一条绕过丘脑调节伤害性感受的脊髓皮质直接通路

既往研究认为，背根神经节(dorsal root ganglion, DRG)将信号上传到脊髓投射神经元 (spinal projection neurons, SPNs)，经丘脑到达躯体感觉皮质的第四层。第五层神经元接收浅层的信息，通过皮质脊髓束(corticospinal tract, CST)下行投射至脊髓。然而，本研究揭示背角深层SPNs 与感觉运动皮质的第五层皮质脊髓神经元(corticospinal neurons, CSNs)的一个子集-脊髓皮质接收神经元 (spino-cortical recipient neurons,SCRNs) 存在直接的脊髓皮质通路。结果：（1）L5DRG 神经元注射顺行跨多突触的H129-EGFP 病毒，对侧初级运动皮质 (primary motor cortex, MOp) 和躯体感觉皮质下肢区(somatosensory cortex lower limb, SSpll)第五层神经元表达绿色荧光蛋白。脊髓注射顺行跨单突触病毒 (Hs06-mCherry) 及辅助病毒，MOp 和SSpll第五层神经元表达mCherry 红色荧光。结果提示，SPNs 与SCRNs 之间存在绕过丘脑的直接连接。（2）腰脊髓注射非跨突触AAV2/9-hSyn-EGFP，未在躯体感觉皮质观察到EGFP 的荧光信号。进一步通过非跨突触示踪等技术，确定了SPNs 的上行轴突与SCRNs 的下行轴突连接区域，即脊髓-皮质连接盘(spino-cortical connecting disc, SCCD)。SCCD 位于基底脑桥核(basilar pontine nucleus, BPN)。（3）通过多重过氧化物酶电子显微镜，发现脊髓上行轴突与皮质下行轴突在SCCD 处存在突触连接。激活脊髓上行轴突后，皮质下行轴突的钙信号明显上升，表明它们之间存在直接的功能连接。（4）稀疏标记技术显示，STT 和CST 通过脊髓皮质通路连接，引起响应外周刺激的快速感觉运动转换。（5）光遗传学和化学遗传学等实验性证明，位于BPN 的脊髓皮质通路调节痛觉反应。在神经病理性疼痛模型中，抑制脊髓皮质通路可缓解痛行为。结论：存在一条绕过丘脑调节伤害性感受的脊髓皮质直接通路。该通路为疼痛研究提供新见解和新思路。（Cai B, Wu D, Xie H,et al.A direct spino-cortical circuit bypassing the thalamus modulates nociception.Cell Res,2023,33(10):775-789.北京大学神经科学研究所，刘一璇 译，刘风雨 校）