作者：复旦大学 鱼子酱

痛苦和恐惧是相互关联的两种独立行为状态^[1]。在危险面前，恐惧会强烈地压制疼痛，这对生物的生存至关重要^[2]。已有研究表明，阿片类和内源性大麻素能的机制可通过脊髓下行通路抑制疼痛信息传递^[3]。然而，疼痛引起的恐惧记忆也被认为是慢性疼痛的关键诱发因素，对疼痛的恐惧会引发回避行为并加剧疼痛^[4]。但目前为止，这种恐惧与疼痛相互作用的神经生物学机制仍然相知甚少。

最近，Rohini Kuner团队在Nature Neuroscience上发表了题为 “Prefrontal engrams of long-term fear memory perpetuate pain perception”的文章，他们通过标记和操纵engram研究了长期恐惧记忆与疼痛感知之间的相互作用^[5]。

首先，研究者们将目光聚焦在长期记忆储存和疼痛都相关的关键脑区 -- 前边缘皮层(PL, prelimbic)。首先作者通过AAV病毒载体( pAAV-cFos-tTA及 pAAV-6P-Cmini.iCRE-mCherry)将两套基因系统同时整合到小鼠PL脑区神经元中，构建起”Tet-Off”系统。其中c-Fos的表达可以引起另一套系统中报告蛋白(mCherry)的表达，而Doxycycline则可阻断这两套系统的联系，因此通过Doxycycline就可以打开或关闭时间窗，从而可在特定时间内标记活跃的神经元（图1a）。

通过”Tet-Off”系统，作者分别标记了疼痛与恐惧记忆时被激活的神经元，通过cFos蛋白的染色结果发现这两个时期被标记到的神经元有高度重叠，这些结果表明PL中有一类神经元不仅编码恐惧记忆，又与疼痛反应密切相关（图1b、c）。

为了评估这类与疼痛和恐惧记忆都相关的神经元的功能，研究者们通过光遗传学操纵了这类神经元。基于”Tet-Off”系统，研究者们将病毒换成了可编码光遗传学相关蛋白(ArchT或ChR2)的病毒（ pAAV-ITR-PTREtight-ArchT2A-Venus-WPRE-pA-ITR，AAV1/AAV2-ITR-PTREtight-ChR2-eYFP-WPRE-pA-ITR）（图2d），从而可以通过光遗传的手段操纵这类神经元。当通过光遗传学激活长期恐惧印记细胞时，小鼠疼痛现象加剧；当光遗传学抑制长期印记细胞时，小鼠疼痛行为也被抑制（图2e）。而通过光遗传学操纵PL区随机细胞群（Tet-Off系统结合rAAV-hSyn-ArchT2A-Venus）时，小鼠疼痛相关的行为并未发生改变（图3）。

研究者们除了对后天形成的恐惧进行了研究之外，对先天恐惧也进行了研究。他们通过同样的”Tet-Off”系统结合TMT（狐狸尿液与粪便中存在的物质）观察小鼠对先天恐惧的反应（图4d），并标记相对应的神经元。后续通过光遗传学的手段操纵先天恐惧印记细胞发现，激活先天恐惧印记细胞会抑制疼痛（图4d）。

图1：Tet-Off系统标记恐惧印记与疼痛会引起共同的神经元响应

图2：光遗传学激活长期恐惧记忆印记细胞会引起疼痛反应改变

图3：光遗传学操纵PL其它细胞不会引起疼痛相关反应的变化

图4：光遗传操纵先天恐惧引起细胞会影响对疼痛的响应

临床上有研究表明，患有慢性疼痛的患者常有痛觉过敏的症状，因此研究者们也对恐惧印记细胞和慢性疼痛敏感性的关系进行了探索。首先他们对已建立长期恐惧的小鼠建立慢性神经病理性疼痛模型，结果观察到小鼠的非损伤侧超敏反应得到显著提高（图5a），慢性疼痛模型小鼠PL区疼痛和恐惧相关的细胞重叠度也更多（图5b、c）。

图5：具有恐惧记忆小鼠的对疼痛超敏反应增强

那么是否可以通过抑制长期恐惧记忆印记缓解慢性疼痛呢？作者对慢性疼痛小鼠的长期记忆印记细胞进行了光遗传学操纵（图6a）。当通过光遗传学方式抑制恐惧记忆印记细胞时，小鼠对疼痛的敏感度显著降低（图6b、c），但光遗传抑制PL任意神经元时，小鼠对疼痛的敏感性并无明显变化（图6d、e）。

图6：抑制长期恐惧记忆可降低炎症性疼痛和神经性疼痛中已建立的痛觉超敏反应

这项研究探索了长期恐惧记忆与疼痛通路的细胞生物学机制，研究发现激活前额叶皮层神经元的恐惧记忆可以加剧对疼痛的感知，而抑制这类神经元则可以抑制疼痛和病理性超敏反应。这些结果也表明可以通过消除恐惧记忆治疗慢性疼痛，有望通过此机制开发新的疼痛治疗和干预措施。