慢性腰背痛(Chronic low back pain,CLBP)是世界上常见的医学健康问题之一,患者常伴随情绪认知障碍共病,譬如焦虑症、抑郁症等神经精神疾病。CLBP不仅仅局限于脊柱损伤,还表现为大脑结构和功能的变化。5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)是一种单胺类递质,目前认为,5-HT系统参与缓解慢性痛与焦虑共病。然而,5-HT系统在大脑中的分布及其如何参与CLBP的机制目前尚不清楚。目的:1.研究5-HT神经纤维在全脑中的分布以及中缝背核(dorsal raphe nucleus,DRN)5-HT能神经元在大脑中的投射;2.探究DRN 5-HT能系统在慢性腰背痛及焦虑共病中的作用;3.深入研究DRN-ACC 5-HT能神经环路在慢性腰背痛及焦虑共病中结构和功能可塑性变化。方法:利用Sert-cre、Ai34转基因小鼠通过免疫荧光方法研究5-HT神经纤维在全脑中的分布;通过病毒示踪结合免疫荧光等方法探究DRN的5-HT能神经元在大脑的投射以及DRN-ACC 5-HT能神经环路;利用化学遗传学技术结合机械触诱发刺激、热辐射刺激、明暗箱、开放旷场以及高架十字迷宫等行为学实验探索DRN 5-HT能系统以及DRN-ACC 5-HT能神经环路在慢性腰背痛及焦虑共病中结构和功能可塑性的变化。结果:在Sert-cre&Ai34转基因小鼠大脑绘制5-HT神经纤维末梢全脑分布地图,研究大脑5-HT系统在CLBP中结构和功能变化。研究结果表明,在前扣带皮层(anterior cingulate cortex,ACBioassay-guided isolationC)、初级运动皮层(primary motor cortex,M1)、次级运动皮层(secondary motor cortex,M2)、初级躯体感觉皮层(primary somatosensory cortex,S1)、次级躯体感觉皮层(secondary somatosensory cortex,S2)和岛叶皮层(insular cortex,IC)等皮层区域,在除皮层外的前脑区域如内侧间隔核(medial septal nucleus,MS)、外侧间隔核(lateral septal nucleus,LS)、背外侧终纹床核(bed nucleus of the stria tVX-765细胞培养erminalis,lateral division,dorsal part,BNSTLD)、基底外侧杏仁核(basolateral amygdaloid nucleus,BLA)、中央杏仁核(central amygdaloid nucleus,CeA)、尾状壳核(caudate putamen,Cpu)、腹侧苍白球(ventral pallidum,VP)、伏隔核(nucleus accumbens,NAc)、海马回(fimbria of the hippocampus,fi)、网状丘脑(reticular thalamic nucleus,Rt)以及脑干核团,如外侧丘系背核(dorsal nucleus of the lateral lemniscus,DLL)、中缝中核(median raphe nucleus,MnR)、DRN和前被盖核(anterior tegmental nucleus,ATg)等都有较多5-HT神经纤维分布。前脑5-HT神经元的神经支配的主要来源是DRN,DRN的5-HT神经元也能够投射到大脑皮层和除皮层外的前脑区域,包括下丘脑外侧区(lateral hypothalamic area,LH)、VP、MS、CeA和Cpu。而我们通过模拟临床慢性腰背痛在改良的多节段背根节慢性压迫(modified chronic compression of multiple unilateral DRGs,mCCD)模型上发现DRN 5-HT神经元活动增加,激活DRN的5-HT能神经元引起假手术组(sham)小鼠双侧后足机械触诱发痛阈值和热辐射刺激缩足反射潜伏期明显降低,而对mCCD小鼠机械触诱发痛阈值和热痛潜伏期没有明显影响。利用神经束路和AAV病毒逆向追踪方法,发现DRN与ACC之间selleck激酶抑制剂存在5-HT能神经环路连接,并且通过化学遗传学激活DRN-ACC 5-HT能神经环路能够缓解mCCD小鼠痛觉过敏和焦虑样行为,抑制该神经环路引起sham小鼠生理性痛痛觉敏化,但是对焦虑样行为没有影响。结论:5-HT神经纤维终末分布在小鼠全脑众多区域,并且DRN 5-HT能神经元对前脑有较长的轴突投射;DRN 5-HT能神经元激活可能参与神经病理性痛;DRNACC 5-HT神经环路参与慢性腰背痛及焦虑样行为。