伏隔核参与疼痛调节的分子和环路机制研究进展

高易红 许政 周瑜 余雨媚 张红星 曹君利

徐州医科大学江苏省麻醉学重点实验室，江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室，国家药品监督管理局麻醉精神药物研究与评价重点实验室，徐州 221004

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(2):196-201.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20210908-00486

 基金项目 

国家自然科学基金（31970937，81771453）；

江苏省自然科学基金（BK20190047）

REVIEW ARTICLES

【综述】

       疼痛是日常生活中常见的一种临床症状，2020年国际疼痛研究协会更新了疼痛的最新定义：疼痛是一种与实际或潜在组织损伤相关，或类似的不愉快的感觉和情绪体验 。临床上一般将持续超过3个月的疼痛定义为慢性疼痛。据统计，疼痛患者约占全球总人口的40%，影响了全球超过15亿的人口，其中近40% 的慢性疼痛患者经过现有方法治疗后症状仍得不到有效缓解 。由此不难看出，疼痛已经严重影响了很多人的生活质量，防止急性疼痛的慢性化以及为慢性疼痛寻求新的有效的治疗方法已经成为疼痛领域一个亟待解决的重要问题。近年来，越来越多的研究表明伏隔核（nucleus accumbens, NAc）在疼痛调节中发挥了重要作用 ，本文将对NAc参与疼痛调节的过程及其可能的分子和环路机制的研究进展进行系统综述。

1 NAc的解剖及功能

       NAc位于基底核与边缘系统交界处，根据其解剖和纤维联系的不同可以分为两部分：腹内侧新月形的壳部和围绕前联合的背外侧的核部。NAc内95%的神经元是γ‑氨基丁酸（gamma‑aminobutyric acid, GABA）能中型多棘神经元（medium spiny neurons, MSNs），这些神经元根据其表面多巴胺（dopamine, DA）受体亚型的不同可以分为DA1型受体神经元（D1‑MSNs）和DA2型受体神经元（D2‑MSNs）。NAc接受来自腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）和黑质的多巴胺能投射以及前额叶皮质（prefrontal cortex, PFC）、杏仁核、丘脑、前边缘皮质、海马和脑下脚的谷氨酸能投射。NAc的传出神经纤维倾向于投射到间脑和苍白球复合体内的区域，如终纹、缰核（habenular nucleus, Hb）、外侧下丘脑、黑质、苍白球等核团 。NAc是一个多功能整合的核团，主要参与调节运动、认知、学习、睡眠、情感和疼痛等功能 。

2 NAc参与疼痛调节的分子机制

       在慢性疼痛中，长期的疼痛刺激可以促使中枢神经系统发生病理性重塑，加重疼痛的进展。人类功能性磁共振成像研究发现，与健康对照组相比，亚急性和慢性腰痛患者NAc体积变小 。对NAc进行深部脑刺激可以显著改善疼痛患者的疼痛评分，有效缓解患者的疼痛 。综上所述，NAc可能是治疗慢性疼痛的重要靶点。近年来，针对NAc参与疼痛调节的分子机制研究越来越多，DA受体、阿片受体、α‑氨基‑3‑羟基‑5‑甲基‑4‑异恶唑丙酸受体（α‑amino‑3‑hydroxy‑5‑methyl‑4‑isoxazolepropionic acid receptors, AMPAR）等都已被证实参与疼痛的调节。

2.1　DA受体

       临床上左旋多巴作为DA的前体被用于治疗神经性疼痛，效果确切 ，其对疼痛的调节作用可能通过多种分子靶点起效。DA受体至少有5种亚型：DA1型受体（dopamine 1 receptors, D1R）、DA2型受体（dopamine 2 receptors, D2R）、DA3型受体、DA4型受体和DA5型受体。其中D1R和DA5型受体属于类D1的DA受体家族，而D2R、DA3型受体和DA4型受体是类D2家族的成员 。在大鼠足底注射福尔马林可引起局部炎症和退缩、舔舐等伤害性痛行为，而全身注射DA受体激动剂抑制了福尔马林诱导的痛行为 。Taylor等 研究发现，在福尔马林诱导炎性痛小鼠NAc中注射D1R激动剂对小鼠的痛行为无改善，而注射D2R激动剂则剂量依赖性地抑制痛行为，且该作用可被预先使用D2R拮抗剂所阻断。另有研究发现，坐骨神经慢性压迫性损伤（chronic constrictive injury, CCI）模型小鼠NAc中D1R和D2R的mRNA水平均升高，但仅D2R伴有蛋白水平增加 。这些结果说明NAc中DA可能通过D2R发挥镇痛作用。综上，NAc中DA受体可能发挥着镇痛作用。

