Cell Res： 张旭/李昌林发现绕过丘脑的直接脊髓-皮层回路调节伤害感觉

痛觉信号通常通过脊髓丘脑-丘脑皮质通路传递到体感觉皮层的第4层神经元。据报道，感觉运动皮层的第5层皮质脊髓神经元接受浅层神经元的输出；它们的下行轴突支配脊髓来调节基本的感觉运动功能。

2023年6月13日，广东省智能科学技术研究院/中国医学科学院张旭及广东省智能科学与技术研究院/深圳市南山区人民医院李昌林共同通讯在Cell Research（IF=46）在线发表题为“A direct spino-cortical circuit bypassing the thalamus modulates nociception”的研究论文，该研究发现第5层神经元的一个子集通过绕过丘脑的直接脊髓-皮层回路接受脊髓输入，因此将这些神经元定义为脊髓-皮层受体神经元(SCRNs)。形态学研究表明，在脑桥基底核(BPN)中，脊髓上行轴突分支与来自SCRNs的下行轴突形成一种盘状结构。

电镜和钙成像进一步证实，来自脊髓上行神经元和SCRNs的轴突末端在BPN中进行功能性突触接触，将上行感觉通路与下行运动控制通路连接起来。此外，行为测试表明，BPN的脊髓-皮质连接参与了伤害反应。在清醒小鼠体内钙成像显示，SCRNs对周围有害刺激的反应比邻近的第4层皮质神经元快。操纵SCRNs的活动可以调节伤害性行为。因此，这种直接的脊髓-皮层回路代表了一种非规范途径，允许大脑在对有害刺激作出反应时快速进行感觉-运动转换。

在背根神经节(DRG)神经元中产生的伤害性信号通过脊髓投射神经元(SPNs)的上行轴突，然后经由丘脑皮层传入神经传递到初级体感觉皮层第4层的神经元。皮层第5层锥体神经元接收浅层神经元的输出信号，并沿皮质脊髓束(CST)向脊髓投射下行轴突，调节基本感觉运动功能。有趣的是，一些早期的组织化学研究表明，脊髓损伤引起的人CST和感觉运动皮层上行轴突变性可能存在直接的脊髓-皮质束。然而，有几项不同的调查结果证明存在这样一个通道。进一步的研究不能通过逆行示踪剂应用于感觉运动皮层来标记脊髓神经元。因此，脊髓上行轴突是否直接调节皮层神经元的活动尚不清楚。

BPN位于脑桥腹侧，围绕起源于大脑皮层的降束BPN神经元主要由多个大脑皮层区域的第5层神经元以空间组织方式支配。此外，BPN也接受来自几个皮质下区域的投射，包括脊髓、上丘和红核。BPN神经元的主要输出轴突形成苔藓纤维的来源，将信息传递给小脑的颗粒细胞。因此，BPN被认为是将运动信息从大脑皮层传递到小脑的小脑前中继核，然而，除了运动调节外，对BPN在感觉传递中的作用知之甚少。

脊髓皮层下行轴突分支与脊髓上行轴突分支间的突触连接所形成的直接脊髓-皮层回路模型（图源自Cell Research ）

该研究发现感觉运动皮层的第5层皮质脊髓神经元(CSNs)子集，即脊髓皮质受体神经元(SCRNs)，接受来自背角深层SPNs的直接输入。SPNs和SCRNs在BPN背内侧形成解剖和功能上的突触接触，形成直接的脊髓-皮层回路。进一步发现BPN的脊髓-皮质连接参与了伤害反应。重要的是，在清醒小鼠中，SCRNs对周围伤害性电刺激的反应比邻近的第4层神经元更快。

此外，SCRNs参与伤害性反应和慢性疼痛的调节。因此，该研究揭示了直接的脊髓-皮层回路及其在伤害性反应中的重要作用，为理解大脑如何处理感觉信息提供了新的见解。

原始出处：

Cai， B.， Wu， D.， Xie， H. et al. A direct spino-cortical circuit bypassing the thalamus modulates nociception. Cell Res (2023). https：//doi.org/10.1038/s41422-023-00832-0.