小鼠痛觉诱导社交缺陷中前扣带回皮层神经元的亚型特异性功能

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疼痛是一种复杂的现象，既包括感觉上，也包括情感上的。虽然广泛的研究已经检查了与疼痛相关的并发症，包括焦虑、抑郁和认知障碍等，但疼痛引起的社会缺陷背后的神经机制仍然知之甚少。前扣带回皮质(ACC)是参与疼痛处理和社会行为的关键脑区。ACC由不同的神经元组成，对这些功能施加不同的、有时是相反的影响。为了解决这些问题，我们使用炎性疼痛的完全弗氏佐剂(CFA)模型和神经病理性疼痛的备用神经损伤(SNI)模型来研究慢性疼痛与小鼠社会行为改变之间的关系。

1.疼痛导致小鼠社交功能障碍

为了考察疼痛对社会行为的影响，采用了两种已建立的疼痛模型：SNI诱导的神经病理性疼痛和CFA注射诱导的炎症性疼痛(图1A)。分别使用von Frey细丝测试和Hargreaves测试评估机械性痛觉过敏和热痛敏(图1B)，同时使用三室社交测试评估社会行为(图1C)。术后5天发现SNI小鼠表现出显著的机械痛觉异常(图1D)。在社会偏好测试中，SNI小鼠在社会刺激下的社会互动时间显著减少(图1E)。

用10μL CFA处理的小鼠在社会偏好和社会新颖性方面都表现出缺陷(图1K和1L)，同时保持了正常的偏好指数。相比之下，用5μL CFA处理的小鼠保持了正常的社会偏好(图1N)，但表现出受损的社会新奇行为(图1O)，同样没有偏好指数的变化。重要的是，这些发现将与炎症性疼痛相关的运动抑制与观察到的社会行为缺陷分离开来，这在炎症性疼痛和神经病理性疼痛模型中都是明显的。

图1 疼痛导致小鼠社交功能障碍。

2.减轻疼痛改善疼痛引起的小鼠社交缺陷

鉴于疼痛表达与社交缺陷之间的密切联系，我们接下来询问降低疼痛严重程度是否可以逆转疼痛诱导的社交障碍(图2A-C)。在注射20、10或5μL的CFA的小鼠中，机械和热过敏逐渐缓解，分别在第34天(图2D)、第22天(图2G)和第18天(图2J)恢复到基线水平。在伤害性阈值正常化的同时，三箱社交实验显示，在相应时间点，20μL(图2E-F)、10μL(图2H-I)和5μL(图2K-L)CFA处理的小鼠的社会偏好和社会新奇行为都得到了恢复。这些结果表明，AICAR介导的社会行为救援依赖于局部疼痛缓解，而不是中枢中介效应。

图2 疼痛缓解缓解疼痛引发的社会缺陷。

3.痛激活ACC CaMKII+神经元改变兴奋性/抑制性神经传递

免疫荧光定量分析显示，c-Fos阳性的GAD67⁺神经元的比例在生理盐水处理的小鼠和CFA处理的小鼠之间没有差异(图3A-B)，表明炎性疼痛并不广泛激活ACC中的抑制神经元。相反，在注射rAAV-CaMKIIα-EGFP标记CaMKII+神经元的野生型小鼠中，注射CFA后2天，CaMKII⁺神经元中c-Fos的表达显著增加(图3C-D)。这些结果表明，炎性疼痛优先激活ACC中的兴奋性锥体神经元，而不相应地增加抑制性神经元的激活。

为了进一步表征疼痛对抑制微电路的影响，我们研究了GABA能中间神经元的主要亚型，包括PV⁺、SSt⁺和VIP⁺神经元的分布和激活(图3e)。最后，为了确定疼痛是否改变了群体水平的兴奋性和抑制性神经传递，我们在自由活动的小鼠身上进行了活体微透析(图3H-I)。高效液相分析显示，注射CFA后，细胞外谷氨酸水平显著增加(图3J)，同时细胞外GABA水平显著降低(图3K)。综上所述，这些发现表明，炎症性疼痛通过增强CaMKII⁺神经元的激活和改变兴奋性/抑制性神经递质平衡来诱导ACC向兴奋性优势转变。

