樊炳乾 杨 丽 马 雨 翟晓静 张广超 Mannan ABDUL ,3余雨媚 张红星 曹君利,3

（1 江苏省麻醉学重点实验室，徐州221004；2 江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室，徐州221004；3 徐州医科大学附属医院麻醉科，徐州221002）

中脑多巴胺奖赏系统由中脑腹侧被盖区 (ventral tegmental area, VTA) 多巴胺能神经元及其投射靶区如伏隔核 (nucleus accumbens, NAc)、前额叶皮质 (prefrontal cortex, PFC) 、海马 (hippocampus) 等多个核团共同构成。VTA 位于黑质和红核之间的中脑区域，是一个由多种类型神经元构成的核团，其中包含60%～65%的多巴胺能神经元、30%～35%的γ-氨基丁酸能神经元和2%～3%的谷氨酸能神经元。VTA 是该系统中多巴胺的主要来源[1～3]。中脑多巴胺奖赏系统在情感、感觉、应激、动机和奖赏等相关生理和病理行为中发挥重要作用[4～8]。越来越多的证据表明，VTA 多巴胺能神经元及其相关神经环路在疼痛感觉调制中扮演着重要的角色[3,9,10]。传统的观念认为疼痛是一种负性行为，疼痛抑制VTA多巴胺能神经元活性，减少多巴胺的释放；疼痛的缓解作为一种“奖赏”效应能够激活多巴胺奖赏系统，增加多巴胺释放[7,9]。近年来，随着研究手段的特异性不断提高，出现了新的观点：疼痛激活VTA多巴胺能神经元，而抑制VTA 多巴胺能神经元可以缓解疼痛[11,12]。上述观点的分歧提示中脑多巴胺奖赏系统，特别是VTA 多巴胺能神经元在疼痛调制中存在着较大异质性[5,13～15]。深入的了解VTA 多巴胺能神经元在疼痛调制中的异质性，将为疼痛及其相关疾病的神经机制研究和治疗提供新的思路和方向。本文将对VTA 多巴胺能神经元在疼痛感觉调制中的异质性进行系统综述，并试从VTA 多巴胺能神经元的解剖定位与下游投射角度分析其异质性的可能原因。

一、VTA 多巴胺能神经元在疼痛调制中的异质性表现

自20世纪初中脑边缘系统被发现并命名以来，科学家们对该系统的研究主要集中在情绪、应激、动机以及奖赏等领域。20 世纪80 年代以来，越来越多的研究提示该系统可能参与疼痛感觉的调制过程[4,16]。随着研究手段的不断更新和针对这一系统的研究向着细胞类型和下游投射脑区特异性的方向发展，研究结果开始出现较大分歧，甚至完全相反。本部分对VTA 多巴胺能神经元在疼痛感觉调制中的异质性进行系统综述。

1. 疼痛抑制VTA 多巴胺能神经元，激活VTA多巴胺能神经元可缓解疼痛

坐骨神经结扎 (sciatic nerve ligation, SNL) 和外周神经损伤 (peripheral nerve injury, PNI) 是常用的神经病理性疼痛模型。早在2002 年，Ozaki 的研究表明，SNL 可以抑制由腹腔注射吗啡所引起的多巴胺释放[17]。吗啡和可卡因等阿片类镇痛药物可以激活VTA 多巴胺能神经元，足底注射甲醛或完全弗氏佐剂引起的炎性疼痛能减弱由吗啡和可卡因引起的多巴胺能神经元的活化[18]。在VTA 注射吗啡或在NAc 注射可卡因可以激活VTA 投射至NAc的多巴胺能神经元并增加多巴胺释放，神经病理性疼痛和癌痛则可以抑制吗啡和可卡因注射引起的多巴胺释放[19,20]。加巴喷丁是神经病理性疼痛的一线治疗药物，研究发现，通过鞘内注射加巴喷丁减轻了SNL 大鼠的痛觉敏化并增加了NAc 的多巴胺释放[21]。另外，在脊髓损伤 (spinal cord injury, SCI) 动物模型中（通常可引起慢性神经病理性疼痛），运用在体电生理技术记录到模型大鼠VTA 多巴胺能神经元自发放电率显著降低，在给予吗啡注射治疗后SCI 大鼠VTA 多巴胺能神经元自发放电率显著升高[22]。外周神经阻滞是临床常用的镇痛方法，通过对支配疼痛部位的外周神经周围局部浸润局部麻醉药（如利多卡因），可阻断疼痛信号向中枢的传入以达到缓解疼痛的目的。2012 年的一项研究表明，在切口痛(incisional pain, IP)动物模型中，PNB可以增加大鼠VTA 多巴胺能神经元的c-Fos 蛋白表达，同时增加了NAc 的多巴胺释放（Navratilova 等. 2012）。

