为何受伤伤口会持续疼痛?科学家找到相关机制

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  • 时间:2020-06-15
为何受伤伤口会持续疼痛?科学家找到相关机制

一名女童不小心手指碰到热炉,马上迅速缩回手指,但为时已晚,手指出现烧伤痕迹且十分疼痛。为了缓解疼痛,她将手指放进嘴里。缩回手指避免受伤和试图纾缓疼痛是两种截然不同的演化路径,但时至今日,分子起源和讯号传导途径依然困扰着科学家。

哈佛大学医学院(Harvard Medical School)的研究人员将「持续性疼痛神经讯号传导途径」研究成果发表在《自然》(Nature)期刊。研究结果揭示,接触危险后反射性缩回以避免受伤和伴随而来的疼痛反应是不同途径,且这是第一个确认疼痛反应如何在大脑外发生的研究。

现行止痛剂对持续疼痛缺乏效果

临床观察和过去研究发现,神经损伤的患者受到刺激后,活化的脑区会不同。举例来说,在皮肤点刺测试,被针刺到后,该部位会立刻反射性缩回并伴随持续性疼痛。

本研究中,研究人员利用小鼠实验,分析市面止痛药的疗效及止痛成分,发现多数止痛药都是利用抑制初始神经反射以避免组织损伤,而不是评估受伤组织的实际受损程度及疼痛持久性。

先前有些化合物被认为有效纾缓疼痛,尤其是伤口出现后的立即性疼痛感,但此分析结果显示这实际上可能无效,因为这是利用错误的分析方法得到的结果。

本研究第一作者 Qiufu Ma 是哈佛医学院(Harvard Medical School)神经生物学教授,也是 Dana-Farber 癌症研究所研究人员,他表示:「现行鸦片类药物氾滥已造成药物使用危机,急须开发新的治疗方式。我们认为需要针对持续性疼痛反应研究,而不是缩回反射。这些年来,研究人员一直在研究错误的反射机制。」

Qiufu Ma 团队和先前研究均指出,周围神经分为脑神经和脊神经,会发出和接收特定讯号,且分布在皮肤表层。皮肤是免疫系统的第一道防线,当一组周围神经接受到疼痛刺激时会引发缩回反射,比如手接触针刺或火焰时,会迅速缩回。

另一组神经元则分布整个身体,且被认为会驱动持续性疼痛产生,同时诱发疼痛应对行为,例如按压手指或舔舐伤口以纾缓疼痛。

然而至今对神经元的了解,无法完全解释疼痛讯号在身体和大脑传递的过程,所以 Qiufu Ma 团队提出了可能在讯号传递佔关键位置的角色。

不同神经元传递不同的疼痛反应

研究团队致力于研究名为 Tac1 的神经元,它来自脊髓的背角(dorsal horn),是一丛位于脊椎下端的神经元,负责传递大脑和身体其他部位的讯号。目前对于 Tac1 神经元确切的功能所知甚少,因此研究团队想知道它会否及如何参与持续性疼痛感知。

一系列实验中,研究团队将小鼠分成两组,分为 Tac1 神经元有完整功能的组别,以及使用化学方法使 Tac1 神经元失去功能的组别。当接受疼痛刺激,Tac1 神经元失去功能的小鼠依然有缩回反射,且皮肤点刺试验或暴露在冷或热环境中,反应都和正常小鼠没有显着差异。

然而,研究人员将会产生燃烧感的芥子油注入小鼠身体后,Tac1 神经元失去功能的小鼠不会立刻舔舐爪子,相较之下,Tac1 神经元功能正常的小鼠会立刻激烈地舔舐爪子以纾缓疼痛。

同样地,Tac1 神经元失去功能的小鼠在后爪被捏时没有表现疼痛反应,也没有因为被捏而有任何舔爪行为。牠们缺乏对特定类型疼痛的敏感性,类似大脑疼痛处理中心丧失功能而无法感知持续性疼痛的中风患者、视丘(thalamus)长肿瘤的患者。实验结果证实 Tac1 神经元对持续性疼痛和相对应的疼痛反应十分重要,但不会对外来危险产生反射防御反应。

接着,研究人员想知道 Tac1 神经元是否使用一般连接方式与 Trpv1 神经元连结。Trpv1 存在于全身,且已知道会控制受伤引起的疼痛。捏掐诱导(pinch-induced)疼痛试验中发现,Tac1 功能正常但 Trpv1 功能不正常的小鼠比较不会舔爪子。

实验结果显示疼痛感知的 Trpv1 神经元会在脊髓背角将讯号传递给 Tac1 神经元。Qiufu Ma 表示:「 Tac1 神经元扮演中继站角色,调度组织的疼痛讯号,并透过 Trpv1 神经纤维将讯号传送到大脑。」

结果证实了由两种不同神经讯号传递所控制的疼痛反应:第一种是迅速缩回反射以避免伤害;第二种是疼痛反应,目的是减少更进一步的疼痛,以及避免造成受伤组织的伤害扩散。Qiufu Ma 总结,「我们相信这个演化机制保存在不同物种中,使物种达到最适生存条件。」