图3 疼痛选择性激活Acc区CaMKII⁺神经元并改变兴奋性/抑制性神经

4.双向调节ACC-GABA能神经元不同程度地减轻疼痛和社会缺陷

为了探讨ACC GABA能神经元活动在疼痛处理和社会行为中的作用，用纤维光度法检测了ACC GABA能神经元表达GCaMP6的GAD2-Cre小鼠。实验设计的示意图如图4A-D所示。在社会互动中，生理盐水处理的小鼠在接近社会目标时，ACC GABA能神经元活动持续减少，包括空笼、陌生笼、熟悉和新奇的小鼠(图4E)。社会偏好(陌生笼与空笼；图4F)和社会新颖性(新奇与熟悉；图4G)都与钙信号的更大减少有关。

接下来，我们使用化学发生和光遗传操作研究了ACC GABA能神经元在疼痛和社会缺陷中的因果作用(图4K-L)。然而，hM3D(Gq)介导的激活导致了社会偏好和社会新颖性的缺陷(图4N-O)。总而言之，这些发现表明，ACC GABA能神经元对疼痛和社会行为施加双向和分离的控制：激活优先调节伤害性感受，而抑制选择性地挽救疼痛引起的社会缺陷。

图4 ACC GABA能神经元双向调节对疼痛和社会行为的不同调节。

5.ACC PV+神经元双向调节疼痛和社会偏好，但不影响社会新颖性

为了分析ACC PV+神经元在疼痛处理和社会行为中的作用，对选择性表达GCaMP6的PV-CRE小鼠进行了纤维光度测定(图5A-D)。在社会互动中，生理盐水处理的小鼠在接近社会目标时，PV+神经元活动减少，包括空笼、陌生笼、熟悉的和新的小鼠(图5E)。社会偏好行为(陌生笼与空笼)与钙信号的显著减少相关(图5F)，而社会新奇行为(新奇与熟悉)不会诱导PV+神经元活动的显著调节(图5G)。接下来，我们使用化学发生操作研究了ACC PV+神经元在疼痛诱导的社会缺陷中的因果作用(图5K-L)。通过hM3D(GQ)对PV+神经元进行化学激活并没有改变机械或热痛阈值(图5M)，但诱导了社会偏好的缺陷，而不影响社会新颖性(图5N-O)。总而言之，这些结果表明，ACC PV+神经元双向调节疼痛和社会偏好，但不调节社会新鲜感的加工。

图5 ACC PV+神经元双向调节疼痛和社会偏好，但不调节社会新颖性。

6.ACC SST+神经元独立于痛觉调节社会新颖性缺陷

为了研究ACC SST+神经元在伤害性感觉和社会行为中的作用，在机械疼痛测试和三腔社会互动分析中，对表达GCaMP6的SST-CRE小鼠进行了纤维光度测定(图6A-D)。在社会互动中，盐水处理的小鼠在接近社会目标时，SST⁺神经元活性降低，包括空笼、陌生笼、熟悉的和新的小鼠(图6E)。在社会偏好阶段，钙信号减少的幅度在接近陌生笼和空笼的方法之间没有差异(图6F)。

在接受CFA治疗的小鼠中，尽管社交目标附近的SST+神经元活动的基线减少得以保留，但社交新奇阶段的钙信号调制被中断，而社交偏好期间的反应保持不变(图6H-J)。这些发现表明，ACC SST+神经元优先编码社会新奇信息，炎性疼痛选择性地扰乱了这一编码过程。

