Адренергическая передача сигналов астроцитам передней поясной извилины способствует возникновению боли

Биология связи, том 6, Номер статьи: 10 (2023) Цитировать эту статью

1768 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Боль имеет как сенсорное, так и аффективное измерение. Мы определяем роль норадреналина в колоректальном вздутии (подпороге острой боли), вызванном условным избеганием места и экспрессией генов пластичности в передней поясной извилине (ACC). Активация нейронов ACC, проецирующих голубое пятно (LC), облегчает вызываемую болью аверсивную консолидацию и память, в то время как ингибирование нейронов ACC, проецирующих LC, обратимо блокирует ее. Оптогенетическая активация астроцитов АСС способствует аверсивному поведению. Манипуляции с астроцитарным Gi ACC подавляли аверсивное поведение и раннюю экспрессию генов пластичности, индуцированную оптоактивацией нейронов LC, проецирующихся на ACC. Доказательства критической роли β2AR в астроцитах ACC были предоставлены с использованием AAV, кодирующего β2AR miRNAi, для нокдауна β2AR в астроцитах. Напротив, оптоактивация астроцитарных β2AR ACC способствует развитию аверсивной памяти. Наши результаты показывают, что специфичная для проекции адренергическая астроцитарная передача сигналов при АКК является неотъемлемой частью общесистемной нейромодуляции в ответ на висцеральные стимулы и играет ключевую роль в обеспечении консолидации связанного с болью отвращения и формировании памяти.

Боль — это сознательное субъективное переживание, которое чаще всего вызывается ноцицептивной стимуляцией; активация ноцицепторов и ноцицептивных путей, несомненно, вызывает боль. С другой стороны, многочисленные данные указывают на то, что ноцицепторы могут быть активными при отсутствии восприятия боли1. Боль включает в себя как сенсорные, так и аффективные элементы. Предыдущие электрофизиологические исследования выявили чувствительные к колоректальному вздутию (CRD) нейроны в ACC2,3,4. Мы определили, что острая спланхникэктомия в сочетании с пересечением тазового нерва полностью устраняет реакции нейронов ACC, вызванные CRD2, что позволяет предположить, что периферические афферентные входы от CRD передаются через тазовые и внутренностные нервы в ACC, вызывая ответы нейронов ACC на CRD2. Используя модель хронической висцеральной гиперчувствительности на крысах, сенсибилизированных к альбумину куриного яйца, мы ранее показали, что анафилаксия толстой кишки увеличивает сенсибилизацию передней поясной извилины (ACC). Выполнение колоректального растяжения (CRD) с болезненным давлением растяжения индуцировало висцеромоторный рефлекс5 (псевдоаффективный рефлекс) в виде болевого восприятия, аллодинии и гипералгезии у висцерально сверхчувствительных крыс2,3,4,6. Сообщалось об изменениях синаптической пластичности в медиальных синапсах таламуса и АСС у крыс с висцеральной гиперчувствительностью3.

Аффективное измерение боли состоит из чувства неприятности. АКК играет решающую роль в аффективно-аверсивном переживании боли7,8,9,10,11. Механизмы усиления отвращения при хронической боли широко исследовались с использованием повреждающей стимуляции. Предыдущие исследования с использованием животных моделей с хронической болью показали, что обработка острой боли активируется во время восстановления обусловленного болью пассивного избегания12,13.

Исследования визуализации человеческого мозга и исследования аверсивного поведения на грызунах предоставили достаточные доказательства того, что восприятие боли отличается от ноцицепции1. Со временем и предыдущим эмоциональным обучением ноцицептивная активация проявляется в самой боли14. Хотя боль состоит из сенсорных и аффективных элементов, моделям боли у животных явно не хватает поведенческого индекса для оценки аффективного компонента боли. Используя анализ, связанный с болью на грызунах, который сочетает в себе колоректальное растяжение (величина CRD ≤35 мм рт. ст.) с избеганием места кондиционирования (CPA), мы измерили приобретенное поведение, которое напрямую отражает аффективный компонент боли, вызванной висцеральной стимуляцией, и развивает значительное отвращение, ассоциативное научение. и память15,16. В этом исследовании мы используем CRD с величиной ≤ 35 мм рт.ст., подпорог восприятия боли, в качестве ноцицептивной стимуляции в сочетании с парадигмой CPA, чтобы продемонстрировать, что, когда CRD сочетался с особым контекстом окружающей среды, крысы проводили в этом состоянии значительно меньше времени. отличная среда в дни испытаний после кондиционирования по сравнению с днем предварительного кондиционирования, что указывает на то, что крысы, подвергнутые висцеральной ноцицептивной стимуляции, испытывали значительное отвращение, которое может поддерживать ассоциативное обучение и память15,16.

