La segnalazione adrenergica agli astrociti nella corteccia cingolata anteriore contribuisce al dolore

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 10 (2023) Citare questo articolo

1768 Accessi

3 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Il dolore contiene sia dimensioni sensoriali che affettive. Identifichiamo il ruolo della norepinefrina nella distensione del colon-retto (sottosoglia per il dolore acuto) indotta dall'evitamento del luogo condizionato e dall'espressione genica della plasticità nella corteccia cingolata anteriore (ACC). L'attivazione dei neuroni ACC che proiettano il locus coeruleus (LC) facilita il consolidamento avversivo e la memoria evocati dal dolore, mentre l'inibizione dei neuroni ACC che proiettano LC lo blocca in modo reversibile. L'attivazione optogenetica degli astrociti ACC facilita il comportamento avversivo. La manipolazione del Gi astrocitico dell'ACC ha soppresso il comportamento avversivo e l'espressione genica della plasticità precoce indotta dall'opto-attivazione dei neuroni LC che proiettano all'ACC. Prove per il ruolo critico di β2AR negli astrociti ACC sono state fornite utilizzando la codifica AAV β2AR miRNAi per abbattere β2AR negli astrociti. Al contrario, l’opto-attivazione dei β2AR astrocitici dell’ACC promuove la memoria dell’avversione. I nostri risultati suggeriscono che la segnalazione astrocitica adrenergica specifica della proiezione nell'ACC è parte integrante della neuromodulazione a livello di sistema in risposta agli stimoli viscerali e svolge un ruolo chiave nel mediare il consolidamento dell'avversione correlata al dolore e la formazione della memoria.

Il dolore è un'esperienza soggettiva cosciente che viene spesso evocata dalla stimolazione nocicettiva, l'attivazione dei nocicettori e le vie nocicettive causano senza dubbio dolore. D’altra parte, numerose prove indicano che i nocicettori possono essere attivi in assenza di percezione del dolore1. Il dolore coinvolge sia elementi sensoriali che affettivi. Precedenti studi elettrofisiologici hanno identificato neuroni sensibili alla distensione colorettale (CRD) nell'ACC2,3,4. Abbiamo determinato che la splancnicectomia acuta combinata con la sezione del nervo pelvico eliminava completamente le risposte neuronali ACC evocate da CRD2, suggerendo che gli input afferenti periferici dal CRD vengono trasmessi attraverso i nervi pelvici e splancnici all'ACC evocando risposte neuronali ACC al CRD2. Utilizzando un modello di ratto ipersensibile viscerale cronico sensibilizzato all'albumina dell'uovo di gallina, abbiamo precedentemente dimostrato che l'anafilassi del colon aumenta la sensibilizzazione della corteccia cingolata anteriore (ACC). L'esecuzione della distensione colorettale (CRD) con una pressione di distensione nociva ha indotto un riflesso visceromotorio5 (un riflesso pseudo-affettivo) poiché la percezione del dolore, allodinia e iperalgesia sono state caratterizzate in ratti visceralmente ipersensibili2,3,4,6. Sono state riportate alterazioni della plasticità sinaptica nelle sinapsi talamo-ACC mediale in ratti visceralmente ipersensibili3.

La dimensione affettiva del dolore è costituita da sentimenti di spiacevolezza. L'ACC ha un ruolo cruciale nell'esperienza affettivo-avversa del dolore7,8,9,10,11. I meccanismi per l’aumento dell’avversione nello stato di dolore cronico sono stati ampiamente studiati utilizzando la stimolazione nociva. Precedenti studi che utilizzavano modelli animali con dolore cronico hanno mostrato il reclutamento dell'elaborazione del dolore acuto durante il recupero dell'evitamento passivo condizionato dal dolore12,13.

Studi di imaging del cervello umano e studi sui roditori sull’apprendimento comportamentale avversivo hanno fornito ampie prove del fatto che la percezione del dolore è distinta dalla nocicezione1. Con il tempo e il precedente apprendimento emotivo, l'attivazione nocicettiva si manifesta nel dolore stesso14. Sebbene il dolore sia composto da elementi sensoriali ed affettivi, i modelli del dolore animale sono particolarmente privi di un indice comportamentale per valutare la componente affettiva del dolore. Utilizzando un test correlato al dolore nei roditori che combina la distensione colorettale (magnitudine CRD ≤35 mmHg) con l'evitamento del luogo condizionante (CPA), abbiamo misurato un comportamento appreso che riflette direttamente la componente affettiva del dolore evocato dalla stimolazione viscerale e sviluppa un notevole apprendimento associativo di avversione e memoria15,16. In questo studio, utilizziamo la CRD con magnitudo ≤ 35 mmHg, una sottosoglia per la percezione del dolore, come stimolazione nocicettiva, combinata con il paradigma CPA per dimostrare che quando la CRD era accoppiata con un contesto ambientale distinto, i ratti trascorrevano significativamente meno tempo in questo contesto. ambiente distinto nei giorni di test post-condizionamento rispetto al giorno di pre-condizionamento, indicando che i ratti sottoposti a stimolazione nocicettiva viscerale hanno sperimentato un'avversione significativa che può supportare l'apprendimento associativo e la memoria15,16.

