癌症诱导骨痛新机制：前边缘皮层-基底外侧杏仁核谷氨酸能神经环路调控作用

《iScience》：Prelimbic cortex-basolateral amygdala glutamatergic circuit drives cancer-induced bone pain in mice

本研究针对癌症诱导骨痛（CIBP）缺乏有效治疗方案的临床难题，通过光遗传学、化学遗传学等技术手段，首次揭示了前边缘皮层（PrL）向基底外侧杏仁核（BLA）投射的谷氨酸能神经环路（PrLGlu-BLAGlu）在CIBP中的关键作用。研究发现抑制该环路可显著缓解小鼠疼痛行为，并降低BLA区谷氨酸过度释放，为开发靶向中枢神经环路的镇痛策略提供了新靶点。

　　

对于晚期乳腺癌骨转移患者而言，癌症诱导骨痛（Cancer-Induced Bone Pain, CIBP）是极为痛苦的并发症。这种疼痛往往剧烈而持久，现有镇痛方案效果有限，严重影响患者生活质量。以往关于CIBP机制的研究多集中于外周神经系统和脊髓水平，而对大脑高级中枢如何调控此类慢性疼痛的认识仍较薄弱。随着神经科学技术的发展，研究者开始关注特定脑区及其神经环路在疼痛处理中的作用，试图揭开慢性疼痛的中枢调控之谜。

为深入探究CIBP的中枢调控机制，研究人员将目光投向大脑中与情绪和痛觉处理密切相关的脑区——基底外侧杏仁核（Basolateral Amygdala, BLA）。BLA作为边缘系统的重要组成部分，不仅参与情绪调节，也在痛觉信息整合中发挥关键作用。与此同时，前额叶皮层（Prefrontal Cortex, PFC）尤其是其亚区前边缘皮层（Prelimbic Cortex, PrL），被证实参与痛觉的高级调控。然而，PrL与BLA之间是否存在功能连接，以及这一连接在CIBP中扮演何种角色，尚不明确。

针对这一科学问题，研究团队在《iScience》上发表了最新研究成果，系统揭示了PrL至BLA的谷氨酸能神经环路在调控CIBP中的关键作用。研究人员通过在小鼠胫骨内注射E0771乳腺癌细胞构建CIBP模型，综合运用神经环路追踪、光纤光度记录、光遗传学和化学遗传学调控等先进技术，从神经元活动、环路功能和神经递质释放多个层面进行了深入探究。

研究团队运用了多种关键技术方法：通过在小鼠特定脑区立体定位注射病毒载体进行神经环路示踪和功能操控；建立乳腺癌骨转移疼痛小鼠模型模拟临床CIBP；采用光纤光度法记录神经元钙离子活动；利用光遗传学技术进行精确的神经元激活与抑制；应用化学遗传学方法进行可逆的神经环路功能调控；通过免疫荧光染色检测神经元活动标志物c-Fos表达；使用神经递质探针实时监测谷氨酸释放动态。

癌症诱导骨痛小鼠表现出疼痛超敏反应，且基底外侧杏仁核中c-Fos表达增加

研究人员通过向小鼠胫骨内注射E0771乳腺癌细胞成功建立CIBP模型。行为学测试显示，与对照组相比，CIBP小鼠从术后第3天开始出现机械性和热痛觉超敏，痛阈持续降低至第21天。通过检测不同脑区的c-Fos表达（神经元活动的标志物），发现CIBP小鼠BLA区c-Fos阳性细胞数显著增加，且大部分与谷氨酸能神经元标记物共定位，而仅少部分与GABA能神经元共标，提示BLA谷氨酸能神经元在CIBP进展中可能起关键作用。

癌症诱导骨痛增强基底外侧杏仁核神经元的钙活性

通过向BLA区注射AAV2/9-VGluT2-GCaMP6s-EGFP病毒，研究人员使用光纤记录系统在体记录谷氨酸能神经元的钙活动。结果显示，在Von Frey纤维刺激下，CIBP组小鼠BLA谷氨酸能神经元的钙信号曲线下面积和平均峰值ΔF/F均显著高于对照组，进一步证实CIBP可增强BLA谷氨酸能神经元的活动。