VTA 多巴胺能神经元表达大量的食欲素受体，VTA 局部注射食欲素A 可激活VTA 多巴胺能神经元并增加NAc 的多巴胺释放，进而缓解痛觉敏化，而在NAc 预先局部注射多巴胺D1 或D2 受体拮抗剂，可以减弱这一效果（Yazdi 等. 2014）。化学遗传学技术和光遗传学技术的出现使高度特异性调制核团之间的神经元活性成为了可能。2018 年的一项研究发现，SNL 和癌痛模型小鼠的VTA 多巴胺神经元放电频率降低，运用光遗传学技术特异性激活VTA-NAc 的多巴胺能神经元，可以缓解SNL 和癌痛引起的痛行为[20]。临床和基础研究均表明，运动可以缓解疼痛 (exercise-induced hypoalgesia, EIH)[23]。Wakaizumi 等在部分坐骨神经结扎 (partial sciatic nerve ligation, PSNL) 模型小鼠中模拟出EIH，而化学遗传学特异性抑制VTA-NAc 投射的多巴胺能神经元可以拮抗EIH[24]。

2.疼痛激活VTA 多巴胺能神经元，抑制VTA多巴胺能神经元产生镇痛作用

同时，关于VTA 多巴胺能神经元参与疼痛调制的研究中也不乏与前述不同的研究结果。早在1993 年，Ma 等的研究就发现，足底注射甲醛增加了大鼠VTA 多巴胺能神经元的c-Fos 蛋白表达[11]。辣椒素受体TRPV1 (transient receptor potential vanilloid 1) 是神经系统调控伤害性感受和神经元活动的重要离子通道[25]。在VTA，激活TRPV1 受体可活化多巴胺能神经元。尾部电刺激（一种急性疼痛刺激）能增加大鼠 NAc 的多巴胺释放，而VTA 局部注射TRPV1 拮抗剂可逆转由尾部电刺激引起的多巴胺释放增加[26]，提示电刺激可活化VTA 投射至NAc的多巴胺能神经元。在体钙成像技术是通过检测神经元局部钙离子水平变化来反映群体神经元活性的一项新技术。2018 年的一项研究发现，尾部夹捏刺激可升高小鼠VTA 多巴胺能神经元的钙信号水平，而轻微的尾部触摸并未改变钙信号水平[27]，提示急性疼痛刺激可以激活VTA 多巴胺能神经元。另外，SNL 慢性神经病理性疼痛大鼠的VTA 多巴胺能神经元活化比例也增加[2]。坐骨神经结扎性损伤 (chronic constrictive injury, CCI) 是慢性神经病理性疼痛模型，Zhang 等的研究发现，小鼠VTA 多巴胺能神经元的c-Fos 表达增加，神经元放电频率升高，光遗传学抑制VTA-NAc 投射特异性的多巴胺能神经元活性能够有效缓解CCI 小鼠的痛觉敏化[12]。动物研究发现阻断NAc 活化减轻了下颌张开疼痛模型引起的痛觉敏化[28]。另外一项关于坐骨神经分支损伤 (spared nerve injury, SNI) 的神经病理性疼痛研究也发现，与对照组比较，模型大鼠的VTA 多巴胺能神经元的放电频率显著增加，而腹腔注射加巴喷丁缓解了SNI 大鼠的痛觉敏化并降低了VTA 多巴胺能神经元放电频率[29]。这些证据提示，急慢性疼痛均可激活VTA 多巴胺能神经元或增加其下游脑区多巴胺释放。

上述证据提示，不同实验条件下VTA 多巴胺能神经元对疼痛刺激表现出不同的反应（异质性）。本综述试从VTA 亚区的解剖定位及其多巴胺能神经元投射联系的角度分析出现上述异质性的原因。

二、VTA 多巴胺能神经元的解剖功能异质性

VTA 由臂旁色素核 (parabrachial pigmented area, PBP)、黑质旁核 (paranigral nucleus, PN)、束间核(interfascicular nucleus, IF)、嘴侧线状裂核(rostral linear nucleus raphe, RLi)和尾侧线状裂核(caudal linear nucleus raphe, CLi) 等多个亚核组成。依据其空间结构又可以分为前侧VTA (anterior VTA, aVTA) 与后侧VTA (posterior VTA, pVTA)，嘴侧VTA (rostral VTA, rVTA) 与尾侧VTA (caudal VTA, cVTA) 或背侧VTA (dorsal VTA, dVTA) 与腹侧VTA (ventral VTA, vVTA)[5,30～33]（见图1）。VTA 多巴胺能神经元在不同亚区的分布存在着差异性，表现为pVTA ＞ aVTA ＞ tVTA (tail VTA)，其中tVTA 的多巴胺能神经元密度远低于GABA 能神经元密度[33]，不同亚区细胞类型的含量不同或同种细胞的投射差异（详见投射异质性部分）可能是VTA 功能异质性的一个重要原因。

1.背侧VTA 和腹侧VTA 多巴胺能神经元的功能异质性

足底电刺激是常用的伤害性和厌恶刺激。小鼠在接受足底电刺激时，VTA 背侧和腹侧的多巴胺能神经元表现出不同的反应：电刺激抑制背侧VTA多巴胺能神经元而兴奋腹侧VTA 多巴胺能神经元，并且腹侧VTA 多巴胺能神经元较背侧爆发式放电多[15]，提示VTA 腹侧和背侧的多巴胺能神经元在调控伤害性刺激上存在着差异。

