慢性痛是当前威胁人类健康的重要疾病之一,而长期的慢性痛所诱发的焦虑抑郁障碍又是慢性痛相关的精神障碍中十分常见的一种类型,其患病率可高达40%以上。因此,长期的Biophilia hypothesis慢性痛会造成患者焦虑抑郁障碍等负性情绪的发生,而反过来,焦虑抑郁障碍的发生又会进一步加重慢性痛的症状,如此形成一个恶性循环。然而,目前临床上对于慢性痛诱发焦虑抑郁发生的中枢神经机制尚未完全明确,这对进一步的临床诊疗造成了极大的困难与挑战。近年来,磁共振成像作为一种无创的技术手段,被研究人员广泛应用于多种疾病的中枢神经机制的探索。既往影像学研究显示,慢性痛、焦虑抑郁障碍患者的海马(hippocampus,HIP)、伏隔核(nucleus accumbens,NAc)等脑区的结构功能较正常人群发生了显著的变化。在动物实验中,研究人员观察到激活中脑腹侧被盖区(ventral tegmental area,VTA)到 NAc 的多巴胺(dopamine,DA)能神经通路可以改善慢性痛小鼠的负性情绪反应。此外,HIP内神经发生也被认为是联系慢性痛与抑郁发生的重要纽带。综合以上证据表明,大脑边缘DA能系统可能在慢性痛诱发焦虑抑郁发生中扮演着重要角色。但是,目前相关神经影像研究仍存在样本量偏小,部分研究结果有争议性等短板,以及临床研究结果与基础实验缺乏相互印证,限制了对此类共病现象的中枢机制的进一步研究。除此之外,我们团队前期的研究结果亦提示中脑VTA到腹侧海马(ventral hippocampus,vHIP)的DA能神经通路也可能是慢性痛诱发焦虑抑郁发生的潜在机制之一。但是,VTA内DA能神经元是否向vHIP和NAc同时发出分支投射以及这些分支投射神经元是否参与了慢性痛和相关负性情绪信息的传递过程,到目前为止尚无文献报道。因此,为了解决上述问题,本实验联合AES-SDM元分析与分支投射实验主要从以下三个方面展开研究。第一部分:慢性痛伴焦虑抑郁障碍患者大脑灰质体积变化:基于体素形态学研究的AES-SDM元分析目的:慢性痛是一种复杂的不愉快的情感体验,长期的慢性痛通常伴随着焦虑、抑郁等负性情绪的发生。既往大量神经影像证据表明慢性痛诱发焦虑抑郁的发生与患者特定大脑区域结构变化密切相关。然而,部分慢性痛伴焦虑抑郁障碍患者(chronic pain patients with anxio-depressive disorders,CP-AD)大脑结构变化的神经影像结果仍然存在争议性,这限制了研究人员对此类共病机制的进一步理解与探索。因此,采用元分析的方法获得可靠的大脑结构变化证据对疾病未来的诊治和干预是十分必要的。方法:采用文本词查全策略从PubMed,MEDLINE,Web of Science,以及Cochrane Library四个数据库中系统检索了 CP-AD大脑灰质体积变化的相关研究1722项,检索截止日期为2021年7月13日。此外,对相关综述的参考文献进行手动补充检索,并获得4项研究。最终从1726项研究中共计筛选纳入相关研究18项(其中患者520名,健康对照800名)。使用AES-SDM 5.15对纳入研究报告的相关峰值坐标以及效应值(t值或者z分数)进行元分析。结果:主分析结果显示:与健康对照组(healthy controls,HCs)相比,CP-AD的左侧海马(left hippocampus,HIP.L)灰质体积(gray matter volume,GMV)显著增加,而左侧额上回内侧部(right superior frontal gyrus,medial orbital,SFGmedial.L)GMV 显著减低。