图6 ACC-SST+神经元不依赖于疼痛而选择性地调节社会新颖性。

7.ACC VIP+神经元不参与痛觉处理或社会行为

为了检验ACC VIP⁺神经元是否参与疼痛处理或社会行为，我们记录了在机械伤害刺激和三室社交任务中表达GCaMP6的VIP-CRE小鼠的钙活动(图7A-D)。在社会互动中，生理盐水处理的小鼠在接近社会目标时显示出稳定的VIP⁺神经元活动，包括空笼、陌生笼、熟悉的和新的小鼠(图7E-G)。同样，尽管在社会偏好和社会新颖性方面表现出缺陷，但经CFA处理的小鼠在社会偏好阶段(陌生笼VS空笼)或社会新奇阶段(新奇VS熟悉；图7H-J)没有显示出VIP⁺神经元钙信号的显著调节。

为了直接检验因果关系，我们对ACC VIP⁺神经元进行了化学激活或抑制(图7K-L)。在盐水处理的小鼠中，化学生成激活[hM3D(Gq)]或抑制[hM4D(Gi)]都没有改变机械或热痛阈值，也没有影响与mCherry对照组相比的社会偏好或社会新奇行为(图7M-O)。同样，在CFA治疗的小鼠中，激活或抑制血管活性肠肽⁺神经元既不能改善疼痛过敏，也不能挽救社会缺陷(图7P-U)。

图7 ACC VIP+神经元不调节疼痛或社会行为。

8.ACC CaMKII+神经元双向调节疼痛和社会偏好，但不调节社会新颖性

为了直接检测ACC AMKII⁺神经元的作用，我们进行了纤维光度测定(图8A-D)。在社会互动中，生理盐水处理的小鼠在接近社会目标时表现出更高的CaMKII⁺神经元活性，包括空笼、陌生笼、熟悉的和新的小鼠(图8E)。在社会偏好阶段，钙信号在接近陌生老鼠的过程中明显更高(图8F)。同样，在社会新奇阶段，与熟悉的小鼠相比，接近新小鼠时CaMKII⁺神经元的活性显著升高(图8G)。在接受CFA治疗的小鼠中，社会靶点附近升高的CaMKII⁺神经元活性得以保留(图8H)。

在接受CFA治疗的小鼠中，hM3D(Gq)介导的激活未能改善机械痛觉异常或热痛觉过敏(图8P)，但选择性地挽救了社会偏好缺陷，而没有改善社会新颖性缺陷(图8Q-R)。相反，hM4D(GI)介导的抑制显著减轻了机械和温度过敏(图8S)，但并没有挽救社会偏好或新颖性的缺陷(图8T-U)。

图8 ACC CaMKII+神经元双向调节疼痛和社会偏好，但不调节社会新颖

9.对ACC的泛神经元调节独立于伤害性信息处理减轻社会偏好缺陷

为了评估ACC神经元对疼痛处理和社会行为的集体贡献，在野生型小鼠中使用由hSyn启动子驱动的泛神经元结构(图9A-B)。社会行为分析揭示了一种分离的模式。虽然表达mCherry的小鼠表现出完整的社会偏好和社会新颖性，但hM3D(Gq)介导的激活和hM4D(Gi)介导的抑制都选择性地诱导社会新颖性缺陷，而不影响社会偏好(图9D-E和9G-H)。综上所述，这些发现表明，对ACC的泛神经元抑制足以在不改变伤害性加工的情况下缓解与疼痛相关的社会偏好缺陷，加强ACC介导的社会行为调节和疼痛感知之间的分离。

图9 ACC的泛神经元化学发生调节选择性地调节社会行为。

结论

总之，我们的结果强调了开发特定回路和通路的治疗策略来分离疼痛和社会功能障碍的必要性。继续研究ACC神经元亚型及其下游连接的确切作用，对于推进针对疼痛相关社会缺陷和相关神经精神疾病的有针对性的干预至关重要。

作者提示: 个人观点，仅供参考

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