Biologia da Comunicação volume 6, Número do artigo: 10 (2023) Citar este artigo
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A dor contém dimensões sensoriais e afetivas. Identificamos o papel da norepinefrina na distensão colorretal (sublimiar para dor aguda) induzida pela evitação condicionada do local e na expressão do gene da plasticidade no córtex cingulado anterior (ACC). A ativação dos neurônios ACC que projetam o locus coeruleus (LC) facilita a consolidação e a memória aversiva evocada pela dor, enquanto a inibição dos neurônios ACC que projetam o LC os bloqueia reversivelmente. A ativação optogenética dos astrócitos ACC facilita o comportamento aversivo. A manipulação astrocítica do ACC Gi suprimiu o comportamento aversivo e a expressão gênica de plasticidade precoce induzida pela optoativação de neurônios LC que se projetam para o ACC. Evidências para o papel crítico de β2AR em astrócitos ACC foram fornecidas usando AAV que codifica β2AR miRNAi para derrubar β2AR em astrócitos. Em contraste, a optoativação de β2ARs astrocíticos ACC promove memória de aversão. Nossas descobertas sugerem que a sinalização astrocítica adrenérgica específica da projeção no ACC é parte integrante da neuromodulação em todo o sistema em resposta a estímulos viscerais e desempenha um papel fundamental na mediação da consolidação da aversão relacionada à dor e na formação da memória.
A dor é uma experiência subjetiva consciente que é mais frequentemente invocada por estimulação nociceptiva, ativação de nociceptores e vias nociceptivas que, sem dúvida, causam dor. Por outro lado, evidências abundantes indicam que os nociceptores podem estar ativos na ausência de percepção de dor1. A dor envolve elementos sensoriais e afetivos. Estudos eletrofisiológicos anteriores identificaram neurônios responsivos à distensão colorretal (CRD) no ACC2,3,4. Nós determinamos que a esplancnicectomia aguda combinada com a secção do nervo pélvico eliminou completamente as respostas neuronais ACC evocadas por CRD2 sugerindo que as entradas aferentes periféricas de CRD são transmitidas através dos nervos pélvicos e esplâncnicos para o ACC evocando respostas neuronais ACC a CRD2. Usando um modelo de rato com hipersensibilidade visceral crônica sensibilizado à albumina de ovo de galinha, mostramos anteriormente que a anafilaxia colônica aumenta a sensibilização do córtex cingulado anterior (ACC). Realização de distensão colorretal (CRD) com distensão nociva induzida por reflexo visceromotor5 (um reflexo pseudo-afetivo) como percepção de dor, alodinia e hiperalgesia foram caracterizados em ratos visceralmente hipersensíveis2,3,4,6. Alterações da plasticidade sináptica nas sinapses tálamo-ACC medial foram relatadas em ratos com hipersensibilidade visceral3.
A dimensão afetiva da dor é constituída por sentimentos de desagrado. O ACC tem um papel crucial na experiência afetivo-aversiva da dor7,8,9,10,11. Os mecanismos para aumentar a aversão no estado de dor crônica têm sido amplamente investigados usando estimulação nociva. Estudos anteriores usando modelos animais com dor crônica mostraram o recrutamento do processamento da dor aguda durante a recuperação da evitação passiva condicionada à dor12,13.
Estudos de imagens do cérebro humano e estudos de roedores na aprendizagem comportamental aversiva forneceram ampla evidência de que a percepção da dor é distinta da nocicepção1. Com o tempo e o aprendizado emocional prévio, a ativação nociceptiva se manifesta na própria dor14. Embora a dor seja composta por elementos sensoriais e afetivos, os modelos animais de dor carecem notavelmente de um índice comportamental para avaliar o componente afetivo da dor. Usando um ensaio relacionado à dor de roedores que combina distensão colorretal (CRD magnitude ≤35 mmHg) com o condicionamento de evitação de lugar (CPA), medimos um comportamento aprendido que reflete diretamente o componente afetivo da dor evocado por estimulação visceral e desenvolve aprendizagem associativa de aversão considerável e memória15,16. Neste estudo, usamos CRD com magnitude ≤ 35 mmHg, um sublimiar para percepção de dor, como uma estimulação nociceptiva, combinada com o paradigma CPA para demonstrar que quando CRD foi emparelhado com um contexto ambiental distinto, os ratos passaram significativamente menos tempo neste ambiente distinto nos dias de teste de pós-condicionamento em comparação com o dia de pré-condicionamento, indicando que os ratos submetidos à estimulação nociceptiva visceral experimentaram aversão significativa que pode apoiar a aprendizagem associativa e a memória15,16.
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>
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