很多人都有這樣的感受：如果連續(xù)幾晚沒睡好覺，身體就會出現(xiàn)持久的慢性疼痛。
雖然科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了睡眠不足與患慢性疼痛的風(fēng)險增加有關(guān)，但是睡眠如何促成疼痛的慢性化，目前仍不清楚。
近日，由哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的楊光領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊，在著名期刊《自然·神經(jīng)科學(xué)》上發(fā)表一項(xiàng)重要研究成果[1]，首次闡明了睡眠參與慢性疼痛形成與維持的神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ)。哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的周航博士是第一作者。
具體來說，在非快速眼動（NREM）睡眠期間，臂旁核（PB）-基底前核（aNB）-S1通路會激活，這一通路對慢性疼痛的產(chǎn)生和維持至關(guān)重要。如果在睡眠階段抑制這一途徑，可以糾正神經(jīng)元過度激活并減輕疼痛。不難看出，這一發(fā)現(xiàn)為治療慢性疼痛提供了新的思路。
文章封面
慢性疼痛往往與睡眠障礙同時存在，嚴(yán)重影響患者的日常生活[2-3]。一方面，慢性疼痛患者常出現(xiàn)睡眠時間不足、睡眠質(zhì)量差、失眠等睡眠障礙[4-5]；另一方面，睡眠障礙往往會增加個體出現(xiàn)自發(fā)性疼痛癥狀的風(fēng)險[6-7]。
既往研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)性疼痛的發(fā)展與興奮性神經(jīng)元的活性、興奮性和突觸重塑，以及大腦初級軀體感覺皮層（S1）局部抑制回路抑制的解除等有關(guān)[8-9]。小鼠實(shí)驗(yàn)也已經(jīng)證明，軀體感覺皮層持續(xù)參與慢性疼痛發(fā)展過程[10]。
考慮到睡眠在皮層可塑性和功能方面的重要作用，楊光團(tuán)隊推測，睡眠在很大程度上會促進(jìn)神經(jīng)通路的改變，進(jìn)而使神經(jīng)性疼痛持續(xù)存在。
為了研究睡眠在軀體感覺回路疼痛相關(guān)變化中的作用，楊光團(tuán)隊在慢性疼痛的保留性神經(jīng)損傷模型（SNI）中，檢測了S1神經(jīng)元在睡眠-覺醒狀態(tài)下的活動。
結(jié)合經(jīng)顱雙光子顯微鏡和GCaMP6s基因編碼鈣離子指示劑，他們在SNI模型小鼠接受手術(shù)前后，對S1后肢區(qū)表達(dá)GCaMPs的椎體神經(jīng)元（PNs）進(jìn)行成像。與此同時，為了直接將神經(jīng)元活動與動物的大腦狀態(tài)聯(lián)系起來，他們還同時記錄了腦電圖（EEG）和肌電圖（EMG）信號。
S1中SNI和體內(nèi)雙光子Ca2+成像與腦電圖/肌電圖記錄結(jié)合示意圖
實(shí)際上，之前的研究已經(jīng)證明，SNI模型小鼠S1中興奮性神經(jīng)元的自發(fā)性鈣活動增強(qiáng)，并進(jìn)一步參與慢性疼痛的形成。
在本研究中，楊光團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，與術(shù)前相比，SNI后的3-21天，在清醒和NREM睡眠期間，S1的L2/3層椎體神經(jīng)元胞體中Ca2+活性均逐漸增加，且這種椎體神經(jīng)元的過度激活在NREM期間更為明顯。也就是說，NREM睡眠期間自發(fā)性鈣活動的增強(qiáng)，在慢性疼痛的形成過程中發(fā)揮的作用可能更大。
在神經(jīng)痛急性期（SNI后3天），分別有15%和6%的椎體神經(jīng)元在NREM和清醒狀態(tài)下表現(xiàn)出自發(fā)性鈣活動增加；而在神經(jīng)痛慢性期（SNI后14天），這一比例分別為66%和27%。