2.2　阿片受体

       内源性阿片受体系统由4对相互作用的受体和配体组成：μ‑阿片受体（mu opioid receptors, MOPRs）和β‑内啡肽、δ‑阿片受体（delta opioid receptors, DOPRs）和脑啡肽、κ‑阿片受体（kappa opioid receptors, KOPRs）和强啡肽、痛敏肽受体和痛敏肽。NAc内注射外源性吗啡已被证实可以产生镇痛作用，持续的疼痛同样也增加了NAc中阿片类物质的活性，发挥一定程度的内源性镇痛效应 。研究发现在CCI后7~14 d，双侧NAc中脑啡肽原和强啡肽原以及DOPRs和KOPRs的mRNA表达升高，而MOPRs mRNA水平无明显变化，可能的解释是上调的脑啡肽/DOPRs信号与强啡肽/KOPRs信号产生相反作用，前者最有可能具有镇痛作用，而后者加剧疼痛并导致疼痛相关的负性情绪 。Schmidt等 的研究证实了这一解释，发现在NAc内注射DOPRs拮抗剂和KOPRs激动剂可阻断辣椒素诱导的抗伤害性效应。此外，研究提示细胞外调节蛋白激酶通路的激活参与了NAc中痛敏肽诱导的致痛作用。综上所述，不同种类的阿片受体在NAc中发挥着不同的作用，MOPRs和DOPRs可能发挥了镇痛作用，而KOPRs和痛敏肽受体发挥了致痛作用。

2.3　GABAA型受体

       GABA是哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经递质，通过与突触前和突触后细胞膜上特定的跨膜受体结合作用于脑内抑制性突触 。在痛觉传导通路中，许多脑细胞可以分泌GABA并抑制痛觉信号转导 。研究发现在侧脑室注射GABA可使正常大鼠NAc中痛兴奋神经元的痛诱发放电频率减少、净增值减少、潜伏期延长，而使痛抑制神经元的痛诱发放电频率增加、诱发放电完全抑制时程缩短，且注射GABAA受体拮抗剂能够阻断上述效应 。近年来研究发现，GABA受体、DA受体与其他递质共同参与NAc活动的调节 。进一步研究发现，NAc内注射GABA可使吗啡依赖大鼠的DA能神经元的兴奋性降低，痛阈值升高。此外，在疼痛刺激持续期间，NAc中DA浓度逐渐升高，GABA神经元的兴奋性逐渐被抑制，GABA浓度逐渐降低，疼痛阈值降低 。综上所述，GABA可能主要通过GABAA型受体在NAc中发挥了镇痛作用。

2.4　AMPAR

       兴奋性谷氨酸信号通路在慢性疼痛的调节中起着重要作用，作为中枢神经系统中主要的谷氨酸受体，AMPAR信号对NAc的功能至关重要 。动物实验研究发现，NAc中AMPAR的信号转导可以产生镇痛作用 。研究发现全身和NAc内注射CX546和CX516（一种AMPAkines，能增强AMPAR转运）剂量依赖性地缓解了急性术后痛、炎症性疼痛和神经病理性疼痛模型小鼠的痛觉过敏和抑郁样行为，而NAc内注射NBQX（AMPAR拮抗剂）阻断了这种作用 。GluA1和GluA2亚基是NAc中AMPAR主要的亚基类型，有研究报道在完全弗氏佐剂炎性痛和坐骨神经分离损伤模型小鼠的NAc中GluA1亚基蛋白水平显著升高，而GluA2亚基水平无明显变化 。这些结果表明AMPAR参与调节了NAc所发挥的镇痛作用，并且这种镇痛作用可能是由GluA1亚基调节。

2.5　囊泡膜谷氨酸转运体（vesicular glutamate transporters, VGLUTs）

       谷氨酸在突触前的释放主要取决于分泌囊泡和VGLUTs的表达和功能。VGLUTs共有3种亚型：VGLUT1、VGLUT2和VGLUT3。VGLUT1和VGLUT2是大脑中的主要分泌囊泡，VGLUT3通常作为谷氨酸和其他神经递质（如血清素、GABA和乙酰胆碱）的协同转运体 。研究发现在疼痛模型中VGLUT1和VGLUT3减少，而奖赏模型中VGLUT3增加，以上数据表明，谷氨酸与乙酰胆碱等其他神经递质的共释放在疼痛刺激下减少，而在有奖赏存在时增加 。2018年的一篇研究进一步证实了该观点，其发现在完全弗氏佐剂炎性痛模型小鼠中D2‑MSNs的VGLUT1蛋白水平显著降低，自发性突触后电流的频率明显降低，诱发的突触后电流的配对脉冲比明显增加 。综上，NAc间接通路中谷氨酸释放的减少可能是慢性疼痛的一个重要机制并为突触前机制在疼痛调节中的作用提供了新的证据。

