脊髓以上水平疼痛相关神经通路机制的研究进展

疼痛是一种多维度的情感体验,痛感觉和痛情绪是其最主要的两个组分。关于疼痛,以往研究只专注于痛觉传递通路的某个环节或某个关键脑区,缺乏行为个体脑区与脑区连接在整体状态下参与疼痛或调节疼痛的证据。新的实验工具和实验技术的诞生,为痛感觉和痛情绪的神经通路研究带来了曙光。本文综述了近年来脊髓水平以上的神经系统(包括丘脑、杏仁核、中脑导水管周围灰质、臂旁核和内侧前额叶皮层)参与形成痛感觉和调节痛情绪的神经通路结构和功能基础,为疼痛的深入研究提供线索。     

一种发育期皮质脊髓投射神经细胞基因表达谱的研究方法

皮质脊髓投射神经细胞(cortico-spinal projection neurons,CSPN)对于大脑的功能非常重要,但目前还缺乏研究小鼠发育期CSPN基因表达谱的有效方法。将出生后2 d(P2)的小鼠在脊髓交叉处注射逆行标记的神经示踪剂,并在P8时进行激光显微切割。提取捕获细胞的RNA并线性放大,而后利用定量PCR进行皮层标记基因的验证,线性放大后的RNA与大脑皮层组织的RNA相比,第五皮层标记基因Fezf2(Fez family zinc fi nger 2)表达明显升高,第四、第六皮层标记基因Rorβ(RAR related orphan receptorβ)、Foxp2(forkhead box P2)的表达相对较低。之后,进行小鼠基因芯片表达谱检测,通过基因功能富集度分析发现,在CSPN中大多数富表达的基因都与G蛋白偶联受体信号通路以及运动行为有关。而且,染色质的修饰和编排相关基因在CSPN里也有富集表达。通过定量PCR进一步验证了芯片中CSPN的富集基因,结果发现,Meg3(maternally expressed gene 3)等7个基因在大脑第五皮层表达丰富。该研究将在体神经细胞荧光标记、激光捕获显微切割、RNA线性放大、基因芯片及定量PCR等多种技术结合起来,提供了一种研究发育期小鼠CSPN基因表达谱的方法。     

哺乳动物大脑感觉皮层对多种感觉信息整合的研究进展

脑对多感觉信息的整合是人和高等动物获取环境中有意义信息的重要方式。长期以来科学界一直认为,脑对不同感觉刺激(包括视觉、听觉、躯体感觉等)信息的分析和加工由不同的感觉皮层介导,最终在联络皮层进行整合,形成综合性的感觉和意识,但最近的一些实验证据显示,以前被认为只负责对单一感觉刺激分析和处理的感觉皮层亦可受其他感觉刺激的影响并直接参与多感觉信息的整合作用,这些新的发现对过去传统的大脑皮层功能分区概念提出了严峻的挑战。就近些年来有关感觉皮层(主要包括听觉、视觉和躯体感觉皮层)对多感觉刺激信息整合的研究进行综述,以增加人们对大脑皮层功能的新认识,为感觉信息处理和编码及感觉信息整合的后续研究提供借鉴。     

基于表面的形态学分析在音乐家大脑结构磁共振成像中的应用

研究训练导致的脑可塑性变化对于理解人类大脑的功能是极其重要的,而音乐家的大脑是研究此类问题的一个理想模型。文章通过对性别年龄相匹配的16位音乐家和16位非音乐家大脑的结构磁共振成像进行基于皮层表面的脑形态学分析,统计对比了大脑皮层的一阶及二阶形态特征。结果显示:音乐家在枕上回、颞上沟、顶下小叶及中央旁小叶区域具有更大的皮层表面积;在胼胝体附近皮层展示出更高的平均皮层厚度;在枕叶、颞叶、额叶及顶叶中与视觉、躯体运动、情绪、运动控制、听觉及躯体感觉等功能相关的若干脑区,展示出更高的皮层形态复杂度。长期的音乐训练可能会使得音乐家大脑在基本的感知和运动系统,以及情绪相关脑区,具有更显著的皮层形态特征改善。这些结果为我们更好地理解音乐训练相关的大脑结构可塑性增添了新的证据。     

