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慢性疼痛與廣泛的共病有關(guān)，包括睡眠障礙。流行病學(xué)和臨床證據(jù)表明，慢性睡眠中斷（CSD）會導(dǎo)致疼痛敏感性升高，稱為CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏。然而，其潛在的機(jī)制尚不清楚。
基于此，2023年10月25日美國馬薩諸塞州總醫(yī)院在Nature communications雜志發(fā)表了“The endocannabinoid N-arachidonoyl dopamine is critical for hyperalgesia induced by chronic sleep disruption”揭示了內(nèi)源性大麻素N-花生四烯酰多巴胺對慢性睡眠中斷引起的痛覺過敏至關(guān)重要。
丘腦網(wǎng)狀核（TRN）在感覺處理、注意/覺醒和睡眠紡錘體生成等方面具有獨(dú)特的整合功能。作者報道了TRN在CSD誘導(dǎo)的小鼠痛覺過敏中發(fā)揮了重要作用，通過其投射到丘腦的腹后區(qū)。代謝組學(xué)研究結(jié)果顯示，CSD后TRN中內(nèi)源性大麻素N-花生四酮基多巴胺水平降低。利用最近開發(fā)的具有時空分辨率的CB1受體活性傳感器，發(fā)現(xiàn)CSD后TRN中的CB1受體活性降低。此外，局部N-花生四烯酰多巴胺(NADA)給予TRN可減弱CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏。這些結(jié)果表明TRN NADA信號在CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏中至關(guān)重要。
圖一 CSD誘發(fā)痛覺過敏
作者推測TRN可能在CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏中發(fā)揮重要作用，因?yàn)樗诟杏X處理和痛覺、注意/覺醒和睡眠紡錘體生成發(fā)揮重要作用。首先采用了CSD模型，連續(xù)5天剝奪小鼠每天早上7點(diǎn)到下午1點(diǎn)的睡眠。使用無線腦電圖記錄驗(yàn)證了睡眠剝奪的程度。在CSD治療后，小鼠被允許在正常環(huán)境中睡眠，在此期間在下午1點(diǎn)到3點(diǎn)之間監(jiān)測無線腦電圖。結(jié)果顯示，這些小鼠的非REM睡眠時間顯著增加，可能是由于與睡眠穩(wěn)態(tài)相關(guān)的代償機(jī)制。CSD治療后非快速眼動睡眠的增加與之前的報告一致。盡管有這種補(bǔ)償，與對照組相比，CSD小鼠的總睡眠時間顯著減少。在CSD治療后下午1-2點(diǎn)進(jìn)行疼痛相關(guān)行為測試，小鼠的面部和后爪機(jī)械退縮閾值顯著降低，后爪熱退縮潛伏期顯著降低，這與CSD誘導(dǎo)的身體廣泛區(qū)域的痛覺過敏一致。在人類中，睡眠中斷會導(dǎo)致自我報告的較高的疼痛評分，以及對機(jī)械和熱刺激的疼痛敏感性增加。
圖二 TRN對CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏至關(guān)重要
為了研究TRN在這一現(xiàn)象中的潛在作用，作者使用病毒靶向策略來靶向TRN神經(jīng)元。TRN神經(jīng)元多為GABA能投射神經(jīng)元。作者運(yùn)用病毒注射抑制TRN神經(jīng)元，TRN的光纖光度成像結(jié)果表明，Gi沉積導(dǎo)致鈣活性降低，與TRN活性降低相一致。當(dāng)抑制TRN時，面部和后爪機(jī)械退縮閾值和后爪熱退縮潛伏期顯著降低，提示TRN抑制導(dǎo)致痛覺過敏。此外，作者還檢測了TRN神經(jīng)元的激活是否可以緩解CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏。先將病毒注射到TRN中。這些小鼠隨后接受了CSD治療。對TRN神經(jīng)元的化學(xué)遺傳學(xué)激活顯著增加了面部和后爪機(jī)械退縮閾值和后爪熱退縮潛伏期，表明TRN激活減弱了CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏。除了化學(xué)遺傳學(xué)方法外，作者還使用了光遺傳學(xué)方法來抑制和激活TRN。與使用化學(xué)遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)類似，光遺傳TRN抑制導(dǎo)致小鼠的痛覺過敏，而光遺傳TRN激活導(dǎo)致CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏的衰減。作者的結(jié)果表明TRN在CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏中重要的作用。