2.6　降钙素基因相关肽（calcitonin gene‑related peptide, CGRP）受体

       CGRP是降钙素肽家族中的一员，由降钙素基因选择性剪接产生的37个氨基酸肽，广泛存在于神经系统。现已证实CGRP在疼痛调节中发挥了重要作用，加强了脊髓背角P物质所诱导的兴奋信号 。形态学研究表明，NAc中具有高密度的CGRP受体结合位点 。NAc内微量注射CGRP后，小鼠的机械缩足阈值和热缩足潜伏期均显著升高，且该作用可被CGRP1受体拮抗剂阻断，提示CGRP1受体参与了NAc抗伤害性感受的作用 。有研究报道在NAc内给予阿片受体拮抗剂纳洛酮后减弱了CGRP诱导的抗伤害性效应，KOPRs拮抗剂和MOPRs拮抗剂也可减弱这种效应 。以上结果说明内源性阿片系统可能参与调节了CGRP诱导的镇痛作用，并且这种作用可能是由KOPRs和MOPRs介导的。

2.7　趋化因子受体（chemokine receptor, CCR）

       炎症最近被证实与脊椎结构的疼痛和抑郁有关。在PFC和脑干中发现神经病理性疼痛与促炎细胞因子（TNF和IL‑1β）基因表达增加有关。脊髓损伤导致海马中趋化因子（chemokine, CCL）2和CCL3增加，而增加脑内炎性因子可以产生持续的疼痛症状和抑郁样行为，这些证据共同表明，大脑炎症与疼痛和抑郁的发病机制有关。CCL2及其主要CCR2已被证实在神经病理性疼痛条件下介导神经炎症，并增加脊髓背角突触传递 。2018年的一篇研究首次证明了NAc中的CCL2/CCR2信号在周围神经损伤诱导的伤害性行为和相关抑郁行为中起关键作用。研究发现坐骨神经结扎（spinal nerve ligation, SNL）模型小鼠NAc中CCL2/CCR2表达增加，干扰CCL2的表达可以减轻SNL诱导的痛觉过敏和抑郁行为。相反，NAc内过表达CCL2可诱导正常小鼠的伤害性感受和抑郁行为。CCL2/CCR2信号通路在D1‑MSNs和D2‑MSNs中均增加了NMDA介导的突触传递，并且这种作用可能是由NMDA受体亚基2B的细胞外调节蛋白激酶磷酸化引起的。这些结果表明，NAc中的CCL2/CCR2信号通过调节NMDA受体亚基2B介导的NMDA受体功能发挥了致痛的效果 。

2.8　乙酰天冬氨酰谷氨酸（N‑acetylaspartylgluta‑ mate, NAAG）

       NAAG是中枢神经系统中最丰富的神经肽，广泛分布于人脑的投射神经元和中间神经元。谷氨酸羧肽酶Ⅱ和Ⅲ将NAAG水解为乙酰天冬氨酸和谷氨酸。2018年Watanabe等 将离子色谱与高分辨率质谱联用，同时分析了在疼痛刺激和镇痛状态下，微透析收集的60多个小分子的动态，发现NAAG在疼痛和镇痛条件下变化趋势是相反的，在疼痛状态下表达减少，而在注射吗啡止痛剂时其表达增加；此外，向NAc内注射NAAG和谷氨酸羧肽酶Ⅱ抑制剂可明显减轻光刺激引起的感觉神经激活所诱导的疼痛。以上数据提示NAc释放的NAAG可能参与调节了痛觉感受。

2.9　其 他

       除了上述分子外，甘丙肽受体（galanin receptor, GalR）、神经肽Y（neuropeptide Y, NPY）也参与了NAc痛觉感受的调节。研究发现在炎性痛模型小鼠NAc中注射甘丙肽剂量依赖性地提高了小鼠的机械缩足阈值，蛋白免疫印迹结果显示NAc中GalR1和GalR2 的表达显著上调。此外，在NAc内注射甘丙肽，5 min后再注射GalR拮抗剂，甘丙肽诱导的抗伤害感受作用则被抑制。这些结果表明，甘丙肽及GalR可能参与NAc的抗伤害性感受的作用 。Li等 研究发现，NAc内注射NPY剂量依赖性地提高了小鼠热缩足潜伏期，而NPY的抗伤害性感受作用被随后NAc内注射Y1受体拮抗剂所阻断，表明Y1受体参与了NAc内NPY诱导的抗伤害感受作用。此外，IL、外泌体、5‑羟色胺和ΔFosB等分子也参与了NAc痛觉感受的调节 。

3 NAc参与疼痛调节的环路机制

       NAc投射并接收来自疼痛调节相关的大脑结构的信息，如PFC、前扣带皮质（anterior cingulate cortex, ACC）、导水管周围灰质（periaqueductal gray, PAG）、Hb、丘脑等。与疼痛、情感和认知相关的广泛脑区之间的联系表明，NAc可能是疼痛处理的多个组成部分的一个驿站。