小鼠大脑皮质脊髓投射神经元核糖体蛋白质相关基因表达的研究

该研究采用激光显微切割技术从小鼠大脑第五皮层捕获少量皮质脊髓投射神经元,并分析其分子生物学特征。首先,提取神经元微量RNA,再借助WT-ovation试剂盒扩增RNA,随后利用合成的cDNA进行荧光定量PCR实验,分析投射神经元核糖体蛋白相关基因的表达情况。结果发现,与大脑皮层其它皮层组织相比,第五皮层投射神经元内部分核糖体蛋白相关基因的表达相对较高。这表明第五皮层投射神经元可能具有活跃的蛋白质合成功能,是核糖体蛋白质的能量场所,借此维持第五皮层脊髓投射神经元长轴突和大胞体的能量需要。     

人脑对不同频率穴位电刺激反应的功能性磁共振成像

利用功能性磁共振方法研究人脑对不同频率穴位体表电刺激（transcutaneous electric nerve stimulation,TENS)的反应。实验对11名志愿得进行了22次脑部功能性磁共振成像。成像过程中,每名志愿者分别接受了2和100HzTENS刺激,刺激部位为左腿足三里和三阴交穴,结果为不同频率TENS都激活了初级和次级躯体感觉区,频率特异性的激活信号出现在与运动相关的区域、丘脑、边缘系统和联络皮层。结果显示,在相同穴位给予不同频率的TENS要以在大脑引起不同的反应,提示2和100HzTENS可能激活了不同的神经通路,这些神经通路分别在中枢神经系统起着不同的作用。     

中枢表达c-fos的细胞与疼痛有关

第六届世界疼痛大会(1990年4月1～6日在澳大利亚召开)的进程表明:疼痛研究正经历一场重大变革,以往寻找躯体感觉标记线式(lablled line)感觉通路的研究已被针对感觉神经元可塑性的研究所取代。也就是说一个神经元的兴奋性和对突触传入的反应性易于发生改变;它们依据环境条件对伤害性和/或无害刺激发生反应。现已证明,脊髓神经细胞在外周组织受损时具有这种可修饰性。人们终于接受传导痛觉的神经     

脊髓损伤机制研究的生物信息学分析

用生物信息学方法筛选参与脊髓损伤(spinal cord injury, SCI)发展过程的关键分子和通路,可为脊髓损伤发展机制的研究提供指导。从GEO数据库下载基因芯片数据,并将数据集中的样本分为脊髓损伤组(SCI组)和正常组(normal组)。应用R语言处理来自不同数据集样本间的批次效应,同时对基因芯片的表达数据进行标准化处理,并通过PCA分析监测标准化处理后数据的质量。应用R语言中的limma包分析标准化后的基因表达矩阵,以得到差异基因。将差异基因导入DAVID数据库进行GO (gene ontology)分析,并通过KEGG数据库进行通路分析。然后应用STRING数据库构建PPI网络,并通过Cytoscape中的cytoHubba插件分析得到10个hub基因。最后应用箱式图监测hub基因在不同样本中的表达,并用GeneCards数据库查询hub基因的功能。此外,为了补充差异基因筛选的不足,通过R语言对基因表达矩阵进行了GSEA (gene set enrichment analysis)分析。结果显示:TYROBP、ITGB2、PTPRC和FCER1G等基因在脊髓损伤发展过程中发挥重要的作用;细胞外基质的炎症反应、葡糖醛酸基转移酶活性的变化和星形胶质细胞的迁移等与脊髓损伤的发展机制关系密切; TNF信号通路、NF-κB信号通路和p53信号通路在脊髓损伤的发展机制中发挥重要的作用。这些关键的分子和通路在脊髓损伤中的作用值得我们进行更深入的探讨。     

