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审阅︱褚玉霞
点评︱张玉秋（复旦大学脑科学研究院），关云（约翰霍普金斯大学）
责编︱王思珍
慢性疼痛常合并焦虑等情绪障碍，加剧疼痛，使临床干预更加复杂[1, 2]。外侧缰核（Lateral
habenular，LHb）被认为在调控疼痛感知以及焦虑、抑郁等负性情绪方面起着关键作用[3]。既往研究普遍认为，LHb的功能主要由其谷氨酸（Glutamate，Glu）能神经元主导[3]。作者课题组前期一系列工作也表明，LHb的Glu能神经元过度活跃介导三叉神经损伤导致的慢性痛及伴发焦虑的发生[4]。近期研究识别出LHb中一群关键的GABA能抑制性神经元。虽然数量较少，这些神经元对多种行为（包括攻击、动机和逃避反应）具有重要影响[5-7]。关于这些GABA能神经元的投射模式，目前仍存在争议：一些研究认为它们主要形成局部连接[5]，另一些则提出它们投射到远处脑区[6]。那么LHb GABA能神经元是否可抑制核团内部Glu能神经元的过度活跃，从而抑制疼痛伴发焦虑的发生，且其是否同时存在核团外的投射参与该调控，是非常值得研究的问题。2024年11月20日，复旦大学褚玉霞/王彦青团队在PNAS上发表了题为"Differential modulation of pain and associated anxiety by GABAergic
neuronal circuits"的研究论文。该研究揭示了LHb GABA能神经元可通过不同的神经环路分别调控慢性痛及伴发的焦虑，且植物激素β-谷甾醇可通过雌激素受体α（ESRα）激活这类神经元从而缓解疼痛及伴发的焦虑，为开发天然、安全的镇痛抗焦虑药物疗法提供了新靶标和新思路。（拓展阅读：王彦青课题组往期研究成果，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：J Neuroinflammation｜复旦汪军/王彦青团队揭示小胶质细胞AhR受体调控吞噬作用改善脱髓鞘损伤中的机制）作者采用眶下神经损伤诱发慢性痛伴发焦虑的小鼠模型（pT-ION），首先明确共病状态下LHb GABA能神经元的功能状态。使用VGAT-tdTOM的转基因小鼠，在离体脑片上记录tdTOM标记的LHb GABA能神经元。电压钳结果表明， pT-ION小鼠LHb GABA能神经元的自发性兴奋性突触后电流（sEPSC）的幅度显著下降。电流钳结果表明，注入电流引起的LHb GABA能神经元动作电位数量显著下降。行为学研究发现，光遗传学手段激活LHb GABA能神经元，可显著缓解pT-ION小鼠的V2区和V3区的机械触诱发痛，以及V3区的冷痛敏，且可显著改善pT-ION引发的焦虑样行为，撤光后此调控作用消失（图1）。这些结果表明，LHb的GABA能神经元功能减弱介导慢性痛伴发焦虑的发生。图1 光遗传激活LHb GABA能神经元显著改善pT-ION小鼠疼痛样和焦虑样行为（图源：Teng Chen et al., PNAS. 2024）作者在GAD2-Cre小鼠LHb注射AAV-DIO-mCherry病毒进行顺行示踪，在后侧丘脑室旁核（posterior paraventricular
thalamus，pPVT）中检测到了红色信号。在GAD2-Cre小鼠的LHb注射AAV-DIO-ChR2-mCherry病毒。蓝光激活后，在离体脑片的pPVT神经元上可以记录到抑制性突触后电流（optically-evoked inhibitory
postsynaptic current，oIPSC），但没有记录到（optically-evoked excitatory
postsynaptic current，oEPSC）。基于以上结果，作者认为LHb GABA能神经元与pPVT神经元形成抑制性的神经投射。在pT-ION小鼠的LHb GABA能神经元上表达化学遗传激活的元件hM3Dq，在pPVT处局部给予CNO，特异性激活LHbGABA投射至pPVT的神经元末梢后，机械痛敏及冷痛敏都得到了显著改善，而对于焦虑样行为，无论是OFT实验还是EPM实验均没有观察到明显的变化（图2）。由此可知，LHbGABA→pPVT环路仅参与慢性痛的调控，而不影响焦虑样行为。图2 激活LHbGABA→pPVT投射可缓解pT-ION小鼠疼痛样行为，而不影响焦虑样行为（图源：Teng Chen et al., PNAS. 2024）继而研究团队验证焦虑样行为是否由局部环路LHbGABA→LHbGlu来调控。