哺乳动物大脑皮层病理痛信息编码与加工的神经回路及可塑性

本课题将依据临床病理性痛的发病特点和属性，紧紧围绕大脑皮质痛感知-痛情绪-痛认知多维模式研究策略，结合应用先进的脑片平面微电极阵列记录技术、清醒动物大脑皮层植入多电极电生理-动物行为同步记录技术、脑片膜片钳记录技术以及其它现代神经生物学等技术，首先鉴定出大脑初级躯体感觉皮质、前扣带回皮质和海马结构三个脑区痛相关神经回路（网络）单元及其属性，再用携带GFAP-GFP-S65T转基因小鼠研究大脑皮质星形胶质细胞在痛信息神经回路的构成和可塑性中的作用，最终旨在解析大脑皮层病理痛信息编码与加工的神经回路并阐明其发生可塑性的分子细胞机理。

慢性疼痛可以引起情感障碍和认知缺陷，严重影响病人的生活质量。解析大脑皮层病理性痛信息的编码与加工的神经回路具有重要意义。在本项目中我们运用多电极阵列技术、脑片膜片钳记录等方法，以多个脑区(如海马和前扣带回)为重点，研究病理性痛状态下大脑功能和结构可塑性，取得如下结果。 （1）运用平面微电极阵列（MED）技术和药理学干预手段，研究了海马中不同MAPK信号通路（ERK、JNK、p38）和代谢性谷氨酸受体mGluR在蜜蜂毒(bee venom)诱发持续性痛中的功能意义，结果表明不同的信号通路对海马神经环路的时间和空间可塑性发挥不同的调节作用（图1），谷氨酸受体mGluR1在持续性痛状态下发挥紧张性抑制作用，而mGluR5作用较小（图2）。（2）运用平面微电极阵列（MED）技术和药理学干预手段，研究在持续性痛状态下前扣带回ACC脑网络水平的改变，发现疼痛刺激可以增强网络水平的突触传递（图3）， 运用全细胞膜片钳记录的方法，研究了（ACC）在持续性痛状态下突触可塑性的变化特征，结果表明：兴奋性突触增强和抑制性突触减弱是产生持续性痛的可能机制之一（图4）。（3）构建了清醒动物微电极阵列技术平台并初步研究了运动皮层在持续性痛过程中的放电特性，结果表明：运动皮层内存在热刺激敏感的放电单位，炎性痛刺激可以显著增加热刺激敏感单位的比例和放电频率，提示炎性痛刺激可以引起运动皮层内的疼痛相关神经元的功能改变（图5和6）。.（４）运用免疫组化、Western、RT-PCR以及电生理技术等多种方法研究了炎性痛产生的外周神经机制，结果表明蜜蜂毒肽（Melittin）可通过特异性激活伤害性初级感觉神经元中PLA2-LOX/COX1/2通路而活化和敏化伤害性热感受器TRPV1（图7）；完全弗氏佐剂（CFA）通过激活河豚毒素不敏感（TTX-R）钠离子通道NaV1.8引起热和机械性痛敏反应（图8）。TRPC通道抑制剂SKF-96365能抑制蜜蜂毒肽引起的背根神经节中小神经元的活化以及痛敏反应，提示外周神经节内TRPC通道对疼痛的调节作用（图9）。. 在项目执行期间，已发表SCI论著13篇,特邀综述（Progress in Neurobiology）1篇，参编国际著作1部，培养研究生10名。