大鼠脊髓诱发电位与脊髓损伤的关系——Ⅲ.脊髓局部损毁后电位的变化及电位来源分析

本文描述了大鼠脊髓L_1节段后柱、后索、侧索和前角的诱发电位及其损伤后的变化,并观察了切断L_4、L_5脊神经背、腹根与横断高位颈髓对电位的影响,以进行行电位来源分析。结果可见,上述四个区域的诱发电位基本由早反应三相波和晚反应组成。分别电解损毁这些部位后,电位波幅均普遍降低,晚期反应较早反应降低明显。后柱或后索受损对电位影响最大。局部损毁后可见L_1及T_(13)水平的硬膜上电位改变明显,尤其晚反应减弱、波峰平坦。反应时值与潜伏时未见明显改变。切断L_4脊神经背、腹根后、电位基本消失。去大脑对电位未见明显影响。结果表明,刺激坐骨神经诱发的脊髓电位起源于低位腰段传入神经和脊髓内多通路的兴奋传导,在一定程度上受腹根逆行活动的影响,与大脑及脊髓下行传导束活动无直接联系。脊髓诱发电位的幅度与波形改变可作为脊髓损伤的判断指标之一。     

中枢去甲肾上腺素能神经元下行通路对脊髓侧角功能的影响

自六十年代中期发现脊髓侧角含有高浓度的单胺类递质去甲肾上腺素(NE)和5-羟色胺(5-HT)后,人们开始注意脊髓内的单胺类与侧角植物性功能的关系。经过二十多年的研究,目前对于由脑干下行至脊髓侧角的NE能通路的解剖结构与生理功能,已有较多的了解。一、中枢NE能下行通路对脊髓侧角的支配(一)脑干NE神经元核团及其下行纤维中枢NE神经元的胞体集中于延脑和桥脑,     

PKCγ免疫反应定位小鼠皮质脊髓束的实验研究

目的探讨显示皮质脊髓束在成年小鼠脑和脊髓中定位分布的简便有效方法。方法运用蛋白激酶Cγ（PKCγ）免疫组织化学染色法,观察成年ICR小鼠脑和脊髓中皮质脊髓束的定位和分布情况。结果PKCγ免疫阳性产物分布于大脑运动皮层第V层锥体细胞胞体和轴突中,锥体细胞的阳性纤维经内囊、中脑大脑脚底、脑桥基底部、下行至延髓锥体中。在延髓下段,PKCγ阳性纤维经锥体交叉后进入对侧脊髓灰质后联合背侧,形成背侧皮质脊髓束,在脊髓白质的后索腹侧深层下行,至骶髓3-4节段以下逐渐消失。在整个脊髓前索和外侧索中未见有PKCγ阳性纤维。结论PKCγ特异地表达于脊髓后索皮质脊髓束中,提示PKCγ免疫组织化学法是一种显示和观察皮质脊髓束精确定位的有效方法。     

自噬通过BDNF/TrkB信号通路对脊髓损伤的保护作用

脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy, CSM)是临床常见病、多发病,由该病引起的脊髓受损而产生的脊髓功能障碍是其最常见的临床特征。在脊髓损伤中,多种因素能通过自噬相关信号通路而激活自噬,适度的自噬可以对脊髓损伤起到神经保护作用,而增加细胞存活率、恢复和增加自噬通量可以改善损伤后的脊髓功能的恢复;在CSM脊髓损伤中,脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor, BDNF)与其受体原肌球蛋白受体激酶B(tropomyosin receptor kinase B, TrkB)及其相关通路是参与保护神经细胞的重要途径之一,细胞自噬在这一过程中起到了重要的调节作用。本文通过阐释自噬与BDNF/TrkB信号通路在CSM过程中的作用及其对脊髓损伤的保护机制,以期对基础研究及临床研究提供理论支持。     

