崔 玥，黃文燁，孟凡成，薛 茜，錢正一，陳楨熹，黃芷桐，武勝昔，白占濤，徐 暉 (延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院多肽資源藥物研究中心，陜西省區(qū)域生物資源保育與利用工程技術(shù)研究中心，陜西 延安 76099；空軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)教研室，陜西 西安 7003)

中縫背核(dorsal raphe nucleus，DRN)位于中腦導(dǎo)水管腹側(cè)，呈扇形，分布著谷氨酸、多巴胺、γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)以及5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)能神經(jīng)元，其中5-HT能神經(jīng)元約占2/3，主要位于腹部以及腹外側(cè)區(qū)域，參與調(diào)控多種功能狀態(tài)，如疼痛、焦慮、獎(jiǎng)賞、 睡眠-覺醒、感覺與運(yùn)動(dòng)功能[1-4]。在疼痛的下行調(diào)節(jié)中，脊髓5-HT能系統(tǒng)能夠緩解疼痛也可以加劇疼痛敏感性，激活側(cè)巨細(xì)胞旁的5-HT投射會(huì)緩解熱刺激痛，激活后腦內(nèi)側(cè)的5-HT投射則會(huì)加劇機(jī)械痛[5]。在許多大腦區(qū)域，如皮層、丘腦、杏仁核等，都能夠接受DRN 5-HT投射，參與慢性疼痛的中樞調(diào)節(jié)[6-7]，并且投射至不同的部位、作用于不同5-HT受體分別發(fā)揮痛覺過敏和鎮(zhèn)痛的作用。5-HT神經(jīng)元調(diào)節(jié)功能障礙還與一系列人類精神疾病有關(guān)，包括焦慮和抑郁等[8]。在動(dòng)物研究中，5-HT能系統(tǒng)在調(diào)節(jié)焦慮中的功能同樣不一致，即使同一腦區(qū)，激活不同部位不同神經(jīng)元也會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng)[9-11]，如中央杏仁核(central nucleus of the amygdala，CeA)的投射神經(jīng)元在厭惡刺激下促進(jìn)焦慮樣行為，而到前腦的5-HT神經(jīng)元?jiǎng)t促進(jìn)積極的應(yīng)對(duì)行為[6]。眾所周知，在臨床實(shí)踐中，慢性痛與焦慮癥相互作用，它們之間存在密切聯(lián)系[12]。大量研究結(jié)果顯示慢性痛小鼠會(huì)出現(xiàn)焦慮樣行為[13-14]。神經(jīng)成像研究表明，幾個(gè)不同大腦區(qū)域的5-HT系統(tǒng)參與慢性痛和焦慮樣行為的產(chǎn)生和維持，但是各腦區(qū)的作用和聯(lián)系尚不能確定。我們將主要圍繞慢性痛和焦慮共病中DRN 5-HT能系統(tǒng)的神經(jīng)環(huán)路和突觸可塑性的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 慢性痛和焦慮共病中DRN 5-HT能系統(tǒng)的變化

DRN是腦內(nèi)5-HT能神經(jīng)元最為集中的核團(tuán)，除了5-HT能神經(jīng)元還存在GABA、谷氨酸、多巴胺(dopamine，DA)能神經(jīng)元[15]。DRN和相鄰近的腹外側(cè)中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)(ventrolateral periaqueductal gray，vlPAG)共同參與了疼痛調(diào)節(jié)。DRN的DA和GABA能神經(jīng)元通過作用于DRN和vlPAG內(nèi)部以及下游神經(jīng)通路，介導(dǎo)鎮(zhèn)痛作用。激活DRN DA和GABA神經(jīng)元誘導(dǎo)鎮(zhèn)痛作用，對(duì)焦慮樣行為沒有影響[16]。DRN中5-HT能神經(jīng)元的不同功能亞群具有不同作用。