亚组分析结果显示:慢性神经病理性痛伴焦虑抑郁障碍患者(chronic neuropathic pain patients with anxio-depressive disorders,CNP-AD)右侧额上回内侧眶周部(right superior frontal gyrus,medial orbital,PFCventmed.R)GMV 较 HCs 显著减低;慢性肌骨痛伴抑郁患者(chronic musculoskeletal pain patients with anxio-depressive disorders,CMP-AD)右侧海马旁回(right parahippocampal gyrus,PHG.R)、HIP.L 以及右侧额中回(right middle frontal gyrus,MTG.R)GMV 较 HCs显著增加。元回归分析结果显示:女性患者百分比与SFGmedial.L的GMV减低呈正相关关系(r=0.3450,P<0.0005)。结论:本次元分析结果提示CP-AD大脑GMV呈现出特征性脑区变化,特别是HIP.脑区GMV体积变化可能是慢性痛、焦虑抑郁以及慢性痛焦虑抑郁共病现象的一个重要的神经影像标志物。此外,性别差异可能是CP-AD大脑GMV变化的一个潜在影响因素。第二部分:急性痛小鼠中脑VTA向vHIP和NAc发出分支投射目的:基于第一部分研究,CP-AD的HIP.L大脑结构较HCs呈现特征性改变,这提示边缘DA能神经系统在慢性痛诱发焦虑、抑郁等负性情绪发生中可能发挥了重要作用。既往研究已经证实,中脑VTA、vHIP、NAc是中脑边缘DA能神经环路中参与疼痛及相关负性情绪调控的重要脑区。然而,中脑VTA内DA能神经元是否向vHIP和NAc发出分支投射以及分支投射神经元是否参与了伤害性信息的传递,到目前为止尚无文献报道。本实验在急性痛小鼠模型上通过分支投射实验对这一问题进行探索。方法:将18只成年雄性C57 BL/6小鼠随机分为生理盐水对照组(n=9)和福尔马林急性痛组(n=9)。采用立体定位注射方法将两种逆行示踪剂荧光金(Fluoro-gold,FG)及四甲基罗达明(tetramethylrhodamine,TMR)分别注射入小鼠左侧vHIP和NAc。联合运用免疫荧光组织化学三重标记技术研究中脑VTA内FG/TMR双标神经元,以及这些双标神经元酪氨酸羟化酶(Tyrosine hydroxylase,TH)、FOS蛋白的表达情况。结果:(1)在生理盐水对照组和福尔马林急性痛组小鼠中脑VTA内均可见部分FG或TMR逆标神经元,这些神经元主要呈现出双侧分布,但以同侧为主的特征。这些FG或TMR逆标神经元的形态可见呈梭形、菱形或纺锤形,细胞大小约为10～20 μm。(2)选择同侧VTA进行FG/TMR双标神经元的计数,结果显示:在生理盐水对照组小鼠中脑VTA内,分别有61.6～62.2%的FG标记神经元和67.4～72.7%的TMR标记神经元为FG/TMR双标神经元;在福尔马林急性痛组小鼠中脑VTA内,分别有67.5～67.7%的FG标记神经元和74.3～80.2%TMR标记神经元为FG/TMR双标神经元。(3)经过FG/TMR/TH免疫荧光三标染色,两组染色结果显示:生理盐水对照selleck抑制剂组小鼠中脑VTA内,FG/TMR/TH三标神经元分别占FG标记神经元的48.8±7.7%,TMR标记神经元的56.9±5.7%,TH标记神经元的16.5±3.5%。此外,还观察到FG/TMR/TH三标神经元占FG/TMR双标神经元的78.2±3.3%。在福尔马林急性痛组小鼠中脑VTA内,FG/TMR/TH三标神经元分别占FG标记神经元的48.7±5.5%,TMR标记神经元的57.6±4.6%,TH标记神经元的17.1±1.9%。此外,还观察到FG/TMR/TH三标神经元占FG/TMR双标神经元的71.9±4.5%Nirogacestat。