以髓磷脂相关抑制因子及其受体为靶点的脊髓损伤免疫治疗策略研究

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)往往导致患者下肢活动功能受限,甚至瘫痪,降低患者生活质量,且治愈率低。髓磷脂相关抑制因子(myelin associated inhibitors,MAIs)是抑制受损中枢神经系统(central nervous system,CNS)再生修复的一个重要因素。对MAIs及其信号通路的干扰能有效逆转CNS神经再生抑制信号,促进脊髓损伤后轴突的再生。MAIs抑制轴突再生信号通路的发现及其深入研究为损伤脊髓的免疫治疗提供了充分的理论依据和研究靶点。将对抑制神经再生信号通路中MAIs及其受体的生物学功能新进展以及以此为治疗靶点设计的脊髓损伤免疫治疗策略作一综述。     

一些心血管反射的延脑-脊髓通路

前文曾指出,延脑心血管中枢(包括加压和减压中枢)的下行通路主要位于脊髓腹侧索内。这一结果虽和林可胜等的看法不一致,但并未确定在腹侧索内是否有下行“加压”、“减压”通路(或纤维)的分化。另外我们还观察到,仅仅保留一侧腹侧索,刺激两侧迷走神经所引起的减压反射仍能很好地实现,暗示在此反射弧内确实发生了某种交叉。对此,我们采用局部脊髓毁损法及刺激法,进一步探讨了这类心血管反射弧的延脑—脊髓通路。     

大豆甙减轻内质网应激导致血脊髓屏障破坏有益于脊髓损伤恢复

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是一种严重的中枢神经系统创伤性疾病。SCI最初导致血脊髓屏障(blood spinal cord barrier,BSCB)破坏。修复损伤后的血脊髓屏障是避免二次损伤和恢复运动感觉功能的关键。大豆甙(daidzin,DDZ)具有抗氧化应激和抑制炎症的作用,但尚未将其应用在脊髓损伤治疗上。本研究探讨大豆甙是否具有抑制内质网应激水平而增加细胞连接蛋白质,保护血脊髓屏障而改善脊髓损伤后大鼠的运动感觉功能的能力。通过毒胡萝卜素(thapsigargin, TG)在体外作用于内皮细胞模拟脊髓损伤后内质网应激,通过RT-PCR、Western印迹、免疫荧光、运动功能评分等实验,探讨大豆甙修复血脊髓屏障和恢复运动功能的相关机制。结果发现,大豆甙可以显著提高紧密连接蛋白(tight junction,TJ)和黏附连接蛋白(adherence junction,AJ)的表达,并呈剂量依赖性。不论是RNA水平还是蛋白质水平上,和单纯毒胡萝卜素组的连接蛋白质基因表达相比,大豆甙治疗后连接蛋白质的基因表达水平明显提高(P0.01或P0.05)。不仅如此,深入探究了大豆甙减少血脊髓屏障渗透性的机制发现,大豆甙下调内质网应激相关蛋白质水平,从而减轻炎症对血脊髓屏障的持续破坏。最后,建立了大鼠T9夹闭脊髓损伤模型,评价大豆甙在体内的效果。与对照组相比,腹腔注射大豆甙(10 mg/kg/d)治疗的大鼠,在损伤后28 d的BBB评分(9.8分)和斜板实验角度(45.3度)均显著提高。总而言之,脊髓损伤后大豆甙通过抑制内质网应激的过度激活,促进连接蛋白质的表达,减少血脊髓屏障的通透性,从而促进脊髓损伤后丧失的功能恢复。因此,大豆甙可能是治疗脊髓损伤的备选药物之一。     