不難看出，在神經(jīng)性疼痛急性期進(jìn)展到慢性疼痛的過程中，NREM睡眠期間S1中椎體神經(jīng)元的自發(fā)性鈣活動顯著增強(qiáng)。
此外，他們還發(fā)現(xiàn)在NREM睡眠期間，表達(dá)
血管活性腸肽（VIP）的中間神經(jīng)元激活，對SNI后從急性疼痛過渡到慢性疼痛起重要作用。如果抑制VIP中間神經(jīng)元的激活，可以防止S1過度激活，進(jìn)而提高痛覺閾值。
在NREM睡眠期間沉默VIP中間神經(jīng)元可以防止S1過度激活并提高痛覺閾值
接下來，楊光團(tuán)隊探索了NREM睡眠中VIP中間神經(jīng)元活動增加的機(jī)制。
考慮到皮層VIP中間神經(jīng)元表達(dá)膽堿能受體且可被乙酰膽堿（ACh）激活，且基底前腦的基底前核（aNB）的膽堿能神經(jīng)元投射到皮質(zhì)。楊光團(tuán)隊進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)，S1中約16%的VIP中間神經(jīng)元接受來自于aNB的單突觸膽堿能輸入，且aNB膽堿能輸入在NREM睡眠中對VIP中間神經(jīng)元的激活起重要作用。
此外，如果在睡眠期間抑制aNB→S1投射，可以防止SNI誘導(dǎo)的S1過度激活，這些接受干預(yù)的小鼠SNI后未出現(xiàn)慢性疼痛。
還有研究顯示，神經(jīng)性疼痛的發(fā)展伴隨著S1椎體神經(jīng)元突觸后樹突棘的結(jié)構(gòu)重塑。楊光團(tuán)隊也發(fā)現(xiàn)，SNI小鼠S1區(qū)域椎體神經(jīng)元突觸后樹突棘的消失速率和形成速率均增加，而在NREM睡眠期間抑制aNB→S1投射，可以防止S1中椎體神經(jīng)元的過度激活和突觸重塑，扭轉(zhuǎn)小鼠慢性疼痛的發(fā)展。
SNI后在NREM睡眠期間抑制aNB→S1投射可以防止S1中椎體神經(jīng)元的過度激活和突觸重塑
基底前腦由來自臂旁核（PB）的輸入神經(jīng)支配，前期研究已經(jīng)證明，PB-基底前腦連接參與睡眠調(diào)節(jié)。
楊光團(tuán)隊通過共聚焦成像等方法，證明了aNB直接接受來自于PB的輸入，且aNB中的突觸后神經(jīng)元進(jìn)一步投射到S1，驗(yàn)證了PB→aNB→S1之間的直接聯(lián)系。他們在SNI小鼠中也證明，NREM睡眠期間抑制PB→aNB投射神經(jīng)元，可以抑制手術(shù)后aNB→S1投射的激活。
進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，NREM睡眠期間小鼠背根神經(jīng)節(jié)（DRG）神經(jīng)元活性增加，抑制該神經(jīng)元活性后PB區(qū)域神經(jīng)元活性降低，證明PB區(qū)域神經(jīng)元活性增強(qiáng)是由神經(jīng)損傷后初級感覺神經(jīng)元自發(fā)放電增加引起的。
機(jī)制示意圖
最后，研究團(tuán)隊在SNI小鼠睡眠期間抑制了S1 VIP中間神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)在這一階段抑制VIP中間神經(jīng)元可以消除SNI誘導(dǎo)的椎體神經(jīng)元過度激活，表明在睡眠中抑制S1可以逆轉(zhuǎn)慢性疼痛的發(fā)生發(fā)展。
總的來說，本研究揭示了NREM睡眠期間PB→aNB→S1通路的過度激活對慢性疼痛發(fā)展和維持的重要意義，證明了在NREM睡眠期間進(jìn)行神經(jīng)元抑制在緩解持續(xù)性疼痛方面效果最佳，為開發(fā)新的慢性疼痛治療方法提供了思路。
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