首先采用光遗传学手段激活LHb 谷氨酸能神经元后，Sham小鼠的V2区、V3区出现典型的机械痛敏以及V3区的冷痛敏。且小鼠在OFT实验探索中央区的时间和路程显著减少，在EPM实验中探索开放臂的时间和路程显著减少，提示有典型的焦虑样行为。这提示LHb谷氨酸能神经元参与调控疼痛样行为及焦虑样行为。作者在GAD2-Cre小鼠的LHb GABA能神经元上利用AAV-DIO-ChR2-mCherry病毒表达了光遗传活化元件ChR2。在蓝光的作用下， LHb的非荧光标记的谷氨酸能神经元上可以记录到由LHb GABA能神经元诱发的oIPSC，但没有记录到oEPSC（图3）。这表明LHb内存在LHbGABA→LHbGlu的抑制性微环路，而这应该是疼痛样行为和焦虑样行为均得到缓解的机制。图3 光遗传激活LHb Glu能神经元诱发出sham小鼠疼痛样和焦虑样行为，且存在LHbGABA→LHbGlu的抑制性微环路。（图源：Teng Chen et al., PNAS. 2024）既往研究及生信分析结果显示，LHb GABA能神经元高度表达ESRα，而植物激素β-谷甾醇是ESRα的激动剂。作者在VGAT-tdTOM小鼠脑片上给予β-谷甾醇，可使LHb GABA能神经元的放电活动明显增加，当洗脱β-谷甾醇后，这种活化作用消失。而当联用ESRα拮抗剂AZD9496, β-谷甾醇的活化作用被阻断。LHb直接给予β-谷甾醇可以显著缓解pT-ION小鼠的机械痛敏及冷痛敏。在OFT实验及EPM实验中也表明，β-谷甾醇可显著缓解焦虑样行为（图4）。以上结果表明，β-谷甾醇通过作用于LHb GABA能神经元上的ESRα受体，增加GABA能神经元的可兴奋性，从而发挥镇痛抗焦虑作用。图4 β-谷甾醇作用于ESRα激活LHb GABA能神经元缓解pT-ION小鼠疼痛样及焦虑样行为（图源：Teng Chen et al., PNAS. 2024）（图源：Teng Chen et al., PNAS. 2024）该研究利用行为学、电生理、光遗传学及化学遗传学等多种干预手段和研究方法，阐明了LHb中的GABA能神经元通过特定的核团外及核团内投射，分别调控慢性疼痛及伴发焦虑的神经环路机制。且植物激素β-谷甾醇可作用于ESRα激活这类神经元，产生镇痛和抗焦虑的作用（图5）。该发现加深了对疼痛伴发焦虑的神经机制的理解，为共病状态的靶向治疗提供了重要理论依据和参考。需要注意的是，同一核团内部，仅激活GABA能神经元末梢而不激活胞体，这也是神经科学研究中的常见方法学难题。研究团队巧妙地采用了间接的方法来实现这一目的，期待未来技术的进步能够克服这一限制。此外，未来的研究中可进一步阐明LHb 中参与慢性痛及伴发焦虑调控的GABA能神经元的具体亚型。植物激素β-谷甾醇的显著镇痛及抗焦虑效果，如能实现从啮齿类到人类的临床转化，将对疼痛焦虑共病的临床治疗突破具有重大意义。
慢性疼痛常伴发焦虑等情绪障碍，不仅使患者更加痛苦，也增加了治疗的难度，明确其机制具有重要的科学意义与临床价值。复旦大学褚玉霞/王彦青研究团队发现，外侧缰核（LHb）GABA能神经元的活动减弱直接导致了疼痛及伴发焦虑的发生。该团队利用光遗传学和化学遗传学工具，发现LHb中GABA能神经元对慢性疼痛及伴发焦虑的调控是通过不同的神经环路来实现的。LHbGABA→pPVTGlu环路仅调控疼痛样行为，对焦虑样行为无显著影响；而LHbGABA→LHbGlu环路可同时调控疼痛样和焦虑样行为。该研究的另外一大亮点在于植物甾醇β-谷甾醇的应用。该化合物通过作用于雌激素受体α对LHb中的GABA能神经元产生激活作用，不仅对疼痛有显著的缓解效果，同时也有效降低了焦虑。既往关于LHb的研究多集中于谷氨酸能神经元，而此项工作展示了GABA能神经元的重要性，拓展了对LHb在伤害感受和负性情绪中作用的理解。该研究为靶向治疗慢性痛伴发焦虑、开发更为安全的药物和疗法提供了科学依据。关云（约翰霍普金斯大学医学院麻醉与重症医学、神经外科学教授，神经调控疼痛研究中心主任）持续性疼痛经常引发焦虑症，但由于机制不明，慢性痛伴发焦虑在临床治疗中仍然是一个未解难题。中国上海复旦大学的褚玉霞和王彦青教授作为共同通讯作者，最新在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表的研究揭示了缰核外侧部（LHb）中GABA能神经元对慢性疼痛及伴发焦虑的重要调控机制。