Aβ纤维的突触前神经环路的特征及其在痛觉调节中的作用

Mechanical allodynia, induced by normally innocuous low-threshold mechanical stimulation, represents a cardinal feature of chronic neuropathic pain. Although large, myelinated group A fibers, in particular Aβ fibers, have previously been implicated in mechanical allodynia, the mechanism how Aβ fibers are involved in pain-processing is still not clear. Under normal condition gentle touch mediated by Aβ fibers can suppress pain. However, with nerve injures, Aβ fibers contribute to touch-evoked pain. Previous studies suggest changes of neural circuits may result in disinhibition of pain transmission. Therefore, it is of such importance to study neural circuits for Aβ fibers. Recently using a monosynaptic rabies viruses–based transneuronal tracing method combined with sensory-specific Cre-drivers, we were able to systematically identify intraganglion, intraspinal, and supraspinal inputs for sensory neurons. For this project, we will continue to use the viral tools to map pre-synaptic neural circuits specifically for Aβ fibers from trigeminal ganglion and dorsal root ganglion respectively. Furthermore, molecular identities and functional mechanisms of the mapped neural circuits will be investigated. Thus, our proposed studies will provide new insights for the roles of Aβ fibers in mechanical allodynia and related treatment.

慢性疼痛在许多疾病上都有表现，是严重危害人类健康的一类病。机械性异常性疼痛是许多慢性疼痛病的标志，其致病机理尤为复杂，越来越多的证据支持存在复杂的神经环路调控痛觉的传递，正常情况下大直径的Aβ纤维介导的轻触摸会抑制和缓解疼痛，但是在神经受伤时，Aβ纤维反而激活甚至参与疼痛信号的传递。研究表明神经环路的变化可能导致对疼痛的去抑制。因此研究Aβ纤维的突触前神经环路对了解其去抑制的机理非常重要。但是目前关于Aβ纤维的神经环路的研究还很缺乏。项目申请人在国际上首次使用逆行跨突触嗜神经伪狂犬病病毒系统研究了痛觉与触觉反应的突触前神经环路及其作用机理。本项目基于以往的工作基础将分别标记三叉神经节Aβ纤维和背根神经节Aβ纤维的突触前神经环路，并进一步利用分子生物学、化学遗传学、电生理学和动物行为学等技术来揭示Aβ纤维的突触前神经环路在疼痛中的作用机制。

慢性疼痛是一种严重的疾病，然而现在临床上仍然缺乏长期有效且低副作用的镇痛药物和治疗手段。因此利用新的研究方法解析慢性疼痛的神经传导机制，发现特异性的药物作用靶点，具有非常重要的意义。已知正常情况下大直径的Aβ纤维介导的轻触摸会抑制和缓解疼痛，但是在慢性疼痛中，特别是神经损伤时，Aβ纤维反而激活疼痛信号的传递。这可能与神经环路的病理性改变导致对疼痛信号的去抑制有关。但是关于Aβ 纤维的神经环路我们所知甚少。本研究利用最新的神经环路标记技术，光遗传学，电生理，动物行为学，以及分子生物学等手段，分别标记了三叉神经节Aβ纤维和背根神经节Aβ纤维的突触前神经环路，并进一步解析了它们的分子特征和在疼痛信号传导中的作用。我们利用已有的PV-Cre工具鼠，并制备了新的TLR5-Cre转基因鼠系统标记了不同神经节来源的Aβ纤维的突触前神经环路。我们的研究表明：（1）三叉神经节和背根神经节 Aβ纤维的突触前神经环路具有相似的输入模式，即局部输入和 RVM 的远程输入；（2）它们突触前神经环路有类似的生物学特性，即RVM的远程输入基本是抑制性的GABAergic，同时局部输入是以抑制性为主，即GABAergic和glycinergic，伴随少部分兴奋性；（3）通过光遗传学和电生理的方法，我们成功地诱发了背根电位和三叉神经根电位，证明了标记的RVM神经元是背根神经节 Aβ纤维和三叉神经节 Aβ纤维的突触前远程输入；（4）选择性阻止或者激活该突触前神经环路分别造成野生型小鼠对疼痛刺激的超敏或抑制；（5）在CFA诱导的炎症疼痛和SNI神经病理性疼痛小鼠模型中，激活该突触前神经环路显著地抑制了小鼠对疼痛刺激的反应。综上所述，我们发现了全新的Aβ纤维的突触前神经环路，并且解析了它们的分子特征，功能研究揭示了来自RVM 核团 GABAergic 远程输入起着重要的镇痛作用。