3.1　PFC‑NAc环路

       NAc接受来自PFC的谷氨酸能投射。人体影像学研究表明，慢性疼痛时，PFC到NAc的连接发生了改变 。激活PFC到NAc的投射，可以产生对疼痛的感觉和情感成分的抑制。研究发现，光遗传学抑制PFC到NAc的投射，增强了正常小鼠的疼痛感觉和情感症状。在慢性神经病理性疼痛模型中，抑制皮质纹状体通路也增加了痛觉敏感性和厌恶反应。而在正常小鼠中，抑制皮质纹状体通路导致了与慢性疼痛相似的厌恶表型 。这些结果强烈表明，PFC到NAc的投射在内源性疼痛调节中起着重要作用，它的损害导致了痛感觉和痛情绪的发展。

3.2　VTA‑NAc环路

       大量证据表明中脑边缘DA能奖赏系统，在急性和慢性疼痛状态发挥了重要作用。研究发现，激活由VTA投射到NAc的DA神经元，在抑制顽固性疼痛中起着重要作用。2017年Zhang等 研究发现，CCI模型小鼠VTADA能神经元的c‑Fos表达增加，神经元放电频率升高，光遗传学抑制VTA‑NAc投射特异性的DA能神经元活性能够有效缓解CCI小鼠的痛觉敏化。而2018年的一项研究却发现，SNL和癌痛模型小鼠的VTADA神经元放电频率降低，运用光遗传学技术特异性激活VTA‑NAc的DA能神经元，可以缓解SNL和癌痛引起的痛行为 。临床和基础研究均表明，运动可以缓解疼痛（exercise‑induced hypoalgesia, EIH） 。Wakaizumi等 在SNL模型小鼠中模拟出EIH，而化学遗传学特异性抑制VTA‑NAc投射的DA能神经元可以拮抗EIH。上述证据提示，不同实验条件下VTA‑NAc DA能神经元投射对疼痛刺激表现出异质性，这可能与不同亚区的VTADA能神经元具有特异的生理特征和投射联系有关。

3.3　ACC‑NAc环路

       ACC在神经病理性疼痛相关的厌恶中起着重要作用，并参与慢性疼痛的恶化。作为奖赏环路重要核团之一的NAc，有研究报道ACC通过控制NAc参与调节了神经病理性疼痛的厌恶情绪。研究发现CCI后ACC‑NAc投射神经元处于超兴奋状态。化学遗传学抑制这些投射在CCI后10~14 d的大鼠中诱导了条件位置偏好，但没有改变诱发的痛觉过敏，而在假手术大鼠中ACC‑NAc投射神经元的激活可以模仿厌恶行为。这种功能可能是由NAc中D2‑MSNs介导的 。综上所述，ACC‑NAc环路参与调节神经病理性疼痛相关的厌恶情绪。

3.4　PAG‑NAc‑Hb环路

       PAG、Hb和NAc等脑区已被证实在吗啡的抗伤害性感受过程中起重要作用。当在上述任何一个脑区注射纳洛酮时，都会消除吗啡的抗伤害性感受作用。早期研究提示PAG、NAc和Hb可能组成一个单向环路，在疼痛调节中发挥作用 。而随后Ma等 研究发现PAG、Hb和NAc之间可能存在疼痛调节的双向环路。这一说法的证据来自于该研究证明了Hb内注射纳洛酮可拮抗PAG注射吗啡引起的镇痛作用，以及NAc内注射纳洛酮可减轻Hb注射吗啡产生的镇痛作用。这些结果说明PAG‑NAc‑Hb环路在吗啡的抗伤害性感受作用中发挥了重要的作用。

4 结语和展望

       本文综述了NAc参与疼痛调节的分子和环路机制。早期研究通过药理学方法，使用相关的拮抗剂或激动剂来研究特定类型神经元及分子参与调节NAc在伤害性感受中的作用。这种方法仍存在很多不足，如这些药物作用的具体细胞类型不能明确、药物浓度和体积的控制不够精准等。随着光遗传学和化学遗传学技术的出现，精细深入的神经环路研究有了无限的发展空间。可运用光遗传学和化学遗传学技术探究NAc相关的神经环路投射在疼痛调节所发挥的作用，如ACC、VTA、PFC等。未来可以在分子的上下游信号通路和NAc的亚区之间微环路投射等方面进行进一步研究，深入了解NAc在疼痛及情绪等行为调控中的分子及环路机制，探讨疼痛及其导致的情绪症状（如疼痛‑抑郁共病）的发病机制并为临床治疗提供特异性的新思路。