以下文章来源于逻辑神经科学 ，作者课题组

撰文︱贾  弢

审阅︱周春艺，张松

非药物治疗如注意力转移、心理治疗和规律锻炼等多模式支持性治疗方案已纳入疼痛及相关情感障碍的临床治疗策略。其中，新奇探索行为在注意力转移介导镇痛和抗焦虑作用中效果显著。因此，深入探讨其中枢机制为临床疼痛-焦虑共病治疗策略提供新的理论依据和支持。

近日，徐州医科大学周春艺教授、肖诚教授、曹君利教授团队和上海交通大学医学院附属仁济医院张松副主任医师团队在《Nature Communications》发表题为“Novelty exploration-activated ensemble in the lateral hypothalamus confers analgesic and anxiolytic effects”的研究性论文。该研究揭示了探索新物体或环境缓解疼痛模型小鼠的疼痛感知和焦虑样行为，并展示了下丘脑外侧区（LH）特定谷氨酸能和GABA能神经元亚群的招募及其下游靶向投射的镇痛-抗焦虑作用，为慢性疼痛及伴发焦虑样行为的神经调控治疗提供了新的神经生物学基础。

研究团队首先在1%福尔马林诱导的急性炎症疼痛小鼠模型中，发现新物体或新环境介导的新奇探索行为的出现显著降低了小鼠的舔足时间和次数。并在炎性疼痛的第二相时期中，验证新物体与新环境介导的不同类型探索行为对镇痛效应无明显影响，且不同性别小鼠的镇痛效果无明显差异。另外，在热板实验中发现，生理状态和慢性炎性疼痛状态下，新物体暴露对热板痛阈的提高程度相似。而条件位置厌恶实验结果提示，社交新奇接触行为可以缓解疼痛相关的厌恶情绪。以上数据显示，新奇探索起着显著的镇痛作用（图1）。

为探究新奇探索行为介导镇痛作用的中枢靶点，研究团队进行全脑c-Fos免疫荧光标记实验探寻注意力和疼痛交汇的关键核团。结果显示，LH、初级运动皮层、前扣带回和初级感觉皮层在新环境或新物体诱发的探索过程中显著激活。进一步分析发现LH神经元被新奇探索行为、各类急慢性疼痛刺激所激活，提示LH参与疼痛及新奇探索的调控过程（图1）。

图1. 新奇探索行为可缓解疼痛并激活LH神经元。

作者利用Fos-TRAP病毒载体方法特异性标记新奇探索激活的LH亚群，并于一周后再次暴露于新物体进行c-Fos免疫标记以检验其标记特异性和效率。结果显示，约60% eYFP+的LH神经元与c-Fos⁺神经元共标。另外，在给予急性疼痛刺激（如von Frey机械刺激或福尔马林注射）时，疼痛激活的LH细胞群和新奇探索标记的LH细胞群具有约45%的共标率，提示LH存在一部分神经元同时接收疼痛和新奇探索信号。进一步探究在体状态下LH新奇探索亚群被新奇探索行为反复招募特性，将GCaMP6病毒感染该亚群，通过在体光纤成像记录该亚群神经元活动。结果显示，新物体的探索过程均伴随LH新奇探索亚群兴奋性升高，且能被疼痛刺激和情绪变化所激活，提示LH新奇探索亚群同时参与疼痛和情绪的调控（图2）。

图2. Fos-TRAP病毒载体标记LH新奇探索亚群被疼痛刺激激活

尽管疼痛刺激和情绪变化都能引起LH新奇探索亚群兴奋性升高，但LH是否为新奇探索介导的镇痛-抗焦虑作用中的关键核团仍未可知。为此，研究团队通过Fos-TRAP病毒载体将光敏感通道蛋白ChR2和NpHR转染至LH新奇探索亚群。结果显示，蓝光激活LH新奇探索亚群能有效缓解各类急慢性疼痛和焦虑厌恶情绪；黄光抑制该亚群使疼痛阈值下降，加重焦虑和厌恶情绪。提示，新奇探索行为在激活LH神经元的同时，发挥镇痛-抗焦虑作用（图3）。

图3. 光遗传学调控LH新奇探索亚群的行为学变化

接下来，为探究该亚群神经元类型，研究团队通过免疫组织化学染色分别标记GABA、CaMKII、MCH（黑色素聚集激素）和食欲素蛋白，显示在eYFP⁺的新奇探索激活LH神经元中，48.97%为GABA能神经元，25.15%为CaMKII阳性神经元；而在c-Fos⁺的新奇探索激活LH神经元中，5.96%为MCH⁺神经元，26.25%为食欲素⁺神经元。基于MCH⁺和食欲素⁺神经元常与谷氨酸能和GABA能神经元共标，研究团队聚焦于探索GABA能和谷氨酸能神经元在LH新奇探索亚群中的作用。

