丘脑Reuniens核谷氨酸能神经元通过5-HT2B受体介导小鼠结直肠内脏痛

背景介绍

肠易激综合征（IBS）是一种常见的功能性肠道疾病，其特征是腹痛和内脏高反应。减轻内脏高敏感性是有效解除IBS患者腹痛的关键。然而，关于其具体机制仍未完全清楚。越来越多的证据表明，丘脑Reuniens核（Re）和5-羟色胺（5-HT）神经递质系统在结直肠内脏痛的发展中起重要作用，但是具体机制尚不明确。新生期母婴分离（NMD）小鼠模型展示了内脏高敏感性，并发现Re区域的谷氨酸能神经元在处理结直肠内脏痛时发挥了关键作用。

论文来源

本文由Di Li、Han Du、Shu-Ting Qu、Jing-Lai Wu、Yong-Chang Li、Qi-Ya Xu、Xia Chen、Xiao-Xuan Dai、Ji-Tian Xu、Qian Wang、Guang-Yin Xu共同撰写，研究团队分别来自苏州大学、中国科学院等。论文于2023年10月27日接收，并于2023年12月26日被Neurosci. Bull.期刊接受发表。

研究流程简介

1. 实验动物准备：

   • 所有实验均经过了苏州大学动物实验委员会的批准。实验用小鼠年龄在6至12周之间，随机分配到实验组和对照组。
   • 新生期母婴分离：小鼠2天到15天期间，每天将小鼠与母鼠分开3小时，用于模拟母婴分离条件，形成NMD模型。

2. 神经电生理记录：

   • 对Re区域进行单电极植入，记录该区域的神经元放电率，这有助于评估NMD小鼠在结直肠内脏痛下的神经元活动变化。

3. 结直肠内脏痛阈值测试：

   • 使用CRD（结直肠扩张）技术，通过气球扩张结肠来模拟结直肠内脏痛，记录小鼠的腹肌电图信号（EMG），评估其痛阈。

4. 电极记录和免疫荧光：

   • 细胞外记录：植入16通道电极，记录Re区域神经元在CRD条件下的放电活动。
   • 免疫荧光：通过CRD刺激后，检测Re区域神经元中c-fos蛋白的表达量，以确定活化神经元的位置和类型。

5. 光遗传学实验：

   • 光遗传学抑制和激活：利用光遗传技术分别通过蓝光和黄光激活或抑制Re区域的谷氨酸能神经元，观察对结直肠内脏痛的影响。

6. 分子生物学实验：

   • Western blot和PCR：检测Re区域内5-HT2B受体的表达情况。
   • 免疫荧光：探讨5-HT2B受体在谷氨酸能神经元上的共定位情况。
   • 光纤成像和探针：检测CRD时Re区域内5-HT的释放情况。

7. 局部药物注射：

   • 局部注射5-HT2B受体拮抗剂RS-127445，观察其是否能够减轻NMD小鼠的结直肠内脏痛反应。

主要结果

1. 神经核团Reuniens在NMD小鼠内脏痛中的作用：

   • 通过EMG和c-fos染色发现，CRD引起的Re区域神经元活化显著高于对照组。
   • 单电极记录结果显示，NMD小鼠Re区域的神经元放电率显著高于正常小鼠，表明Re的神经元活性增强与内脏痛有关。

2. 增强的神经元兴奋性和突触传递：

   • 全细胞膜片钳技术表明，NMD小鼠Re区域的神经元兴奋性显著增强，突触传递频率增加，但没有显著影响突触电流幅度。

3. Re区域谷氨酸能神经元的贡献：

   • 免疫荧光和光遗传学实验验证了Re区域的谷氨酸能神经元在CRD诱发的内脏痛中起重要作用。
   • 通过光遗传学抑制谷氨酸能神经元活性可有效减轻NMD小鼠的内脏痛反应。

4. 5-HT2B受体和5-HT释放的增加：

   • 发现NMD小鼠Re区域5-HT2B受体的表达增加，5-HT释放量较对照组显著增加。
   • 局部注射5-HT2B受体拮抗剂后，NMD小鼠的c-fos表达和内脏痛反应均显著减少，表明5-HT2B受体对内脏痛有调节作用。

研究结论及意义

通过一系列的实验，本文首次揭示了Re谷氨酸能神经元在结直肠内脏痛中的重要作用，并阐明了5-HT2B受体在调控内脏痛中的重要机制。这些发现为IBS患者提供了新的治疗靶点，即通过抑制Re区域的5-HT2B受体，可缓解由早期生活压力诱发的内脏高敏感反应，进而减轻腹痛症状。

研究中通过多种先进的技术手段，包括光遗传学、膜片钳、免疫荧光和局部药物注射等，多角度、多层次地揭示了Re区域在结直肠内脏痛中的潜在机制。这些研究结果为未来的治疗提供了科学依据，同时也提出了新的研究方向，即探讨Re与其他脑区在结直肠内脏痛中的协同作用。