Nat Commun：疼得睡不着？徐州医科大学曹君利/安述明团队揭示NAc神经元集群驱动疼痛与睡眠障碍

慢性疼痛患者常常睡不好，而长期失眠又会让人对疼痛更敏感，这种“疼得睡不着，睡不好更疼”的恶性循环，临床上非常常见，但背后的脑机制一直不清楚。

基于此，徐州医科大学曹君利&安述明研究团队在Nature Communications杂志发表了“A common neuronal ensemble in nucleus accumbens regulates pain-like behaviour and sleep”揭示了伏隔核中一个常见的神经元集群调控类疼痛行为和睡眠。

作者在小鼠伏隔核（NAc）中鉴定出一个兼具调控慢性疼痛和觉醒-睡眠功能的D1型神经元集群。该集群在慢性缩窄性损伤或完全弗氏佐剂诱导的伤害性刺激下以及在觉醒期间均表现出活动增强。实验激活这些神经元会加剧疼痛样行为并减少非快速眼动（NREM）睡眠，而抑制则产生相反效果。机制上，该集群通过发散投射实现功能分离：投射至腹侧被盖区（VTA）的通路特异性介导伤害性反应，沉默该通路仅增强疼痛感知而不影响睡眠；而投射至视前区（POA）的通路则选择性调控NREM睡眠，抑制后仅减少睡眠而无碍疼痛感知。这些结果表明，NAc中存在一个共享的神经元集群，通过不同下游环路分别编码慢性疼痛与睡眠调控，为疼痛-失眠共病提供了关键的神经环路解释。

图一 具有双重功能的伏隔核神经元集群

临床前和临床研究均发现慢性疼痛常伴随睡眠障碍。作者在小鼠中通过慢性缩窄性损伤（CCI）建立该共病模型，发现CCI小鼠持续表现出痛觉过敏（足底缩回阈值降低）并伴有NREM睡眠减少、觉醒时间延长。

为探究其神经机制，研究利用c-Fos-tTA转基因小鼠结合Tet-Off病毒系统，在伏隔核（NAc）中特异性标记了CCI激活的神经元，这些神经元高表达ChR2光敏通道且几乎全部与c-Fos阳性重合。

光电极记录显示，这群神经元对非伤害性机械刺激高度敏感，仅在CCI小鼠中放电显著增强；同时，它们在觉醒期放电率最高，NREM睡眠期最低，并能快速响应睡眠-觉醒状态转换。相比假手术组或未被标记的NAc神经元，它们对觉醒-NREM和REM-NREM状态的调制显著更强。

这些结果表明，CCI激活了一群具有双重功能的NAc神经元集群：既编码慢性疼痛信号又优先在觉醒时活跃，从而可能共同驱动痛觉过敏与睡眠障碍，为疼痛-失眠共病提供了关键的神经环路基础。

图二 激活伏隔核神经元集群会加剧类疼痛行为并增加觉醒时间

为了验证NAc中被慢性疼痛激活的神经元集群是否真正驱动疼痛和睡眠障碍，作者进行了因果性实验。在CCI小鼠中，用10 Hz光遗传刺激该集群，显著加剧了痛觉过敏（足底缩回阈值和潜伏期降低），但在假手术小鼠中无此效应；同样，10 Hz刺激还能迅速将小鼠从NREM睡眠唤醒，增加觉醒时间，且这一效果在CCI小鼠中尤为明显。值得注意的是，这些操作不影响小鼠的基本运动（）能力。

进一步发现，人为剥夺6小时睡眠也能加重CCI小鼠的疼痛敏感性，效果与激活该神经元集群相似，提示“觉醒增多”本身可能加剧疼痛。

更重要的是，当作者特异性标记并操控未被疼痛激活的NAc神经元（即“非集群神经元”）时，无论激活与否，均既不改变疼痛反应，也不影响睡眠。

综上，只有那些被慢性疼痛激活的NAc神经元才具备双重功能，既能调控伤害性感知，又能促进觉醒，是疼痛-失眠共病的核心神经单元。

图三 在炎症性疼痛中形成的伏隔核神经元集群

为进一步验证NAc中双重功能神经元集群是否具有普适性，作者在CFA模型中进行了研究。CFA小鼠在注射后第3至20天持续出现机械性痛觉过敏，至第24天疼痛基本恢复。然而，此时若用10 Hz光遗传激活此前被CFA激活并标记的NAc集群，仍能显著降低痛阈、减少NREM睡眠并增加觉醒，而在对照组中无此效应。

更关键的是，当对已从疼痛中恢复的CFA小鼠实施睡眠剥夺后，这些原本“沉默”的NAc集群神经元重新被激活（表现为c-Fos与mCherry高度共标），同时小鼠再次出现痛觉过敏。相比之下，生理盐水对照组几乎无此反应。

这一结果与之前在CCI模型中的发现高度一致，表明：无论神经病理性还是炎症性慢性疼痛，都会在NAc中形成一个可被睡眠剥夺再激活的、兼具调控疼痛与觉醒功能的神经元集群。这提示该集群可能是多种慢性疼痛共有的核心神经环路机制。

图四 伏隔核双重功能神经元集群通过发散投射分别调控疼痛与睡眠

为明确NAc双重功能神经元集群如何分别调控疼痛与睡眠，作者采用双病毒跨突触策略，精准靶向其下游通路。

作者发现：选择性抑制NAc→POA能立即诱发小鼠从NREM睡眠转为觉醒；而抑制NAc→VTA却不影响睡眠。这些效应仅在CCI小鼠中出现，假手术组无反应。早期直接激活轴突末梢时观察到的双重效应，很可能是因逆向激活导致侧支通路“串扰”所致。

新方法排除了这一干扰，清晰揭示：NAc集群通过发散投射实现功能分化：POA通路专司睡眠-觉醒调控，VTA通路特异性介导伤害性感知，从而解释了慢性疼痛与失眠共病的环路基础。

总结

本研究发现NAc神经元集群可同时调控睡眠和类疼痛行为，提示以NAc为核心的干预策略例如深部脑刺激或经颅磁刺激可能成为治疗该共病的新方向。此外，未来也可致力于筛选能够靶向NAc集群神经元的小分子化合物，用于开发新型联合疗法。

文章来源：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-40450-3

欣软产品应用

欢迎转发分享