疼痛和瘙痒由不同的前额叶神经元集群编码

疼痛和瘙痒是两种驱动不同行为反应的感觉。疼痛引起回避性反应，瘙痒引起搔抓行为。既往关于疼痛和瘙痒的研究，主要集中于外周和脊髓，两者的中枢编码机制有何差异尚不清楚。研究目的：探究疼痛和瘙痒两种不同的感觉，如何在前额叶进行编码？两者的编码机制有何异同？主要结果：（1）辣椒素(capsaicin,CAP)引起小鼠的疼痛反应，表现为舔足和缩足等反应。氯喹(chloroquine, CQ)是一种致痒剂，引起小鼠的搔抓行为。超微型显微镜钙成像技术显示，CAP 和CQ 均引起前边缘皮质 (prelimbic cortex, PL) 神经元的反应。但是，疼痛和瘙痒由各自独立的PL 神经元集群 (neural ensembles) 编码。对两种刺激均有反应的神经元比例很低。（2）研究者结合FosTRAP 系统以及Fos 染色技术，深入研究编码疼痛和瘙痒的不同神经元集群。将FosCreERT2(TRAP2) 小鼠与Cre 依赖的Ai9 小鼠杂交得到TRAP2::Ai9 小鼠。TRAP2::Ai9 小鼠第1次注射CAP 可以激活CAP-TRAPed 神经元。如果第2 次注射是CAP，CAP-TRAPed 神经元被重新激活比例高，表现为tdTomato+/Fos+双标细胞比例高。如果第2 次注射是CQ，CAP-TRAPed 神经元被重新激活比例很低，变现为tdTomato+/Fos+双标细胞比例很低。进一步证明疼痛和瘙痒信息在PL 脑区分离处理。（3）对FosTRAP 标记的CAP 和CQ 激活的PL 神经元进行脑片膜片钳记录，电生理数据表明PL 中与疼痛相关的神经元集群具有较高的内在兴奋性。（4）化学遗传学抑制PL 脑区CAP-TRAPed 神经元集群，增加CAP 诱发的舔脚行为。激活这群神经元有镇痛作用。操纵CAP-TRAPed 神经元集群，不影响CQ 诱发的瘙痒反应，也不影响运动。（5）化学遗传学抑制PL 脑区CQ-TRAPed 神经元集群，降低CQ 诱发的瘙痒反应。激活这群神经元增加CQ 诱发的瘙痒反应。操纵CQ-TRAPed 神经元集群，不影响CAP 诱发疼痛行为，也不影响运动。研究者也进一步对疼痛和瘙痒的负性情绪进行研究。结果表明，PL 中编码疼痛和瘙痒神经元集群互相独立，并且对疼痛和瘙痒信息的处理机制不同。（6）逆行示踪结果显示，CAP-TRAPed 神经元上游主要来自基底外侧杏仁核 (basolateral amygdala, BLA)，而CQ-TRAPed 上游主要来自初级躯体感觉皮质和丘脑前核。（7）顺行示踪结果显示，CAP-TRAPed 神经元下游特异性投射到丘脑带旁核(paratenial thalamic nucleus, PT)或背内侧丘脑(mediodorsal thalamus, MD)，CQ-TRAPed 神经元下游特异性投射到BLA。CAP-TRAPed 神经元和CQ-TRAPed 神经元均向下游投射到中脑导水管周围灰质及未定带。化学遗传学抑制PL-MD 环路，增加CAP 诱发的痛行为，但不影响CQ 作用。化学遗传学抑制PL-BLA 环路，抑制CQ 诱发的瘙痒行为，但不影响CAP 作用。结论：疼痛和瘙痒由不同的前额叶神经元集群编码，该研究为解析感觉信息的脑机制提供新思路。

（Pan Q, Guo SS, Chen M,et al.Representation and control of pain and itch by distinct prefrontal neural ensembles.Neuron,2023, 111(15):2414-2431.e7.北京大学神经科学研究所，刘一璇 译，刘风雨 校）