作者：復旦大學 魚子醬

痛苦和恐懼是相互關聯的兩種獨立行為狀態^[1]。在危險面前，恐懼會強烈地壓制疼痛，這對生物的生存至關重要^[2]。已有研究表明，阿片類和內源性大麻素能的機制可通過脊髓下行通路抑制疼痛信息傳遞^[3]。然而，疼痛引起的恐懼記憶也被認為是慢性疼痛的關鍵誘發因素，對疼痛的恐懼會引發回避行為并加劇疼痛^[4]。但目前為止，這種恐懼與疼痛相互作用的神經生物學機制仍然相知甚少。

最近，Rohini Kuner團隊在Nature Neuroscience上發表了題為 “Prefrontal engrams of long-term fear memory perpetuate pain perception”的文章，他們通過標記和操縱engram研究了長期恐懼記憶與疼痛感知之間的相互作用^[5]。

首先，研究者們將目光聚焦在長期記憶儲存和疼痛都相關的關鍵腦區 -- 前邊緣皮層(PL, prelimbic)。首先作者通過AAV病毒載體( pAAV-cFos-tTA及 pAAV-6P-Cmini.iCRE-mCherry)將兩套基因系統同時整合到小鼠PL腦區神經元中，構建起”Tet-Off”系統。其中c-Fos的表達可以引起另一套系統中報告蛋白(mCherry)的表達，而Doxycycline則可阻斷這兩套系統的聯系，因此通過Doxycycline就可以打開或關閉時間窗，從而可在特定時間內標記活躍的神經元（圖1a）。

通過”Tet-Off”系統，作者分別標記了疼痛與恐懼記憶時被激活的神經元，通過cFos蛋白的染色結果發現這兩個時期被標記到的神經元有高度重疊，這些結果表明PL中有一類神經元不僅編碼恐懼記憶，又與疼痛反應密切相關（圖1b、c）。

為了評估這類與疼痛和恐懼記憶都相關的神經元的功能，研究者們通過光遺傳學操縱了這類神經元。基于”Tet-Off”系統，研究者們將病毒換成了可編碼光遺傳學相關蛋白(ArchT或ChR2)的病毒（ pAAV-ITR-PTREtight-ArchT2A-Venus-WPRE-pA-ITR，AAV1/AAV2-ITR-PTREtight-ChR2-eYFP-WPRE-pA-ITR）（圖2d），從而可以通過光遺傳的手段操縱這類神經元。當通過光遺傳學激活長期恐懼印記細胞時，小鼠疼痛現象加?。划敼膺z傳學抑制長期印記細胞時，小鼠疼痛行為也被抑制（圖2e）。而通過光遺傳學操縱PL區隨機細胞群（Tet-Off系統結合rAAV-hSyn-ArchT2A-Venus）時，小鼠疼痛相關的行為并未發生改變（圖3）。

研究者們除了對后天形成的恐懼進行了研究之外，對先天恐懼也進行了研究。他們通過同樣的”Tet-Off”系統結合TMT（狐貍尿液與糞便中存在的物質）觀察小鼠對先天恐懼的反應（圖4d），并標記相對應的神經元。后續通過光遺傳學的手段操縱先天恐懼印記細胞發現，激活先天恐懼印記細胞會抑制疼痛（圖4d）。

圖1：Tet-Off系統標記恐懼印記與疼痛會引起共同的神經元響應

圖2：光遺傳學激活長期恐懼記憶印記細胞會引起疼痛反應改變

圖3：光遺傳學操縱PL其它細胞不會引起疼痛相關反應的變化

圖4：光遺傳操縱先天恐懼引起細胞會影響對疼痛的響應

臨床上有研究表明，患有慢性疼痛的患者常有痛覺過敏的癥狀，因此研究者們也對恐懼印記細胞和慢性疼痛敏感性的關系進行了探索。首先他們對已建立長期恐懼的小鼠建立慢性神經病理性疼痛模型，結果觀察到小鼠的非損傷側超敏反應得到顯著提高（圖5a），慢性疼痛模型小鼠PL區疼痛和恐懼相關的細胞重疊度也更多（圖5b、c）。

圖5：具有恐懼記憶小鼠的對疼痛超敏反應增強

那么是否可以通過抑制長期恐懼記憶印記緩解慢性疼痛呢？作者對慢性疼痛小鼠的長期記憶印記細胞進行了光遺傳學操縱（圖6a）。當通過光遺傳學方式抑制恐懼記憶印記細胞時，小鼠對疼痛的敏感度顯著降低（圖6b、c），但光遺傳抑制PL任意神經元時，小鼠對疼痛的敏感性并無明顯變化（圖6d、e）。

圖6：抑制長期恐懼記憶可降低炎癥性疼痛和神經性疼痛中已建立的痛覺超敏反應

這項研究探索了長期恐懼記憶與疼痛通路的細胞生物學機制，研究發現激活前額葉皮層神經元的恐懼記憶可以加劇對疼痛的感知，而抑制這類神經元則可以抑制疼痛和病理性超敏反應。這些結果也表明可以通過消除恐懼記憶治療慢性疼痛，有望通過此機制開發新的疼痛治療和干預措施。