光遗传学和化学遗传学抑制基底外侧杏仁核^Glu神经元可提高癌症诱导骨痛小鼠的痛阈

为明确BLA谷氨酸能神经元与CIBP疼痛超敏的关系，研究人员通过光遗传学技术抑制CIBP小鼠的BLA^Glu神经元活性，发现可显著提高机械痛阈；相反，激活对照组小鼠的BLA^Glu神经元则降低痛阈。化学遗传学实验也得到一致结果：抑制BLA^Glu神经元可逆转CIBP小鼠的痛觉超敏。这些操作特异性影响机械痛阈，而不改变热痛潜伏期，表明BLA谷氨酸能神经元在调控CIBP中具有重要作用。

前边缘皮层谷氨酸能神经元向基底外侧杏仁核谷氨酸能神经元投射

通过病毒追踪技术，研究人员证实PrL谷氨酸能神经元可投射至BLA谷氨酸能神经元。逆行和顺行追踪实验显示，PrL区有大量神经元投射至BLA，且这些投射神经元主要为谷氨酸能类型。免疫荧光染色发现CIBP小鼠PrL区c-Fos表达也显著升高，且主要与谷氨酸能神经元共定位，提示PrL谷氨酸能神经元可能参与CIBP调控。

前边缘皮层谷氨酸能神经元对癌症诱导骨痛的调控

光纤记录结果显示，在Von Frey刺激下，CIBP小鼠PrL谷氨酸能神经元的钙活性显著高于对照组。光遗传学抑制PrL^Glu神经元可减轻CIBP小鼠的疼痛行为，而激活这些神经元则诱导对照组小鼠出现机械性痛觉超敏，表明PrL谷氨酸能神经元可被CIBP激活并处于兴奋状态。

前边缘皮层^Glu-基底外侧杏仁核^Glu神经环路调控癌症诱导骨痛小鼠的疼痛行为

为验证PrL^Glu-BLA^Glu环路在CIBP中的作用，研究人员结合光遗传学和化学遗传学技术进行环路功能操控。抑制PrL向BLA投射的谷氨酸能神经元末梢可减轻CIBP小鼠疼痛，此效应可被化学遗传学激活BLA谷氨酸能神经元所逆转。相反，激活该投射可诱导对照组小鼠疼痛，此效应可被抑制BLA谷氨酸能神经元所阻断。神经递质检测发现，抑制PrL-BLA环路活性可显著降低CIBP小鼠BLA区的谷氨酸过度释放。

本研究系统阐明了PrL^Glu-BLA^Glu神经环路在CIBP中的关键作用。研究发现CIBP可激活PrL和BLA的谷氨酸能神经元，增强PrL向BLA的谷氨酸能投射，导致BLA区谷氨酸过度释放，从而引起痛觉超敏。通过特异性抑制该环路，可有效缓解疼痛行为，为临床治疗CIBP提供了新的潜在靶点。

该研究的创新之处在于首次从神经环路水平揭示了CIBP的中枢调控机制，将前额叶皮层与杏仁核的功能连接与癌症疼痛联系起来，突破了传统疼痛研究多关注外周和脊髓水平的局限。研究发现不仅深化了对慢性疼痛中枢机制的理解，也为开发针对特定神经环路的精准镇痛策略提供了理论依据。未来针对PrL-BLA环路的干预措施可能成为治疗癌症骨转移疼痛的新方向，特别是对于对传统镇痛药物不敏感的患者具有重要意义。

需要注意的是，本研究主要关注诱发性疼痛行为，而临床CIBP还包括自发性疼痛和情感障碍成分。鉴于BLA在情绪处理中的重要作用，PrL^Glu-BLA^Glu环路很可能也参与CIBP的情感组分调控，这值得进一步研究。此外，该环路在生理状态下的疼痛处理中的作用以及其具体的分子机制仍有待阐明。