通过现代光遗传学和化学遗传学手段，研究团队在模拟三叉神经痛的小鼠模型上发现LHb到后室旁核（pPVT）的通路主要调节疼痛，而LHb内部GABA能神经元与谷氨酸能神经元之间的微环路则同时影响疼痛和焦虑。这一发现为理解这些共病状态在治疗反应上的差异提供了重要神经生理学依据和治疗线索。在动物模型上，激活LHb中的GABA能神经元显著缓解了与疼痛和焦虑相关的行为，这一现象展示了这些神经元作为治疗靶点在疼痛和伴发负性情绪调控中的潜力。研究还表明，植物甾醇β-谷甾醇可以通过与雌激素受体α（ESRα）相互作用激活LHb的GABA能神经元，产生对疼痛和焦虑的双重治疗效果。这一最新研究不仅为开发新型药物提供了靶点，也为激素调节与神经活动之间的联系提供了新的视角。由于LHb中GABA能神经元活动减少在疼痛和焦虑交集中起关键作用，激活这些神经元可成为缓解疼痛且减少焦虑副作用的有效策略。同时β-谷甾醇作为天然治疗手段的探索也为理解疼痛和焦虑的性别差异提供了新方向。这些发现为未来开发靶向特定神经回路的创新疗法提供了坚实理论基础，具有重要的临床应用潜力。原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2409443121复旦大学基础医学院褚玉霞副教授和王彦青教授为共同通讯作者，陈藤为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委、上海市高水平地方高校创新团队等项目的支持。转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。
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1.Dou, L., et al., The prevalence of dental anxiety and its association with pain and other variables among adult patients with irreversible pulpitis. BMC Oral Health, 2018. 18(1): p. 101.2.Lucchetti, G., et al., Anxiety and fear-avoidance in musculoskeletal pain. Curr Pain Headache Rep, 2012. 16(5): p. 399-406.3.Yang, Y., et al., Ketamine blocks bursting in the lateral habenula to rapidly relieve depression. Nature, 2018. 554(7692): p. 317-322.4.Cui, W.Q., et al., Tacr3 in the lateral habenula differentially regulates orofacial allodynia and anxiety-like behaviors in a mouse model of trigeminal neuralgia.Acta Neuropathol Commun, 2020. 8(1): p. 44.5.Flanigan, M.E., et al., Orexin signaling in GABAergic lateral habenula neurons modulates aggressive behavior in male mice. Nat Neurosci, 2020. 23(5): p. 638-650.6.Zhang, L., et al., A GABAergic cell type in the lateral habenula links hypothalamic homeostatic and midbrain motivation circuits with sex steroid signaling.Transl Psychiatry, 2018. 8(1): p. 50.7.Zhang, L., et al., Thirst Is Associated with Suppression of Habenula Output and Active Stress Coping: Is there a Role for a Non-canonical Vasopressin-Glutamate Pathway? Front Neural Circuits, 2016. 10: p. 13.
