本研究由复旦大学脑科学研究院、静安区中心医院转化神经科学科的蔡雅琦、侯昕宇、王国宏等人完成，通讯作者为刘本龙和章语秋。该成果于2026年10月21日发表于国际顶级学术期刊 Neuron 上，题为《中脑皮层多巴胺回路中的受体和细胞类型特异性机制调控慢性疼痛及其共病焦虑抑郁》（Receptor and cell-type-specific mechanisms in mesocortical dopamine circuits gate chronic pain and comorbid anxiodepression）。
慢性疼痛患者常伴发焦虑与抑郁等情绪障碍，而这些负面情绪反过来又会加剧疼痛感受，严重影响患者的生活质量，并显著增加医疗系统的负担。然而，传统的镇痛药物往往无法同时有效解决疼痛及其伴随的情绪问题。因此，寻找基于新机制的治疗策略以应对慢性疼痛综合征，是全球范围内面临的重大挑战。
既往的临床和临床前研究表明，由中脑腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）的多巴胺（dopamine, DA）神经元及其向边缘系统和皮层脑区的投射所构成的中脑皮层边缘多巴胺系统，参与了感觉超敏和疼痛相关的抑郁。啮齿类动物神经病理性疼痛模型中观察到的低多巴胺状态，也被证实与抑郁样行为相关。特异性激活VTA中的多巴胺神经元能够逆转由神经损伤或骨癌引起的感官超敏，并能缓解由慢性压力导致的多种独立抑郁症状。此外，针对VTA的脑深部电刺激（deep-brain stimulation, DBS）也被报道能显著改善难治性慢性丛集性头痛患者的头痛和情绪症状。然而，VTA多巴胺系统及其下游靶点在慢性疼痛（如神经病理性疼痛）所致的感觉超敏和焦虑抑郁样后果中的具体作用机制，仍不清楚。
眶额叶皮层（orbitofrontal cortex, OFC）是接受VTA多巴胺神经元广泛支配的脑区之一，并且在慢性疼痛中扮演着日益重要的角色。一项近期研究通过长期颅内记录发现，相比于其他脑区，慢性疼痛的解码更依赖于OFC的活动。OFC中的兴奋性锥体神经元和抑制性中间神经元都表达D1样受体（D1Rs）和D2样受体（D2Rs）。本团队先前的研究表明，在OFC内药理学激活D1Rs（而非D2Rs）能显著逆转三叉神经痛（trigeminal neuralgia, TN）小鼠的抑郁样行为，这提示两种受体及其表达的神经元可能发挥着不同的作用。然而，这两种多巴胺受体类型如何分别影响慢性疼痛和共病抑郁，此前尚无报道。
基于此，本研究聚焦于VTA-OFC多巴胺系统，旨在深入剖析OFC中表达D1R或D2R的神经元的功能组织，探究对该两类神经元及其通路的特异性操控如何影响TN引起的异常性疼痛（allodynia）和焦虑抑郁样后果。
本研究采用眶下神经慢性压迫（chronic constriction of the infraorbital nerve, CION）建立三叉神经痛小鼠模型，该模型在术后第7天即出现稳定的机械性异常性疼痛，并在第21至28天表现出稳定的焦虑抑郁样行为。整个研究的工作流程可分为以下几个关键步骤：
第一步：验证VTA多巴胺神经元-OFC通路在TN中的作用及其低多巴胺状态
研究人员首先利用光遗传学结合光纤光度测量技术，在DAT-Cre小鼠中验证了以阶段性（phasic, 30Hz）模式激活VTA多巴胺神经元能显著引发OFC中的多巴胺释放。随后，在CION术后第21天，当焦虑抑郁样行为显著表达时，检测发现CION小鼠中由光遗传激活VTA多巴胺末梢诱导的OFC多巴胺释放量相较于假手术组显著减少。高效液相色谱法（high-performance liquid chromatography, HPLC）的测量结果也证实，CION小鼠OFC中多巴胺及其代谢物3,4-二羟基苯乙酸（DOPAC）的浓度显著降低。同时，通过标记OFC投射的VTA多巴胺神经元并进行脑片电生理记录，发现这些神经元的固有兴奋性显著下降，自发放电频率也明显降低。这些结果共同揭示，TN诱导了VTA多巴胺神经元-OFC通路中一个明确的“低多巴胺状态”。
