GABA能神經元和谷氨酸能神經元在電針鎮痛效應中的新機制
研究背景：
電針鎮痛效應目前已經在世界范圍內得到了廣泛認可，但其在中樞神經系統的確切靶點和細胞特異性的鎮痛機制仍然沒有得到充分的認識。［1-3］。已有研究證實，電針可以誘導c-fos在中腦導水管周圍灰質（periaqueductal gray, PAG）中特異性表達［4］，腹外側中腦導水管周圍灰質(ventrolateral periaqueductal gray, vlPAG)是介導疼痛調節的神經通路的重要組成部分［5］。
內源性鎮痛物質阿片肽和大麻素通過間接抑制局部GABA能中間神經元的抑制效應來激活下行通路，因此使輸出神經元對脊髓的痛覺信息傳遞產生去抑制作用［6］。內源性大麻素系統是中樞神經系統中控制疼痛傳導和針刺鎮痛的重要神經調節系統，其介導的抗傷害作用在下行抑制性鎮痛通路的激活中起到重要作用［7-8］。
vlPAG中的GABA能神經元和谷氨酸能神經元在傷害性信息處理中起著重要而又復雜的作用。在vlPAG中微量注射谷氨酸激動劑或GABA拮抗劑可以產生顯著的抗傷害性刺激效應［9,10］。大麻素受體1(Cannabinoid receptor 1, CB1)在PAG中GABA能神經元和谷氨酸能神經元的神經末梢均有表達，CB1受體的激活可能調節GABA能和谷氨酸能神經元的傳遞［11-12］。之前的研究結果表明，CB1受體參與電針鎮痛［13］。那么vlPAG中GABA能神經元和谷氨酸能神經元是否參與CB1受體介導的電針鎮痛呢？
2019年5月17日，華中科技大學同濟醫學院神經生物學系李熳團隊在《Frontiers in Neuroscience》上在線發表了題為“Inhibition of GABAergic Neurons and Excitation of Glutamatergic Neurons in the Ventrolateral Periaqueductal Gray Participate in Electroacupuncture Analgesia Mediated by Cannabinoid Receptor”的文章。該研究發現了電針通過CB1受體激活vIPAG中GABA能神經元和抑制谷氨酸能神經元而發揮鎮痛作用，vIPAG中GABA能神經元上的CB1受體是電針鎮痛的重要靶點。該研究為電針能夠通過CB1受體雙向調控vIPAG中的GABA能神經元和谷氨酸能神經元而產生鎮痛效應的機制提供了新的實驗證據。
電針能有效降低CCI和KOA小鼠的疼痛敏感性
首先，團隊對小鼠采用與大鼠坐骨神經慢性損傷（CCI）［14］類似的方法，使其產生神經病變來制備CCI模型；采用左膝關節內注射碘酸單鈉（MIA）來誘導膝骨關節炎（KOA）模型。通過電針治療CCI和KOA小鼠，發現電針顯著增加其機械痛閾值和熱痛閾值（圖1A-D）。并且在條件性位置偏愛實驗中，小鼠在與電針治療進行條件性配對后，逗留在明箱的時間顯著增加（圖1E-H）。
圖1.電針能有效降低CCI和KOA小鼠的疼痛敏感性
抑制vlPAG中GABA能神經元產生鎮痛效應
課題組為了驗證抑制vlPAG中的GABA能神經元是否可以發揮鎮痛作用，應用了化學遺傳學策略，將rAAV-mDlx-CRE-WPRE-pA病毒和rAAV-hSyn-DIO-hM3D(Gi)-mCherry-WPRE-pA病毒混合物注射到CCI和KOA小鼠vlPAG的右側，目的是特異性的抑制GABA能神經元的活動 (圖 2A)。這種病毒混合物同樣注射到GAD67-GFP小鼠的右側vlPAG區，用來驗證病毒的轉染效率(圖2B, C)。vlPAG中約有80.5%標記上的神經元和GAD67-GFP陽性神經元共定位(圖 2D)。
圖2.病毒混合物標記率
隨后，化學遺傳抑制CCI和KOA小鼠GABA能神經元，能有效地模擬電針的效應，包括鎮痛效應(圖3A–H).
圖3.VlPAG中GABA能神經元的化學遺傳抑制能模擬EA的效應
激活vlPAG中GABA能神經元只能部分減弱電針的鎮痛效應
接下來，為了驗證激活GABA能神經元是否能翻轉電針的鎮痛的效應。團隊將rAAV-mDlx-CRE-WPRE-pA病毒和rAAV-hSyn-DIO-hM3D(Gq)-mCherry-WPRE-pA病毒混合物注射到CCI和KOA小鼠vlPAG中以達到激活GABA能神經元的目的。
意外地發現，激活vlPAG中GABA能神經元后只能部分降低電針治療組小鼠的機械痛閾值和熱痛閾值(圖 4A-D)，同時也只能部分降低條件性位置偏愛實驗中小鼠待在明箱的時間（圖4E-H）。
圖4.vlPAG中GABA能神經元的化學激活僅部分減弱了EA的效應