(4)进一步运用激光共聚焦显微镜,对FG/TMR/FOS三标神经元进行观察和计数。结果显示:FOS阳性神经元主要表达于双侧VTA内,其分布从吻侧到尾侧逐渐减少。细胞计数结果显示:在生理盐水对照组小鼠中脑VTA内,FG/TMR/FOS三标神经元分别占FG标记神经元的15.2±3.4%,TMR标记神经元的16.7±3.6%,FOS标记神经元的16.8±2.9%,此外,还观察到FG/TMR/FOS三标神经元占FG/TMR双标神经元的25.1±7.3%。在福尔马林急性痛组小鼠中脑VTA内,FG/TMR/FOS三标神经元分别占FG标记神经元的21.7±2.4%,TMR标记神经元的24.0±4.4%,FOS标记神经元的16.2±3.1%。此外,还观察到FG/TMR/FOS三标神经元占FG/TMR双标神经元的32.3±5.4%。结论:小鼠中脑VTA内有部分神经元向vHIP和NAc发出分支投射,此类神经元主要为DA能(TH阳性)神经元;其中有部分发出分支投射的神经元呈FOS阳性,提示可能参与了外周急性伤害性信息的传递。第三部分:中脑VTA内部分向vHIP和NAc发出分支投射的神经元参与外周慢性痛伴焦虑样信息的传递目的:基于第二部分研究,中脑VTA向vHIP和NAc的分支投射参与了外周急性伤害性信息的传递。那么,这些发出分支投射的神经元是否也参与了外周慢性痛信息的传递呢?本部分实验进一步在慢性痛伴焦虑样行为小鼠模型中探索这一分支投射与慢性痛伴焦虑样负性情绪的关系,旨在为中脑VTA向vHIP和NAc的分支投射参与慢性痛伴焦虑样负性情绪信息的传递提供直接的行为学和形态学依据。方法:将16只成年雄性C57 BL/6小鼠随机分为假手术组(sham组,n=7)和慢性痛组(cuff组,n=9),于术后1、3、7、14 d对小鼠进行机械痛敏的检测;并于术后第7 d采用立体定位注射方法在cuff组小鼠的左侧vHIP和NAc分别注射FG和TMR,于术后第14 d对小鼠负性情绪进行旷场(Open field test,OFT)、高架十字迷宫实验(Elevated plus-maze test,EPM)的检测。再进一步结合免疫荧光组织化学三重染色技术观察慢性痛伴焦虑小鼠中脑VTA内FG/TMR双标神经元,以及这些双标神经元中TH、FOS蛋白的表达情况。结果:(1)与sham组相比,cuff组小鼠术后第1 d就出现了机械痛阈的降低,并一直持续至第14 d,而且呈现出明显的焦虑样情绪反应;(2)FG/TMR双重免疫荧光组织化学染色结果显示:慢性痛伴焦虑样行为小鼠中脑VTA内有部分神经元为FG/TMR双标神经元;(3)FG/TMR/TH三重免疫荧光组织化学染色结果显示:中脑VTA内大多数FG/TMR双标神经元同时表达TH。神经元计数结果显示:中脑VTA内分别有46.2±2.0%FG和50.6±4.0%TMR标记神经元为FG/TMR双标神经元;分别有78.3±6.9%FG 和 70.2±1.6%TMR 表达 TH,76.4±0.7%FG/TMR 双标神经元表达 TH;(4)FG/TMR/FOS三重免疫荧光组织化学染色结果显示:慢性痛伴焦虑样行为小鼠中脑VTA内有部分FG/TMR双标神经元同时表达FOS蛋白。神经元计数结果显示:中脑VTA内分别有50.9±7.8%FG和57.4±4.3%TMR标记神经元为FG/TMR双标神经元;分别有41.5±4.0%FG和40.6±7.1%TMR单标神经元表达FOS蛋白,58.2±7.7%FG/TMR双标神经元呈FOS阳性。结论:慢性痛伴焦虑样行为小鼠中脑VTA内DA能神经元(TH阳性)可以同时向vHIP和NAc发出分支投射,其中部分分支投射神经元可能参与了慢性痛及相关焦虑样负性情绪信息的传递。