2.嘴侧VTA 和尾侧VTA 多巴胺能神经元的功能异质性

长期暴露于吗啡会增加VTA 多巴胺能神经元磷脂酶Cγ1 (phospholipase Cγ1, PLCγ1)（一种参与神经营养信号传递的蛋白）的表达。行为学水平，rVTA 与cVTA 的PLCγ1 过表达对行为的影响存在着差异：rVTA 局部PLCγ1 过表达增强了吗啡所引起的位置偏好，而cVTA 局部PLCγ1 过表达减弱了由吗啡引起的位置偏好。此外，rVTA 局部PLCγ1过表达增强了对蔗糖的偏好，但不会影响对应激或伤害性刺激的反应。相反，在cVTA 中，PLCγ1 的过表达减弱了对蔗糖的偏好，增强了对应激和伤害性刺激的敏感性[30]。这些结果表明，rVTA 和cVTA多巴胺能神经元在调节伤害性刺激等行为上存在着差异。

另外，通过对比2017 年和2018 年的两项疼痛相关研究可以发现，激活VTA 多巴胺能神经元产生镇痛效果的VTA注射坐标位于前侧VTA (Bregma-2.5)[20]，而抑制VTA 多巴胺能神经元产生镇痛效果VTA 注射坐标位于后侧VTA (Bregma-3.3)[12]，提示VTA多巴胺能神经元的解剖特异性可能是引起疼痛感觉调控差异的重要原因。

三、特异性投射VTA 多巴胺能神经元的功能异质性

如上所述，VTA 多巴胺能神经元与多个核团存在着复杂的投射联系。VTA 多巴胺能神经元接收来自前额叶皮质 (mPFC)、伏隔核 (NAc)、中缝背核 (DRN)、外侧下丘脑 (LHT) 等核团的投射[34]。不同亚区的VTA 多巴胺能神经元可能投射到不同的下游脑区。例如，在尾侧中脑，外侧VTA 的多巴胺能神经元主要投射到NAc 外侧壳 (NAc lateral shell)，而内侧VTA 的多巴胺能神经元主要投射到NAc 核 (NAc core)、NAc 内 侧 壳 (NAc medial shell)、基 底外侧杏仁核 (BLA) 以及内侧前额叶皮质 (mPFC)[32]（见图2）。同时，在细胞学水平上，不同投射特异性的VTA 多巴胺能神经元的动作电位时程也存在着差异：NAc ＞ mPFC ＞ Amygdala，同时不同靶向的多巴胺能神经元对激活D2 受体的反应性也存在着差异：Amygdala 投射的VTA 神经元不会被D2受体激活而超极化[14]。

图1 VTA 分区示意图 [15,30,33]

研究表明，与VTA 多巴胺能神经元的不同投射连接可能是其功能特异性的一个重要原因。比如，来自大脑脚背盖背侧核 (laterodorsal tegmentum nucleus, LDT) 的谷氨酸能神经元激活VTA 多巴胺能神经元可以引起条件性位置偏好 ，而来自于外侧缰核 (lateral habenula, LHb)的谷氨酸能神经元激活VTA 多巴胺能神经元则引起了条件性位置厌恶[6]。此外，投射到不同下游核团的VTA 多巴胺能神经元介导的行为同样存在着差异性。例如，在慢性社交挫败应激引起的抑郁症模型中，抑郁易感小鼠投射至NAc 的VTA 多巴胺能神经元放电频率增加，而投射至mPFC 的多巴胺能神经元放电频率减少。激活VTA-NAc 的多巴胺能神经元诱发了抑郁样行为，相反，抑制VTA-mPFC 的多巴胺能神经元诱发了抑郁样行为[35]。

图2 VTA 多巴胺能神经元投射异质性（内侧和外侧VTA）[32]

以上证据表明，不同亚区的VTA 多巴胺能神经元具有特异的生理特征和投射联系，这可能是导致其调控疼痛感觉和其他功能异质性的重要原因。

四、结语与展望

本文系统的综述了VTA 多巴胺能神经元在疼痛感觉调控中的异质性表现，并从神经解剖异质性和投射异质性角度对VTA 多巴胺能神经元调控疼痛感觉异质性的可能原因进行了深入分析。近年来，越来越多的研究开始关注不同亚区投射特异性多巴胺能神经元在不同病理生理过程中的不同功能，并逐渐成为VTA 多巴胺能神经元研究的重要方向[31,36]。另外，VTA 不同亚区多巴胺能神经元与其上下游核团不同亚区之间的联系及其功能可能会成为未来重要的研究方向。深入了解VTA 多巴胺能神经元在疼痛及情绪等行为调控中的异质性，为研究疼痛及其伴随情绪症状（如疼痛-抑郁共病）的发病机制和治疗提供高度特异性的新思路。