进一步的因果验证实验显示，通过光遗传学特异性激活VTA多巴胺神经元向OFC的投射末梢，能够显著缓解CION诱导的机械性异常疼痛和焦虑抑郁样行为，并且这些效应不伴随运动能力的改变，也非奖赏机制所致。相反，在正常小鼠中通过化学遗传学抑制该通路，则能在一定程度上提高焦虑抑郁水平并降低机械反应阈值。这表明VTA-OFC通路的功能低下可能是慢性疼痛中感觉和情感异常的共同基础。
第二步：区分D1R和D2R在介导该通路效应中的不同作用
为了探究两类多巴胺受体的功能，研究者首先利用RNAscope荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization, FISH）技术，发现编码D1R和D2R的mRNA（分别为Drd1和Drd2）在OFC神经元中大量分离表达，共表达率低于10%，这暗示了两者在功能上的独立性。Drd1分布相对广泛，在第五层密度更高；而Drd2主要定位于第二至三层。
关键的功能验证实验中，研究人员在DAT-Cre小鼠的VTA注射Cre依赖的Gq偶联人毒蕈碱M3设计受体（hM3Dq）病毒，并在OFC局部给予氯氮平-N-氧化物（clozapine N-oxide, CNO）以选择性激活VTA-OFC末梢。结果再次证实，化学遗传学激活该通路能有效缓解CION诱导的焦虑抑郁样行为和机械性异常疼痛。然而，事先在OFC内微量注射D1R拮抗剂SCH23390，可完全消除其抗焦虑抑郁效应，但不影响镇痛效应；相反，注射D2R拮抗剂雷氯必利（raclopride）则完全消除了其镇痛效应，而对抗焦虑抑郁效应无影响。这一发现有力地证实，VTA-OFC通路驱动的治疗效应是通过两类不同的受体独立介导的：D1R介导抗焦虑抑郁效应，D2R介导镇痛效应。
第三步：操控OFC中表达D1R和D2R的特异性神经元亚群
基于受体药理学层面的发现，团队进一步利用细胞类型特异性操控技术，研究了表达这两种受体的神经元的功能。
对于D1R，FISH分析显示其主要集中在兴奋性锥体神经元中。电生理记录表明，CION术后第21天（而非第6天），OFC中表达D1R和钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶IIα（CaMKIIα，兴奋性神经元标志物）的神经元（D1⁺CaMKIIα神经元）的输入-输出曲线显著下移，即内在兴奋性降低，这与焦虑抑郁样行为的发展时间点相吻合。而表达D1R和谷氨酸脱羧酶67（GAD67，抑制性神经元标志物）的神经元（D1⁺GAD67神经元）的兴奋性则未受显著影响。行为学层面，光遗传学激活OFC的D1⁺CaMKIIα神经元能显著改善CION小鼠的焦虑抑郁样行为，但不影响异常性疼痛。利用交叉病毒策略选择性激活接收VTA输入的OFC突触后D1⁺兴奋性神经元，同样重现了抗焦虑抑郁效应。激活全部D1⁺神经元或D1⁺GAD67神经元均未产生类似效果，证实了抗焦虑抑郁效应主要由OFC D1⁺CaMKIIα兴奋性神经元介导。
对于D2R，其分布模式与D1R不同，在兴奋性和抑制性神经元中几乎均匀分布。电生理记录揭示了一个更为复杂的动态变化：在CION术后第6天和第21天，OFC中表达D2R的兴奋性神经元（D2⁺CaMKIIα神经元）的兴奋性持续降低，而表达D2R的抑制性神经元（D2⁺GAD67神经元）的兴奋性则持续升高。行为学操控结果显示，激活OFC D2⁺CaMKIIα神经元能有效抑制CION诱导的机械性异常疼痛，但不影响焦虑抑郁样行为。其在VTA-OFC突触后特异性激活也重现了单纯的镇痛效果。而激活D2⁺GAD67神经元则无效。值得注意的是，在正常小鼠中抑制D2⁺CaMKIIα神经元会导致可见的痛觉敏化。更关键的是，通过化学遗传学抑制OFC的D2⁺GAD67抑制性中间神经元，或选择性抑制VTA-OFC突触后的D2⁺GAD67神经元，都能显著缓解异常性疼痛；而这一镇痛效应可被同时抑制D2⁺CaMKIIα兴奋性神经元所完全阻断。这揭示了一个“去抑制”的镇痛机制。
