伏隔核(nucleus accumbens, NAc)在奖赏、动机、成瘾、社会挫败和慢性疼痛诱发的抑郁等精神行为障碍中具有重要作用。NAc可分为核区和围绕在外侧的壳区两部分,中型棘突神经元(medium-sized spiny neurons, MSNs)是其主要的传出神经元。神经元信息输出的能力除了受其内在兴奋性的影响外,主要依赖于兴奋和抑制性传入突触信息的整合。前期电生理研究发现,在外周神经损伤导致的神经病理性疼痛模型中,NAc壳区MSNs的兴奋性谷氨酸能突触传递下降。然而,外周神经损伤是否改变MSNs抑制性突触传入强度以及兴奋性-抑制性突触传入平衡并不清楚。
该项研究利用腰5脊神经结扎(spinal nerve ligation, SNL)的方法建立小鼠神经病理性疼痛模型。在离体脑片上进行电生理记录发现,SNL导致NAc壳区MSN细胞兴奋性突触传入强度与抑制性突触传入强度比率(excitatory/inhibitory ratio, E/I ratio)下降。
进一步实验表明,SNL导致MSNs上记录的自发兴奋性突触后电流(spontaneous excitatory postsynaptic currents, sEPSC)频率和幅度都明显下降;而自发抑制性突触后电流(spontaneous inhibitory postsynaptic currents, sIPSC)频率显著增加,幅值不变。采用双脉冲刺激比率(paired-pulse ratio, PPR,一个用于验证突触前递质释放概率变化的电生理指标)的实验证实,SNL小鼠NAc壳区MSNs记录到的EPSCs的PPR值显著增加,IPSC的PPR值减小。
前期研究显示,SNL引起的神经病理性疼痛同时也导致NAc区趋化因子CCL2及受体CCR2表达和活动增加,并且参与MSN兴奋性突触传递效率的调节。为了进一步研究CCL2/CCR2信号通路是否参与SNL导致的MSN细胞抑制性突触传递效率,以及是否调节NAc壳区MSN细胞的E/I平衡,研究人员在NAc脑片上检测了急性灌流CCL2对MSNs的sEPSC和sIPSC的影响。
结果显示,灌流CCL2使得sEPSC和sIPSC的频率和幅度都增加,尤其是NMDAR介导的微小兴奋性突触后电流(NMDAR-mEPSC)幅值增大。在体过表达NAc的CCL2后,MSNs上记录的sEPSC/sIPSC幅值的比率下降。前期研究发现,神经病理性疼痛导致的动机行为下降与NAc区MSNs的长时程突触可塑变化有关。本研究中显示,SNL导致NAc壳区NMDAR依赖的长时程抑制(long-term depression, LTD)受损,诱导的LTD幅度减小。敲低NAc的CCR2的表达可减弱SNL导致的MSN细胞NMDAR依赖的LTD受损幅度。