参数的线性关系，实现了故障前、故障后、换流站快速调节三个过程的统一。通过对上述模型的求解，保证了故障前的最优运行状态是充分考虑了VSC换流站调节能力的最优解，其计算结果与PSCOPF相比具有更好的经济性。

不同于其他维度的疼痛行为，自发性疼痛与vCA1-IL通路的电生理变化在时间上存在平行关系，这也提示持续的自发性疼痛可能是vCA1-IL通路功能障碍的基础。为了验证这一猜想，研究人员通过灌胃的方式给予造模后3天的大鼠布洛芬（一种常用的非甾体类镇痛药），发现可以在减轻炎症大鼠自发性疼痛的同时，逆转vCA1-IL通路的电生理变化，而在对照组的正常大鼠中则不会引起相关改变。行为学与电生理的相关性分析结果也显示，当CFA大鼠表现出明显的抬足、缩足和舔足的行为时，vCA1-IL连接性变化更为强烈。这些发现表明，自发性疼痛破坏了炎症痛大鼠中vCA1-IL通路的功能连接性。

随后研究者人员采用了在体多通道技术进行长时程的电生理指标检测，观察了vCA1-IL通路在CFA诱导的炎性疼痛的发生、维持和恢复过程中的动力学变化。该实验共记录了1 269个位于IL脑区V层的放电单位。根据放电波形和特性，统计出1 141个假定锥体神经元。在静息状态下，CFA造模后的3至9天内，作者观察到IL脑区的锥体神经元基础放电率和局部场电位gamma频段功率谱密度显著降低。此外，广义偏定向相干性(gPDC)分析结果显示，在CFA造模后6至12天内，vCA1至IL方向的信息流向减少。最后，相位-振幅耦合(PAC)分析显示，在CFA造模后6至9天内，IL的gamma频段振幅受到vCA1的theta频段相位调制程度减弱。接下来，作者进一步研究了IL的锥体神经元对激光刺激的伤害性反应性，根据刺激前后放电率的改变，可以分为兴奋性反应、抑制性反应和中性反应。研究者观察到在CFA造模后的1至6天内，兴奋性反应的神经元比例显著增加，未检测到抑制性反应神经元比例及对照组大鼠的反应性类别比例的变化，同时，神经元反应性的强度在未出现显著改变。当受到伤害性刺激时，部分IL神经元在海马theta振荡的特定相位优先被激活，称之为放电锁相，说明海马对IL的诱发性神经元活动产生了调控作用。但这种调控作用在CFA造模后3至9天内显著弱化，体现为激光刺激下受到海马theta频段锁相的IL神经元比例明显降低。值得注意的是，尽管诱发性痛敏现象持续存在（造模后30天），但在CFA造模9天之后，IL和vCA1-IL通路的电生理特征并未出现异常。

脑源性神经营养因子(BDNF)是皮质边缘系统神经可塑性的关键分子。研究人员采用ELISA的方法检测到，在CFA造模后的第3天，vCA1和IL的BDNF水平均显著下降，到第9天恢复正常。随后研究人员采用了一种通路特异性的方法进行BDNF的过量表达：向IL中注入了一种逆转录病毒(retroAAV2-Cre-GFP)，该病毒会从投射到IL的轴突终末逆向回到vCA1中的神经元胞体中，并与注射到vCA1中的Cre依赖性的DIO-BDNF-mCherry病毒协同表达BDNF。这种病毒组合策略能够提高IL和vCA1的BDNF表达含量，缓解vCA1-IL通路的电生理障碍（包括IL的神经元放电率，gamma频段功率谱密度，vCA1至IL的信息流以及幅值相位耦合系数）。在行为学层面，过表达BDNF减轻了自发痛、热痛敏、机械痛敏和焦虑样行为，加速了炎症性疼痛的恢复。以上结果证实，BDNF的不足是造成慢性炎症痛模型中vCA1-IL通路功能连接障碍的分子基础之一。

为了进一步验证通路变化与疼痛行为之间的相关性，研究者采用遗传学调控的方法对该通路进行干预。首先，作者将表达hM3Dq（一种被能够被氧代氯氮平，即CNO，选择性激活的人工受体）的腺相关病毒转染到vCA1的锥体神经元中。经过8周的病毒表达，在下游脑区IL中给予CNO能够显著激活vCA1的轴突末梢，提高IL锥体神经元的平均放电率，并且该激活效果能够持续8个小时以上。接下来，作者采用该方法挽救vCA1-IL通路的功能，进而观察对疼痛行为的影响。给予CNO后能够显著缓解CFA组大鼠的自发抬足时间，并且，在造模后3至6天内采用CNO给药的方式进行条件化训练，能够诱导出对CNO匹配箱的强烈偏好，这些结果都证实激活vCA1-IL通路缓解了自发性疼痛。采用光遗传学的激活干预也得到了类似的结果。相比于自发痛，激活vCA1-IL通路减轻热痛觉过敏具有时效性，仅在自发痛和vCA1-IL功能障碍同时存在的情况下（造模后3至9天内），而在自发痛消失后的时间点则无明显的干预效果（造模9天之后）。这些数据证明了vCA1-IL功能障碍与自发性疼痛之间的因果关系，也提示了自发性和诱发性疼痛行为之间存在着显著的相互影响。基于以上的结果，长期激活vCA1-IL有可能会加速炎症性疼痛的全面恢复。为了验证这一假设，研究者在CFA造模后3至6天的期间，以每天1次连续4天的方式将CNO注射到IL中，对通路的功能进行长期挽救。正如作者所预期的，这种策略显著地加速了热痛敏和机械痛敏的缓解，减轻了由疼痛所导致的焦虑样行为，从而实现了疼痛行为的全面恢复。

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该研究首次在慢性疼痛的动物模型中提出自发性疼痛的中枢神经机制。以往研究认为海马与前额叶皮层活动与认知功能下降是临床发生慢性疼痛的重要危险因素，此项研究揭示了这一临床

现象的生物学机制，在动物模型中证实了腹侧海马CA1到前额叶边缘下皮层通路的功能连接性障碍是自发性疼痛的中枢机制，并且提高该通路的连接性能够减轻自发性疼痛的同时，加速诱发性疼痛及焦虑样情绪的缓解，从而避免疼痛向慢性化发展。这项工作明确了与自发性疼痛特异性相关的神经通路，并为慢性疼痛的基础研究与临床治疗开辟了新思路。