大鼠脊髓损伤后感觉、运动及电生理变化

在应用磁控机械夹断法复制的大鼠脊髓损伤模型上,动态地观察了脊髓损伤后的感觉及运动机能变化,并进行了电生理学研究。结果表明,0.3A电流未能导致永久性瘫痪。术后2周,后肢的感觉及运动功能逐渐恢复;可记录到体感诱发电位(SEP)。0.4,0.5和0.8A电流均能导致大鼠永久性瘫痪;倾斜板及开阔场地行走分数均显著低于0.3A组;术后4周这些大鼠可产生行走样动作,于损伤部位再次切断脊髓后仍能出现这些动作;0.4A组可记录到早期SEP,再次切断脊髓后SEP消失。结果提示:(1)脊髓不全横断后,由于残留纤维活动,可在相当程度上导致大鼠感觉和运动机能的恢复;(2)脊髓完全横断后,后肢的上行冲动可能经再生的神经纤维向中枢端传导至脑;(3)大鼠脊髓内可能存在行走中枢模式发生器(CPG),适当刺激可激发其活动,并产生行走样运动。     

牵涉痛机制的研究

牵涉痛的发生机制,曾提出两种假设:脊髓内会聚学说和脊髓前会聚学说。60年代以来,人们对脊髓中内脏-躯体会聚神经元进行了许多研究。晚近又证明,哺乳动物同一初级感觉轴突的分支可分布于内脏和躯体。     

上丘-丘脑枕结节-杏仁核视觉皮层下通路及其生物学意义

上丘-丘脑枕结节-杏仁核通路是哺乳动物脑内的视觉皮层下通路之一。近来的研究提示这条通路和情绪相关的视觉信息处理有关。本综述提出这条通路可能更多地涉及到个体的警戒而不是简单的早期视觉信息处理,并且讨论了其生物学意义。在早期视觉过程中,大脑检测的不是"空间位置",也不是"是什么物体",而是警告大脑的信号:"有情况出现!",使大脑进入一种警戒状态。这种警戒状态对物种生存至关重要。因此,我们认为在视觉早期,对物体"出现"和"消失"的检测较之"质地"和"形状"等特征信息收集等更为重要。拓扑知觉和皮层下通路的存在可能就是机体视觉警戒的神经基础。"警戒"可能正是皮层下通路存在的生物学意义之一。     

刺激大脑皮层体感Ⅰ区和大脑脚对大鼠脊髓背角神经元伤害感受性反应的影响

在大鼠用玻璃微电极细胞外记录的方法,观察了刺激皮层体感Ⅰ区(SI区)和大脑脚(CP)对皮肤强电刺激诱发的脊髓背角广动力范围(WDR)神经元长潜伏期反应(C-反应)的影响。结果表明刺激SI区对背角WDR神经元C-反应的影响以抑制为主,刺激CP的作用与刺激SI区的作用相似,但刺激CP更为有效。抑制作用的持续时间在不同神经元差别很大,短者在刺激停止后仅持续400ms,长者可达10min以上。静注纳洛酮对抑制作用无明显影响,静注二甲麦角新碱在部分神经元可使抑制作用明显减弱或完全消失,提示5-HT部分参与皮层下行抑制作用的实现,而内鸦片肽则否。     

刺激PAG对C纤维传入诱发皮层电反应的影响

电刺激中脑导水管周围灰质(Periaqueductal Gray,PAG)对 C 类纤维传入引起的体感皮层诱发电位(C-CEP)和脊髓背表面电位(C-SSP)均有明显的抑制作用,对前者的作用更大。在脊髓背表面滴加赛庚啶后,刺激 PAG 对 C-SSP 的抑制变得不明显,表明 PAG下行抑制通路被阻断;但刺激 PAG 对 C-CEP 抑制仍明显,仅稍减小。提示 PAG 除了通过下行通路以外,可能还通过上行通路抑制 C-CEP。在脊髓背表面滴加赛庚啶后,静脉注射纳洛酮和赛庚啶可明显减弱电刺激 PAG 对 C-CEP 的抑制作用,提示内源性阿片样物质和5-羟色胺可能是上行抑制通路中主要的神经递质。