93% loss of DβH immunoreactivity compared with vehicle rats (Fig. 1a, b and Supplementary Data 1). On test days, depletion of noradrenergic neurons induced a significant decrease in the CPA score (Fig. 1c; Supplementary Table 1 and Supplementary Data 1)./p> 0.05./p> 28% and specificity > 95% (Fig. 2d, e and Supplementary Data 1). On test days, optogenetic inhibition of LC neurons, during training or before testing days, dramatically reduced the CPA score (Fig. 2a, f, g, Supplementary Table 2 and Supplementary Data 1). In contrast, optical inhibition of noradrenergic neurons in the absence of CRD has no effect on CPA score (Supplementary Fig. 3a, b and Supplementary Data 1)./p> 0.9999, two-way ANOVA with Bonferroni test). h Representative images of c-Fos expression in EYFP and eNpHR3.0 rats. Scale bar: 50 µm. i Quantification of c-Fos+ cells in the LC and ACC region after optogenetic inhibition (n = 3–5 rats/group, 3 sections from each animal; **p < 0.0083; t5 = 4.224 (LC); ***p < 0.0001, t6 = 9.946 (ACC), unpaired t-test). Results are presented as mean ± SEM. ns = non-significant, p > 0.05./p> 0.05. Propran = propranolol./p>26.5% and specificity >94% (Fig. 4c–e, Supplementary Fig. 1b, and Supplementary Data 1). On test days, optogenetic activation of noradrenergic neurons during training and before testing days significantly increased the CPA score (Fig. 4b, f, Supplementary Fig. 1f, Supplementary Table 4, and Supplementary Data 1). Further, we report that optical stimulation of noradrenergic neurons in the absence of CRD does not affect the CPA score (Supplementary Fig. 3a, c and Supplementary Data 1)./p> 0.05. Propran = propranolol./p>95%) and specificity (>97%; Supplementary Fig. 1c, d and Supplementary Data 1). We found that optogenetic activation of ACC astrocytes during conditioning significantly promoted the CPA score (Supplementary Fig. 1e, Supplementary Table 5, and Supplementary Data 1). Additionally, we report that optical stimulation of ACC astrocytes in the absence of CRD does not change the CPA score (Supplementary Fig. 3a, d and Supplementary Data 1)./p>87% S100β+ cells expressed opto-β2AR+ with a specificity of >97% (Fig. 5a–c and Supplementary Data 1). On test days, optogenetic activation of astrocytic β2ARs during training or before testing days significantly promoted the CPA score (Fig. 5d, e, Supplementary Table 5, and Supplementary Data 1). In addition, we showed opto-activation of β2ARs in ACC astrocytes had no effects on U69593-induced CPA (Fig. 5f, Supplementary Table 5, and Supplementary Data 1). Further, optical stimulation of ACC astrocytic β2ARs in the absence of CRD does not change the CPA score (Supplementary Fig. 3a, e and Supplementary Data 1). In separate group of rats, we also showed that photoactivation of astrocytic β2ARs did not change the VMR to graded pressure of CRD (Supplementary Fig. 2c, d and Supplementary Data 1)./p> 0.05. TD1 = Test day 1. HC = home cage./p>89 % GFAP+ cells in ACC area expressed rβ2AR-mCherry with >96% specificity (Fig. 6a, d, e and Supplementary Data 1). Moreover, co-staining with microglia activation marker Iba1 showed no overlap with β2AR mCherry+ cells (Supplementary Fig. 6a). When co-stained with the neuronal nuclear marker NeuN, it offered approximately 1.84% off-target expression in the ACC neurons (Supplementary Fig. 6b, c and Supplementary Data 1)./p> 0.05./p>88% ACC NeuN+ cells expressed β2AR-mCherry with >98% specificity (Supplementary Fig. 7a, d, e and Supplementary Data 1). The histochemical staining shown that injection of miRNAi into ACC region produced significant reduction in the expression of neuronal β2ARs (Supplementary Fig. 7b, c, f and Supplementary Data 1). The western blot data further confirmed that knockdown effect was more robust in miRNAi(rβ2AR) compared to the negative control rats (Supplementary Fig. 7g and Supplementary Data 1). Notably, on test days, knockdown of ACC neuronal β2ARs has no significant effect on the CPA score (Supplementary Fig. 7h, Supplementary Table 6, and Supplementary Data 1). Intriguingly, taken together, the data demonstrate that ACC astrocytic β2ARs, not the neuronal β2ARs, are required for aversive memory formation./p>87% of GFAP+ cells in the ACC region expressed hM4Di-mCherry with a specificity of >94% (Supplementary Fig. 9a–c and Supplementary Data 1). When co-stained with neuronal nuclear marker, <5.5% of hM4Di-mCherry+ cells overlapped with ACC neurons (Supplementary Figure 6d, e and Supplementary Data 1). On test days, activation of the Gi pathway in ACC astrocytes before training or before testing days substantially blocked the CPA memory (Supplementary Fig. 9d, e, Supplementary Table 7 and Supplementary Data 1). In a separate group of rats, we also showed that the CNO (1 mg/kg b.w) treatment before conditioning itself does not affect the CPA score and c-Fos expression in the ACC region (Supplementary Fig. 10a–d and Supplementary Data 1)./p> 0.05./p>

Notizia

La segnalazione adrenergica agli astrociti nella corteccia cingolata anteriore contribuisce al dolore