研究团队利用c-Fos启动子结合DOX和Cre依赖的病毒载体，特异性分别标记LH新奇探索谷氨酸能亚群和GABA能亚群，并于在体光纤成像实验中探讨两类神经元对疼痛刺激和情绪变化的差异。结果显示，两类神经元在各类疼痛刺激和情绪变化中表现相似，均被明显激活。在疼痛模型小鼠中，行为学实验显示，蓝光激活LH新奇探索谷氨酸能亚群和GABA能亚群时，疼痛阈值升高，厌恶和焦虑情绪缓解；黄光抑制LH新奇探索谷氨酸能亚群和GABA能亚群时，疼痛阈值降低，厌恶和焦虑情绪加重，与直接激活LH新奇探索亚群类似（图4,5）。

图4. 光遗传学调控LH新奇探索GABA能亚群的行为学变化。

由于激活兴奋性LH新奇探索谷氨酸能亚群和抑制性GABA能亚群均产生镇痛-抗焦虑作用，研究团队提出差异性下游核团的可能性。为探究该问题，研究团队将LH谷氨酸能和GABA能亚群的下游核团进行全脑追踪，在调节注意力、疼痛和情绪的相关核团中，聚焦于外侧视前核（the lateral preopticnucleus，LPO）、外侧缰核（the lateral habenula，LHb）、腹侧被盖区（the ventral tegmental area，VTA）和外侧中脑导水管周围灰质（the lateral periaqueductal gray，LPAG）。行为学结果显示，激活LH新奇探索GABA能亚群所产生的镇痛效应可能主要通过LHb投射介导；而至VTA投射反而降低痛阈、加重焦虑厌恶情绪；至LPO投射同样加重焦虑和厌恶；抗焦虑样作用可能通过其他下游核团介导。激活LH新奇探索谷氨酸能亚群所产生的镇痛-抗焦虑作用中，至LPO和LPAG的投射均显示出明确的镇痛与抗焦虑样作用，至VTA投射主要贡献于镇痛但不影响厌恶焦虑情绪，而LHb投射则产生了痛觉过敏，不影响焦虑厌恶情绪。以上结果提示，LH介导的新奇探索镇痛-抗焦虑作用是复杂的输出整合所致，不同下游核团在其中贡献不同。

图5. 光遗传学调控LH新奇探索谷氨酸能亚群的行为学变化。

文章结论与讨论，（未来）启发与展望

在本文中，作者研究了LH参与新奇探索行为缓解疼痛和负面情绪的细胞和神经环路机制。发现好奇驱动的注意力转移可抑制疼痛和负面情绪，并分辨出LH中存在一组谷氨酸能和GABA能亚群，它们既参与新奇探索行为，也参与疼痛与焦虑的调控。LH通过选择性激活下游核团LPO、LHb、VTA和LPAG，整合调控新奇探索、疼痛和负面情绪。上述发现为注意力转移镇痛和抗焦虑的临床治疗提供了新的理论依据与支撑，提出独立于阿片受体的神经环路机制，并指明了基于神经调控的潜在治疗靶点。

徐州医科大学周春艺教授、肖诚教授、曹君利教授和上海交通大学医学院附属仁济医院张松副主任医师为本文的共同通讯作者，上海交通大学医学院附属仁济医院贾弢博士、徐州医科大学彭仪婷博士、孙佚翎博士为本文的共同第一作者，尹翠老师、徐州医科大学顾习之硕士参与了本研究的部分工作。

课题组简介：周春艺教授和肖诚教授为徐州医科大学麻醉学院、江苏省麻醉与脑科学重点实验室麻醉与神经调控课题组负责人。主要研究方向为慢性疼痛、麻醉及相关神经精神疾病的神经环路机制。自2016年以来，团队运用多种慢性疼痛小鼠模型，结合光遗传学、化学遗传学、病毒示踪、离体和在体电生理、光纤成像、行为学检测、显微成像等技术，探讨了基底神经节、基底前脑和中脑等多个核团调控慢性疼痛和负性情绪的神经环路机制。研究成果发表在Nat Commun、Adv Sci、PNAS、PLOS Biol和Cell Rep等杂志上，共20余篇，获得十多项国家自然科学基金项目和省级课题项目资助。

通讯作者简介：张松，上海交通大学医学院附属仁济医院麻醉科，副主任医师，副研究员，硕士生导师。社会兼职：中国解剖学会临床神经解剖分会常务委员，中国药理学会麻醉药理学专业委员会委员，中国心胸血管麻醉学会身心医学分会委员，上海市医学会疼痛转化研究分会委员，上海市中医药疼痛学会青年委员，《国际麻醉与复苏杂志》青年编委，《医学参考报》麻醉学专刊青年编委。主持国家自然科学基金2项，中国脑计划子任务，上海市科委关键技术研发计划子课题，吴阶平基金，获江苏省科技进步二等奖。

本文使用的病毒产品均来自枢密科技，列表如下：

全新减毒版RV-CVS

（Reardon TR, et al. Neuron. 2016.）

枢密科技可提供RV-CVS株及SAD-B19株病毒包装服务。RV-CVS株标记特征：更低的神经毒性，更轻微的神经损伤，更高效的标记效率；感染时间延长至一个月；可结合光遗传、钙成像、Cre、Flp等技术实现脑网络特异性功能研究及基因表达调控。