1.1 慢性痛狀態(tài)DRN 5-HT系統(tǒng)的變化

疼痛定義為一種與實(shí)際或潛在的組織損傷相關(guān)或與之類似的不愉快的感覺和情感體驗(yàn)[17]。脊髓背角腦干下行投射釋放的5-HT在痛覺控制中至關(guān)重要，然而對(duì)于脊髓上行的5-HT系統(tǒng)是否以及如何影響大腦功能活動(dòng)來參與慢性痛知之甚少。大腦中的5-HT能機(jī)制最初被認(rèn)為與鎮(zhèn)痛效應(yīng)密切相關(guān)，大量臨床和實(shí)驗(yàn)研究表明，5-HT能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用現(xiàn)在被認(rèn)為只是以一種輔助的方式在抗抑郁鎮(zhèn)痛中發(fā)揮作用[18]。5-HT能神經(jīng)元作為下行痛覺系統(tǒng)調(diào)節(jié)中主要神經(jīng)元，其發(fā)揮易化或者抑制痛覺傳遞的效應(yīng)與作用的受體亞型密切相關(guān)。5-HT1A、5-HT1B、5-HT2A、5-HT3以及5-HT7受體在外周主要介導(dǎo)鎮(zhèn)痛作用[19]，在神經(jīng)病理性痛狀態(tài)下，脊髓5-HT活動(dòng)下降，5-HT1A能夠緩解神經(jīng)病理性痛[20]；在中樞神經(jīng)中，抑制前額葉皮層的5-HT2A能夠降低坐骨神經(jīng)損傷模型之后的機(jī)械觸誘發(fā)痛[21]，敲除眶腹外側(cè)皮層的5-HT2A會(huì)加劇坐骨神經(jīng)慢性壓迫損傷模型(chronic constriction injury of the sciatic nerve，CCI)小鼠的痛覺過敏[22]。因此，由于受體亞型、疼痛類型以及持續(xù)時(shí)間的不同，5-HT受體對(duì)疼痛具有易化和抑制雙向調(diào)控作用，機(jī)體的最終疼痛反應(yīng)取決于各個(gè)通路的平衡。

1.2 焦慮共病中DRN 5-HT能經(jīng)元和5-HT系統(tǒng)的變化

慢性痛會(huì)引起焦慮，反過來這種焦慮也會(huì)加劇疼痛[23]。杏仁核及其相關(guān)網(wǎng)絡(luò)在生理焦慮中起著關(guān)鍵作用，而前扣帶皮層及其相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參與了慢性痛引發(fā)的病理焦慮[24]。關(guān)于焦慮癥的神經(jīng)生物學(xué)的假設(shè)還有5-HT神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的功能障礙。焦慮狀態(tài)下，5-HT系統(tǒng)活動(dòng)減弱，5-HT水平下降[25]；在神經(jīng)病理性痛中，焦慮癥狀明顯，血清中5-HT水平升高；在炎性疼痛模型中，焦慮樣行為明顯，皮層區(qū)域5-HT水平降低[26]，同樣地，CCI模型動(dòng)物表現(xiàn)出明顯焦慮樣行為，且海馬CA1區(qū)域5-HT水平明顯降低[26]。焦慮癥和慢性痛狀態(tài)都可以通過使用影響5-HT系統(tǒng)的藥物來治療。臨床研究表明，大麻二酚(cannabidiol，CBD)作為大麻的主要非成癮性成分，與5-HT1A受體相互作用，可能具有鎮(zhèn)痛和抗焦慮作用。低劑量CBD的重復(fù)治療主要通過辣椒素受體激活誘導(dǎo)鎮(zhèn)痛，通過5-HT1A受體激活減少焦慮樣行為，并在神經(jīng)病理性痛條件下挽救受損的5-HT神經(jīng)傳遞[27]。

2 慢性痛和焦慮共病中DRN 5-HT神經(jīng)環(huán)路機(jī)制

位于DRN的5-HT能神經(jīng)元有吻側(cè)投射分布至大腦皮質(zhì)，邊緣前腦結(jié)構(gòu)(海馬、杏仁核)，基底神經(jīng)節(jié)，許多下丘腦核以及丘腦區(qū)域。上行5-HT能系統(tǒng)在情緒行為和下丘腦功能調(diào)節(jié)中起到重要作用，下行5-HT能神經(jīng)元對(duì)疼痛至關(guān)重要。

2.1 DRN傳入神經(jīng)通路

DRN主要接收來自于邊緣系統(tǒng)、同側(cè)小腦、導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)和脊髓等部位的傳入纖維，經(jīng)韁核腳間束、前腦內(nèi)側(cè)束聯(lián)系隔區(qū)、下丘腦視前區(qū)、額葉皮質(zhì)的外側(cè)韁核及腦橋中央皮質(zhì)，參與了睡眠、覺醒、意識(shí)活動(dòng)，并對(duì)軀體運(yùn)動(dòng)與感覺有一定的調(diào)節(jié)(表1)。

