流行病学研究显示50%以上慢性疼痛患者伴有抑郁情绪，60%以上抑郁症患者伴有躯体疼痛。疼痛和抑郁一旦共病，恶性循环，易发展成难治性病症(药物治疗不敏感)。面临的巨大挑战是其发病的神经机制尚不清楚，一直是临床治疗的难点。
中国科学技术大学生命科学与医学部张智课题组长期致力于疼痛与情绪交互作用的神经机制研究，前期研究解析了慢性疼痛导致抑郁情绪的皮层下神经环路机制（Nature Neuroscience，2019）。物理手段干预特定脑区或神经环路是当前治疗药物不敏感的神经系统疾病的热点，例如重复经颅磁刺激（rTMS）和深部脑刺激等。不同干预手段各具优缺点，以rTMS为例，无创和副作用小，但对干预靶点的精准性要求高，并且干预的有效深度还只局限于皮层。课题组和临床合作研究发现rTMS干预强迫症患者特定皮层可缓解症状（PNAS，2019）。因此，课题组在过去的基础上进一步解析疼痛与情绪交互作用的皮层神经环路基础。
近日，张智课题组与中国科大附属第一医院（安徽省立医院）麻醉科李娟团队联合研究发现，抑郁情绪产生的躯体疼痛与组织损伤产生的疼痛存在不一样的丘脑-皮层神经环路基础，成果以“Distinct thalamocortical circuits underlie allodynia induced by tissue injury and by depression-like states”为题，于北京时间2021年3月9日在线发表于《Nature Neuroscience》杂志。
丘脑是痛觉信息传导的中继站，汇聚整合来自脊髓和脑干等核团的疼痛信号，最后通过丘脑-皮层连接对疼痛信息区分和精细加工。该研究以小鼠足底炎症和神经结扎作为组织损伤疼痛模型，综合运用病毒示踪、在体多通道/光纤记录和双光子钙成像等手段研究发现，丘脑后核（PO）投射至初级感觉皮层（S1）的神经环路（POGlu→S1Glu）参与组织损伤产生的痛敏。此外，慢性应激产生抑郁样行为的小鼠也表现出痛敏（作为抑郁症患者躯体疼痛的动物模型）。有意思的是，在该模型动物上，调控POGlu→S1Glu神经环路活性并不能影响痛敏行为，但却发现丘脑束旁核（PF）投射至前扣带回皮层（ACC）神经环路（PFGlu→ACCGABA→Glu）参与抑郁情绪产生的痛敏。本研究不仅为不同病因产生的躯体疼痛（临床治疗方案和治疗效果也不尽相同）发病机理提出了深入的和新的理论见解，也可能为临床上利用rTMS等精准靶向特定神经环路开展物理干预治疗提供新策略。
组织损伤和抑郁情绪产生痛敏的丘脑-皮层神经环路模式图
中国科大生命科学与医学部研究生唐皓迪和董婉莹，及中国科大附属第一医院麻醉科博士后朱霞和康芳主任为共同第一作者，张智、李娟和晋艳为共同通讯作者。该研究的合作者包括中国科大的薛天、宋晓元和张艳（附一院神经内科），以及合肥市第四人民医院张许来和谢雯主任，得到了国家基金委、合肥微尺度物质科学国家研究中心、合肥大科学中心、中科院脑功能与脑疾病重点实验室和中国科学技术大学的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41593-021-00811-x
中国科学技术大学生命科学与医学部