2023年6月13日，廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱：廣東省智能院）張旭研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Cell Research》(細(xì)胞研究)上發(fā)表了題為“A direct spino-cortical circuit bypassing the thalamus modulates nociception”的論文，該研究綜合利用神經(jīng)環(huán)路示蹤、電鏡、鈣成像、行為學(xué)等實(shí)驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)了一條新的傳導(dǎo)痛覺的脊髓-皮層直接通路，為理解大腦處理痛覺等感覺信息提供了新的神經(jīng)傳導(dǎo)通路機(jī)制。
神經(jīng)科學(xué)經(jīng)典理論認(rèn)為，外周傷害性信息由背根神經(jīng)節(jié)（DRG）中的初級(jí)感覺神經(jīng)元傳遞至脊髓背角，經(jīng)整合后由脊髓投射神經(jīng)元（SPNs）經(jīng)脊髓丘腦束（STT）傳遞至丘腦核團(tuán)，再換神經(jīng)元向上傳遞至大腦軀體感覺皮層4層神經(jīng)元。大腦感覺皮層5層錐體神經(jīng)元接收皮層淺層神經(jīng)元的輸出信號(hào)，并沿皮質(zhì)脊髓束(CST)向脊髓下行投射，從而調(diào)節(jié)基本的感覺運(yùn)動(dòng)功能。以往研究沒有直接證據(jù)表明SPNs能夠直接聯(lián)接大腦皮層神經(jīng)元。
在此項(xiàng)研究中，研究者利用多種新的環(huán)路示蹤劑發(fā)現(xiàn)初級(jí)感覺皮層和相鄰的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層中存在一群神經(jīng)元可以直接接受SPNs的投射，并將這群神經(jīng)元定義為脊髓-皮層接受神經(jīng)元（SCRNs）。神經(jīng)環(huán)路示蹤顯示脊髓上行軸突分支與來(lái)自SCRNs的下行軸突在腦橋基底核(BPN)的內(nèi)側(cè)形成一種盤狀結(jié)構(gòu)（SCCD）。他們進(jìn)一步通過免疫組化、電鏡和腦片鈣成像觀察到SCCD中SPNs上行纖維末梢和SCRNs下行纖維末梢形成了功能性突觸，形成脊髓上行STT與皮層下行CST的直接連接。行為學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示BPN中的脊髓-皮質(zhì)直接連接參與痛覺傳導(dǎo)，在體鈣成像結(jié)果顯示SCRNs對(duì)外周傷害性刺激有特異性反應(yīng)，皮層第５層的SCRNs對(duì)外周傷害性刺激的反應(yīng)顯著快于第4層神經(jīng)元，表明SCRNs對(duì)傷害性刺激的反應(yīng)不依賴于經(jīng)典的脊髓-丘腦-皮層通路。此外，SCRNs還參與了急性痛和神經(jīng)損傷慢性痛的調(diào)控。
綜上所述，該研究揭示了一條新的且不通過丘腦的脊髓-皮層直接通路，并闡明了此通路在痛覺調(diào)控中起重要作用。該研究不僅為深入理解大腦皮層如何處理痛覺等感覺信息提供了新的神經(jīng)傳導(dǎo)通路，而且為慢性痛治療提供了潛在的新靶點(diǎn)。
廣東省智能院蔡冰博士、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)吳丹博士和中科院上海高等研究院謝紅副研究員（現(xiàn)任上海理工大學(xué)特聘研究員）為本文共同第一作者，廣東省智能院張旭研究員和李昌林研究員為共同通訊作者。這項(xiàng)工作得到了中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院徐富強(qiáng)研究員、華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院龔輝教授和李安安教授、中科院分子細(xì)胞卓越中心鮑嵐研究員的大力支持。該工作得到了國(guó)家基金委、廣東省高水平創(chuàng)新研究院項(xiàng)目和中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院項(xiàng)目的資助。
文章連接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00832-0