表1 慢性痛及焦慮共病中DRN 5-HT神經(jīng)通路的可塑性變化

通常認(rèn)為綠光能夠緩解疼痛。研究發(fā)現(xiàn)，通過視網(wǎng)膜視錐/視桿細(xì)胞-腹外側(cè)膝狀核-前腦啡肽-DRN信號(hào)通路，全視野暴露綠光可緩解慢性痛小鼠的相關(guān)疼痛，產(chǎn)生明顯的鎮(zhèn)痛效果[21]，也為疼痛干預(yù)通路機(jī)制提供了線索。

DRN和腹側(cè)被蓋區(qū)(ventral tegmental area，VTA)作為腦中參與調(diào)節(jié)情感、認(rèn)知、記憶以及運(yùn)動(dòng)等功能的兩個(gè)重要的核團(tuán)，存在兩條平行的抑制性神經(jīng)通路。尾端腹側(cè)被蓋區(qū)到DRN的5-HT能神經(jīng)元，頭端腹側(cè)被蓋區(qū)(rostral ventral tegmental area，rVTA)到DRN的抑制性GABA能神經(jīng)元。rVTA-DRNGABA特異性地參與嗎啡成癮，激活它可以顯著降低對(duì)嗎啡的耐受和成癮，但不影響嗎啡的鎮(zhèn)痛效果[28]。

外側(cè)僵核(lateral habenula，LHb)被認(rèn)為是反獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)的中心。LHb的主要輸出為DRN和中縫中核、中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)、VTA，其中DRN在下行疼痛調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。在術(shù)后28 d出現(xiàn)嚴(yán)重抑郁樣行為的CCI模型大鼠中，發(fā)現(xiàn)LHb神經(jīng)元活動(dòng)增加。通過化學(xué)損傷LHb，可以增加DRN中的5-HT功能，增加CCI模型大鼠的疼痛閾值，改善抑郁樣行為[29]。LHb-DRN回路可能對(duì)與疼痛相關(guān)的焦慮也很重要。

2.2 DRN傳出神經(jīng)通路

DRN與前腦的大部分區(qū)域都有軸突連接[30]。在神經(jīng)病理性痛狀態(tài)下，神經(jīng)損傷后，DRN 5-HT神經(jīng)元的活動(dòng)增強(qiáng)，這與在內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)中進(jìn)行微透析分析測(cè)量到的5-HT水平的升高相一致[31](表1)。

CeA和LHb的5-HT能投射在慢性痛調(diào)節(jié)和焦慮抑郁癥中發(fā)揮重要作用。人類功能磁共振成像結(jié)果顯示，在患有慢性痛的抑郁癥患者中，DRN和CeA之間的功能連接顯著降低，但在無抑郁的慢性痛患者中則沒有。該研究還發(fā)現(xiàn)，DRN5-HT-CeASOM環(huán)路的活動(dòng)在疼痛狀態(tài)下降低，而DRN5-HT-CeASOM-LHb環(huán)路的激活可以逆轉(zhuǎn)神經(jīng)損傷引起的疼痛閾值的降低[32]。這也為疼痛的進(jìn)一步治療提供了希望。此外，CeA還代表了具有不同功能的不同細(xì)胞群，投射到CeA的5-HT能神經(jīng)元在厭惡刺激下促進(jìn)焦慮樣行為，而投射到前腦的5-HT能神經(jīng)元?jiǎng)t促進(jìn)積極的應(yīng)對(duì)行為[6]。

與病理性焦慮和適應(yīng)性焦慮有關(guān)的終紋床核(bed nucleus of the stria terminalis，BNST)，其神經(jīng)元之間存在異質(zhì)性[33]。投射至BNST的5-HT對(duì)高架十字迷宮、足電擊和第一次社會(huì)互動(dòng)反應(yīng)更多，這說明DRN-BNST的5-HT能夠促進(jìn)焦慮樣行為[34]。而且DRN的5-HT能神經(jīng)元還激活了BNST中的促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(corticotropin-releasing factor，CRF)神經(jīng)元亞群，并增強(qiáng)了恐懼和焦慮。BNST的CRF陽(yáng)性神經(jīng)元通過5-HT2C受體接受來自DRN的5-HT能神經(jīng)元投射，并通過抑制抗焦慮的腹側(cè)終紋床核(ventral bed nucleus of the stria terminalis，vBNST)-外側(cè)下丘腦通路和腹側(cè)終紋床核-腹側(cè)被蓋區(qū)通路，刺激DRN5-HT-BNSTCRF通路，從而增強(qiáng)焦慮樣行為[35]。光刺激vBNST的谷氨酸能投射(vBNSTGlu)對(duì)VTA導(dǎo)致厭惡和焦慮樣行為，而刺激vBNST的GABA能投射(vBNSTGABA)對(duì)VTA產(chǎn)生獎(jiǎng)賞和抗焦慮行為[36]。