93% loss of DβH immunoreactivity compared with vehicle rats (Fig. 1a, b and Supplementary Data 1). On test days, depletion of noradrenergic neurons induced a significant decrease in the CPA score (Fig. 1c; Supplementary Table 1 and Supplementary Data 1)./p> 0.05./p> 28% and specificity > 95% (Fig. 2d, e and Supplementary Data 1). On test days, optogenetic inhibition of LC neurons, during training or before testing days, dramatically reduced the CPA score (Fig. 2a, f, g, Supplementary Table 2 and Supplementary Data 1). In contrast, optical inhibition of noradrenergic neurons in the absence of CRD has no effect on CPA score (Supplementary Fig. 3a, b and Supplementary Data 1)./p> 0.9999, two-way ANOVA with Bonferroni test). h Representative images of c-Fos expression in EYFP and eNpHR3.0 rats. Scale bar: 50 µm. i Quantification of c-Fos+ cells in the LC and ACC region after optogenetic inhibition (n = 3–5 rats/group, 3 sections from each animal; **p < 0.0083; t5 = 4.224 (LC); ***p < 0.0001, t6 = 9.946 (ACC), unpaired t-test). Results are presented as mean ± SEM. ns = non-significant, p > 0.05./p> 0.05. Propran = propranolol./p>26.5% and specificity >94% (Fig. 4c–e, Supplementary Fig. 1b, and Supplementary Data 1). On test days, optogenetic activation of noradrenergic neurons during training and before testing days significantly increased the CPA score (Fig. 4b, f, Supplementary Fig. 1f, Supplementary Table 4, and Supplementary Data 1). Further, we report that optical stimulation of noradrenergic neurons in the absence of CRD does not affect the CPA score (Supplementary Fig. 3a, c and Supplementary Data 1)./p> 0.05. Propran = propranolol./p>95%) and specificity (>97%; Supplementary Fig. 1c, d and Supplementary Data 1). We found that optogenetic activation of ACC astrocytes during conditioning significantly promoted the CPA score (Supplementary Fig. 1e, Supplementary Table 5, and Supplementary Data 1). Additionally, we report that optical stimulation of ACC astrocytes in the absence of CRD does not change the CPA score (Supplementary Fig. 3a, d and Supplementary Data 1)./p>87% S100β+ cells expressed opto-β2AR+ with a specificity of >97% (Fig. 5a–c and Supplementary Data 1). On test days, optogenetic activation of astrocytic β2ARs during training or before testing days significantly promoted the CPA score (Fig. 5d, e, Supplementary Table 5, and Supplementary Data 1). In addition, we showed opto-activation of β2ARs in ACC astrocytes had no effects on U69593-induced CPA (Fig. 5f, Supplementary Table 5, and Supplementary Data 1). Further, optical stimulation of ACC astrocytic β2ARs in the absence of CRD does not change the CPA score (Supplementary Fig. 3a, e and Supplementary Data 1). In separate group of rats, we also showed that photoactivation of astrocytic β2ARs did not change the VMR to graded pressure of CRD (Supplementary Fig. 2c, d and Supplementary Data 1)./p> 0.05. TD1 = Test day 1. HC = home cage./p>89 % GFAP+ cells in ACC area expressed rβ2AR-mCherry with >96% specificity (Fig. 6a, d, e and Supplementary Data 1). Moreover, co-staining with microglia activation marker Iba1 showed no overlap with β2AR mCherry+ cells (Supplementary Fig. 6a). When co-stained with the neuronal nuclear marker NeuN, it offered approximately 1.84% off-target expression in the ACC neurons (Supplementary Fig. 6b, c and Supplementary Data 1)./p> 0.05./p>88% ACC NeuN+ cells expressed β2AR-mCherry with >98% specificity (Supplementary Fig. 7a, d, e and Supplementary Data 1). The histochemical staining shown that injection of miRNAi into ACC region produced significant reduction in the expression of neuronal β2ARs (Supplementary Fig. 7b, c, f and Supplementary Data 1). The western blot data further confirmed that knockdown effect was more robust in miRNAi(rβ2AR) compared to the negative control rats (Supplementary Fig. 7g and Supplementary Data 1). Notably, on test days, knockdown of ACC neuronal β2ARs has no significant effect on the CPA score (Supplementary Fig. 7h, Supplementary Table 6, and Supplementary Data 1). Intriguingly, taken together, the data demonstrate that ACC astrocytic β2ARs, not the neuronal β2ARs, are required for aversive memory formation./p>87% of GFAP+ cells in the ACC region expressed hM4Di-mCherry with a specificity of >94% (Supplementary Fig. 9a–c and Supplementary Data 1). When co-stained with neuronal nuclear marker, <5.5% of hM4Di-mCherry+ cells overlapped with ACC neurons (Supplementary Figure 6d, e and Supplementary Data 1). On test days, activation of the Gi pathway in ACC astrocytes before training or before testing days substantially blocked the CPA memory (Supplementary Fig. 9d, e, Supplementary Table 7 and Supplementary Data 1). In a separate group of rats, we also showed that the CNO (1 mg/kg b.w) treatment before conditioning itself does not affect the CPA score and c-Fos expression in the ACC region (Supplementary Fig. 10a–d and Supplementary Data 1)./p> 0.05./p>

Новости