隨著現(xiàn)階段生活壓力的增大，睡眠不足是逐漸成為了一個(gè)廣泛的公眾健康問(wèn)題。睡眠不足對(duì)人類健康的影響是多方面的，包括加重炎癥反應(yīng)，降低記憶力，影響免疫系統(tǒng)功能等1。而睡眠與疼痛的關(guān)系是雙向的，即疼痛會(huì)加重睡眠不足，而至少50%的失眠癥患者又會(huì)感到不同程度的疼痛癥狀2。近日，中科大晉艷團(tuán)隊(duì)，張智團(tuán)隊(duì)等合作于Current Biology上發(fā)表文章，題目為“A noradrenergic pathway for the induction of pain by sleep loss”，利用電生理記錄，神經(jīng)元示蹤技術(shù)，雙光子鈣成像等，揭示了一條介導(dǎo)睡眠不足引發(fā)疼痛的環(huán)路機(jī)制。

圖1 主動(dòng)睡眠剝奪（ASD）導(dǎo)致熱痛，機(jī)械痛敏感性增強(qiáng)，炎性痛恢復(fù)減慢

在之前的多數(shù)睡眠剝奪相關(guān)工作中，常見(jiàn)的睡眠剝奪方法往往會(huì)不同程度上導(dǎo)致應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生，為了防止應(yīng)激反應(yīng)對(duì)疼痛的影響，本文作者采用了主動(dòng)睡眠剝奪（active sleep deprivation, ASD）的方法，即通過(guò)不斷為小鼠提供新物體使其維持清醒狀態(tài)（我們討論認(rèn)為，晚上睡覺(jué)前熬夜玩手機(jī)有點(diǎn)類似于這種睡眠剝奪方法）。之后利用不同的疼痛造模方法方法：von Frey實(shí)驗(yàn)（機(jī)械痛），Hargreaves實(shí)驗(yàn)（熱痛）及完全弗氏佐劑注射（CFA，炎性痛），發(fā)現(xiàn)ASD導(dǎo)致機(jī)械痛和熱痛更敏感，炎性痛更難恢復(fù)。

圖2 S1HL腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元在ASD后更興奮

S1HL腦區(qū)在疼痛表征中具有重要的作用，同時(shí)之前在人身上進(jìn)行的研究表明，睡眠剝奪也會(huì)導(dǎo)致該腦區(qū)疼痛相關(guān)活動(dòng)的增強(qiáng)。因此作者利用opto-tag的方式鑒定了該腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元，并通過(guò)電極記錄，光纖記錄和雙光子鈣成像的方式對(duì)該腦區(qū)神經(jīng)元的活性進(jìn)行了記錄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ASD確實(shí)能導(dǎo)致S1HL腦區(qū)的興奮性增加。同時(shí)，利用化學(xué)遺傳的方式抑制該腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元也會(huì)導(dǎo)致痛敏感程度的下降。

圖3 LCNA→S1HLGlu的神經(jīng)環(huán)路

為了探究睡眠剝奪導(dǎo)致痛敏感的環(huán)路機(jī)制，作者利用神經(jīng)元示蹤的技術(shù)鑒定出了LC腦區(qū)去甲腎上腺素能神經(jīng)元對(duì)S1HL腦區(qū)谷氨酸能神經(jīng)元的單突觸投射。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，利用光遺傳激活LCNA神經(jīng)元會(huì)增加S1HLGlu神經(jīng)元的興奮性，證實(shí)了LCNA→S1HLGlu的功能連接。

圖4 LCNA神經(jīng)元在ASD后興奮性增加

同樣地，作者利用c-Fos（一種即早基因，神經(jīng)元興奮后表達(dá)量增加）染色和多通道電極記錄的方式，發(fā)現(xiàn)了ASD后LCNA神經(jīng)元的放電也有所增加，并且，利用化學(xué)遺傳的方式抑制了這群神經(jīng)元，也會(huì)導(dǎo)致痛閾值的提高。

圖5 LCNA→S1HLGlu環(huán)路介導(dǎo)了ASD導(dǎo)致的痛敏感

之前的工作都是集中在直接分別抑制兩個(gè)腦區(qū)觀察對(duì)痛感的影響。那么這兩個(gè)腦區(qū)的環(huán)路是否能特異性地抑制睡眠剝奪導(dǎo)致的痛敏感呢？首先作者在S1HL腦區(qū)插光纖記錄谷氨酸能神經(jīng)元的活動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)給予閾下機(jī)械刺激（0.16g）不會(huì)導(dǎo)致對(duì)照組產(chǎn)生興奮性增加的現(xiàn)象，但對(duì)導(dǎo)致ASD組該腦區(qū)神經(jīng)元興奮性的上升，化學(xué)遺傳抑制LCNA神經(jīng)元后，該現(xiàn)象消失（Fig5 A-D）。之后在DBH-cre小鼠LC腦區(qū)注射DIO-hM4Di，并在S1HL腦區(qū)下套管注射CNO，以確保特異性抑制LCNA神經(jīng)元投射到S1HL的神經(jīng)末梢，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠痛閾升高（Fig5 E-H），且炎性痛回復(fù)速度加快（Fig5 M-O）。之后在LC腦區(qū)順向表達(dá)cre，在S1HL腦區(qū)表達(dá)cre依賴的hM4Di，化學(xué)遺傳抑制后也發(fā)現(xiàn)了痛閾的升高（Fig5 I-L）。

圖6 化學(xué)遺傳激活LCNA→S1HLGlu通路在na?ve和ASD老鼠中均會(huì)導(dǎo)致痛敏感

之后作者在S1HL腦區(qū)注射去甲腎上腺素探針NE2h來(lái)檢測(cè)其釋放量，該探針的作用機(jī)制是在去甲腎上腺素受體（一種GPCR）的第5,6跨膜區(qū)之間嵌合構(gòu)象依賴的綠色熒光蛋白，當(dāng)去甲腎上腺素與受體結(jié)合導(dǎo)致受體構(gòu)象改變后則會(huì)增強(qiáng)其綠色熒光3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用化學(xué)遺傳激活LCNA神經(jīng)元會(huì)導(dǎo)致S1HL腦區(qū)的去甲腎上腺素信號(hào)上升，同時(shí)也會(huì)增加S1HL腦區(qū)的神經(jīng)元放電頻率，無(wú)論是在na?ve 小鼠還是在ASD小鼠中，激活這群神經(jīng)元都會(huì)導(dǎo)致痛閾值的下降，即對(duì)疼痛更加敏感。同時(shí)，作者也利用高架十字迷宮，曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和腦電記錄等，證明了激活這個(gè)環(huán)路并不會(huì)影響小鼠的焦慮行為和睡眠/覺(jué)醒的節(jié)律（圖7略），證明了這個(gè)環(huán)路影響ASD導(dǎo)致痛敏感行為的特異性。

總結(jié)

該文章發(fā)現(xiàn)了LCNA→S1HLGlu環(huán)路在睡眠剝奪導(dǎo)致痛敏感過(guò)程中的重要作用。由于該環(huán)路的激活在無(wú)論是睡眠剝奪組還是普通小鼠中都會(huì)導(dǎo)致痛敏感，說(shuō)明這條環(huán)路在痛覺(jué)調(diào)控中也有著重要的作用，可能為慢性神經(jīng)痛等疾病的治療提供其實(shí)。同時(shí)，該文章也提醒我們科研人員應(yīng)該放下手機(jī)，好好睡覺(jué)，不要對(duì)自己進(jìn)行“主動(dòng)睡眠剝奪”，才能更健康！

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