圖三 TRN-VP回路與CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏有關(guān)
作者接下來評估CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏中的TRN神經(jīng)元的活性變化，結(jié)果顯示，CSD后TRN神經(jīng)元活性顯著降低，進(jìn)一步支持了TRN參與CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏。從TRN到VP的投射會導(dǎo)致VP神經(jīng)元中核GFP的表達(dá)。作者的研究結(jié)果表明，當(dāng)這些神經(jīng)元被谷氨酸共染色時，幾乎所有的陽性神經(jīng)元是谷氨酸陽性。TRN富集表達(dá)PV的神經(jīng)元，而在小鼠丘腦中缺失。順行和逆行追蹤都證實(shí)了TRN投射到VP。CSD后VP區(qū)c-Fos表達(dá)增加，提示CSD中該腦區(qū)被激活。在CSD的小鼠中，TRN激活伴隨著VP神經(jīng)動力學(xué)的下降，證實(shí)了TRN對VP神經(jīng)活動的功能影響。TRN對VP神經(jīng)活動的功能影響也通過光遺傳TRN激活得到證實(shí)，從而減輕了CSD誘導(dǎo)的VP過度活動。
圖四 TRN到VP的投影對于CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏至關(guān)重要
在CSD小鼠中，接受TRN輸入的VP神經(jīng)元的化學(xué)抑制顯著增加了面部和后爪機(jī)械退出閾值和后爪熱退出潛伏期。這些結(jié)果表明，TRN到VP的投射對CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏具有重要的功能。這些神經(jīng)元的化學(xué)生成激活顯著增加了傷害性感受閾值，包括面部和后爪機(jī)械退縮閾值和后爪熱退縮潛伏期。因此，順行和逆行靶向?qū)嶒?yàn)都表明，TRN對VP的投射可能在CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏中發(fā)揮重要作用。除了清醒和靜息狀態(tài)下的VP神經(jīng)活動外，作者還測量了其在機(jī)械刺激下的活動，結(jié)果風(fēng)險VP的高反應(yīng)性被TRN的化學(xué)激活所抑制。
圖五 CSD后，TRN中內(nèi)源性大麻素N-花生四烯酰多巴胺水平下降
靶向代謝組學(xué)篩選評估CSD誘導(dǎo)的TRN的代謝組學(xué)變化。與對照組相比，CSD組TRN中N-花生四烯酰多巴胺水平降低。CSD組TRN中甘油-3-磷酸和還原性谷胱甘肽水平升高。在丘腦和初級軀體感覺皮層中，CSD組的腺苷單磷酸、腺嘌呤和肌苷水平升高，這與已知的包括嘌呤在內(nèi)的核苷酸在痛覺和疼痛中的作用一致。NADA是一種內(nèi)源性大麻素，可作為大麻素受體1和瞬時受體電位V1的激動劑。對CB1和TRPV1的免疫熒光染色顯示，TRPV1的表達(dá)可以忽略不計，而CB1受體在TRN中大量表達(dá)。CSD導(dǎo)致CB1受體活性顯著下降，TRN CB1受體活性的降低與CSD后NADA水平的降低相一致。
內(nèi)源性大麻素是涉及許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的多效性信號分子，包括帕金森病、阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化癥、癲癇等。作者的研究結(jié)果為內(nèi)源性大麻素NADA在CSD誘導(dǎo)的痛覺過敏中的作用，并為慢性睡眠障礙患者的疼痛感知提供了潛在的治療策略。
https://doi.org/10.1038/s41467-023-42283-6
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