第四步：解析D2R介导镇痛效应的局部微环路机制
为验证上述“去抑制”假说，研究者对OFC内部表达D2R的神经元进行了双色标记和脑片电生理记录。结果显示，光遗传学激活D2⁺抑制性神经元，可在约79%（15/19）的被记录的D2⁺兴奋性锥体神经元上诱发出抑制性突触后电流（oIPSC），该电流可被GABAA受体拮抗剂荷包牡丹碱（bicuculline）完全阻断，并满足单突触连接的电生理药理学标准。功能上，激活D2⁺抑制性神经元直接抑制了D2⁺兴奋性神经元的放电活动；反之，抑制D2⁺抑制性神经元则显著增强了D2⁺兴奋性神经元的放电。此外，使用D2R激动剂喹吡罗（quinpirole）灌流脑片，优先降低了D2⁺抑制性神经元的兴奋性，并增强了D2⁺兴奋性神经元的兴奋性。这些结果为D2R介导的镇痛机制提供了完整的证据链：激活Gi偶联的D2R首先抑制了D2⁺抑制性中间神经元，从而解除对D2⁺兴奋性锥体神经元的抑制（即“去抑制”），最终导致镇痛效应的产生。这与Gs偶联的D1R激动剂直接增强D1⁺神经元兴奋性的机制截然不同。
第五步：鉴定介导不同效应的下游神经通路
通过顺行示踪，研究发现OFC D1⁺和D2⁺神经元均投射至基底外侧杏仁核（basolateral amygdaloid nucleus, BLA），但只有D1⁺神经元选择性地密集投射至被盖后背侧核（laterodorsal tegmental nucleus, LDTg）。功能操控实验表明，光遗传学激活OFC D1⁺神经元到LDTg的投射，能显著抑制CION诱导的焦虑抑郁样行为，但不影响异常性疼痛和运动能力。相反，激活OFC D2⁺神经元到BLA的投射，则显著减轻了异常性疼痛，而对焦虑抑郁样行为无影响。激活OFC D1⁺-BLA通路未观察到显著效应。这表明，OFC D1⁺-LDTg通路和OFC D2⁺-BLA通路分别独立地介导了抗焦虑抑郁和镇痛效应。
第六步：在其他模型中的普适性验证
最后，研究者在习得性无助（learned helplessness, LH）抑郁模型和完全弗氏佐剂（Complete Freund’s Adjuvant, CFA）诱导的炎性痛模型中验证了发现的普遍性。结果表明，激活OFC D1⁺神经元显著改善了LH诱导的抑郁样行为，但不缓解CFA引起的机械性异常性疼痛或热痛觉过敏。反之，激活OFC D2⁺兴奋性神经元则显著减轻了CFA引起的痛觉过敏，而对抑郁样行为无效。这提示OFC D1⁺和D2⁺神经元在焦虑抑郁和疼痛超敏中的特异性作用具有跨模型的普遍意义。
本研究系统性地揭示了中脑VTA至皮层OFC的多巴胺回路在调控三叉神经痛的机械性异常疼痛和共病焦虑抑郁中的核心作用，并首次阐明了其背后的受体和细胞类型特异性机制。核心结论是：VTA-OFC回路中的“低多巴胺状态”是导致疼痛和情绪障碍的共同病理基础。然而，其感觉和情感症状的调控是由OFC中两个相互独立的神经元通路负责的，即“功能分离”模型：D2R通过抑制OFC D2⁺抑制性中间神经元，令D2⁺兴奋性锥体神经元“去抑制”，其向BLA的投射产生镇痛效应；而D1R则通过直接激活D1⁺兴奋性锥体神经元，其向LDTg的投射产生抗焦虑抑郁效应。
这项研究的科学价值在于，它精细地描绘了在同一脑区、接收同一上游输入的两种多巴胺受体神经亚群，如何通过不同的信号机制和投射通路，并行处理慢性疼痛中相互交织的不同症状维度。该发现颠覆了以往对该系统功能的笼统认识，为理解慢性疼痛与情绪共病的复杂神经机制提供了全新的、更为精密的框架。在应用价值上，该结论具有重要的临床转化意义。它为开发针对慢性疼痛不同临床表现的精准治疗策略提供了潜在的分子和环路靶点，即选择性地靶向OFC的D1R或D2R系统，可能能够特异性地控制情绪障碍或躯体感觉异常，实现更为优化的症状管理方案。