焦慮樣行為包括對(duì)明亮空間的回避行為和社交回避[37]。最近的一項(xiàng)研究通過神經(jīng)元亞群特異性揭示了DRN-基底外側(cè)杏仁核(basolateral amygdala，BLA)存在兩條不同的神經(jīng)元投射通路，DRN中表達(dá)囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)3(vesicular glutamate transporter type 3，vGluT3)陽(yáng)性的5-HT能神經(jīng)元-BLA的小清蛋白(parvalbumin，PV)神經(jīng)元(DRNvGluT3∩5-HT-BLAPV)和DRNvGluT3∩5-HT-BLA的錐體神經(jīng)元(pyramidal，Pyr)BLAPyr，并對(duì)小鼠的社會(huì)接觸和焦慮樣行為存在不同的調(diào)節(jié)作用。DRN5-HT∩vGluT3-BLAPV的激活通過BLA中5-HT末端的GABAB受體抑制5-HT的釋放，誘導(dǎo)社交回避和對(duì)明亮空間的回避。DRN5-HT∩vGluT3-BLA通過不同的5-HT受體，以不同的方式抑制BLA的Pyr，通過5-HT1A受體直接抑制5-HTR1A的BLAPyr，通過5-HT1B受體抑制5-HTR1A的BLAPyr的谷氨酸傳入[25]。這些信息突出了神經(jīng)元分群和神經(jīng)投射的特異性在調(diào)節(jié)單獨(dú)的焦慮相關(guān)行為中的功能意義。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，近年來的研究進(jìn)展表明，DRN 5-HT系統(tǒng)涉及疼痛信息和情感信息的傳遞。特別是在疼痛感知與傳遞過程中，能夠?qū)π源碳そ?jīng)脊髓背角及上行神經(jīng)通路傳遞至脊髓以上節(jié)段，經(jīng)丘腦傳遞至大腦皮層，對(duì)感覺和焦慮情緒做出反應(yīng)。DRN 5-HT能與腦內(nèi)多個(gè)與疼痛和情緒相關(guān)腦區(qū)有復(fù)雜的投射系統(tǒng)，并富含多種神經(jīng)遞質(zhì)，在疼痛與焦慮共病的調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用。5-HT作為一種重要的遞質(zhì)，其下行疼痛抑制途徑中5-HT活性降低，促進(jìn)敏化，焦慮樣行為明顯。雖然這些研究極大地提高了我們對(duì)DRN 5-HT神經(jīng)元的生理和行為功能的理解，但仍存在許多問題。

越來越多的研究表明，即使在同一個(gè)大腦區(qū)域，也存在著功能的多樣性和不同的連通性。兩個(gè)分別位于皮層投射和皮層下投射的亞群，其5-HT神經(jīng)元均能被獎(jiǎng)賞信號(hào)激活，但是皮層投射群會(huì)被懲罰信號(hào)抑制，編碼應(yīng)對(duì)行為，而皮層下投射群則被懲罰信號(hào)激活，促進(jìn)焦慮樣行為[6]。在單個(gè)神經(jīng)元水平上，單個(gè)DRN 5-HT神經(jīng)元如何處理慢性痛與焦慮共病尚不清楚?？臻g轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究整合了單個(gè)神經(jīng)元的轉(zhuǎn)錄組譜和投射模式，將有助于進(jìn)一步解決DRN 5-HT神經(jīng)元之間的異質(zhì)性。

未來將神經(jīng)元亞群和投射特異性靶向與在體單細(xì)胞記錄結(jié)合起來的研究也可能提供新的見解。DRN 5-HT神經(jīng)元參與慢性痛及焦慮共病的分子和回路機(jī)制在很大程度上尚不清楚。最后，進(jìn)一步分析DRN 5-HT神經(jīng)元及其傳出和傳入通路的分子圖譜，可能為開發(fā)未來干預(yù)慢性痛及抗焦慮的藥物策略提供機(jī)會(huì)。

致謝：神經(jīng)生物學(xué)教研室劉瑩瑩教授參與文章的討論，并提出了寶貴的建議。