La douleur et l'anxiété ont un impact sur la respiration au niveau cellulaire

17 décembre 2021

La douleur et l'anxiété ont un impact sur la respiration au niveau cellulaire

Les scientifiques de Salk découvrent qu'un circuit neuronal coordonne la respiration avec les émotions négatives

17 décembre 2021

LA JOLLA—Vous êtes surpris par un bruit menaçant, et votre souffle s'accélère; vous vous écrasez le coude et le pantalon de douleur. La raison pour laquelle le rythme respiratoire d'une personne augmente considérablement lorsqu'elle souffre ou est anxieuse n'était pas comprise auparavant. Maintenant, une équipe de scientifiques de Salk a découvert un réseau neuronal dans le cerveau qui coordonne le rythme respiratoire avec les sentiments de douleur et de peur. En plus des contributions aux domaines de la gestion de la douleur, des théories psychologiques de l'anxiété et des recherches philosophiques sur la nature de la douleur, leurs découvertes pourraient conduire au développement d'un analgésique qui empêcherait la dépression respiratoire induite par les opioïdes (OIRD), la respiration perturbée qui provoque décès par surdose.

Dans l'étude publiée le 17 décembre 2021, dans Neuron, le groupe Salk s'est concentré sur un groupe de neurones du tronc cérébral appelé noyau parabrachial latéral, qui est disposé dans une configuration noyau-coque. Ils ont découvert que les neurones du noyau projetaient vers l'amygdale, une zone du cerveau qui traite la peur et l'expérience émotionnelle de la douleur. Les neurones de la coquille projettent vers le complexe pré-Bötzinger, une région qui génère le rythme respiratoire. Les neurones du noyau et de la coquille s'influencent mutuellement en fonction des entrées de ces zones, ce qui nous fait respirer plus vite lorsque nous ressentons de la douleur ou de l'anxiété.

"Nous sommes le premier groupe à démontrer comment le noyau parabrachial latéral coordonne la respiration et la douleur", déclare l'auteur principal de l'article, Han chanté, professeur adjoint aux laboratoires de la Fondation Clayton de Salk pour la biologie des peptides. "En comprenant les circuits de cette région du cerveau, nous pourrons peut-être dissocier la régulation de la respiration et la régulation de la douleur pour développer un médicament qui inhibe les sensations de douleur sans réprimer la respiration, comme l'OIRD."

Dans l'OIRD, les opioïdes répriment la respiration ainsi que la douleur ; c'est la principale cause de décès par opioïdes. Dans précédent travail, le laboratoire de Han a montré que les opiacés comme la morphine répriment la respiration en déclenchant des récepteurs spécifiques, appelés récepteurs opioïdes mu (MOR), conduisant à l'inhibition des neurones qui les expriment. Ils ont également montré que la réactivation des cellules qui expriment MOR peut inverser l'OIRD. Les travaux en cours suggèrent des approches supplémentaires pour prévenir l'OIRD, éventuellement en inhibant les neurones du noyau de la région (peur/anxiété émoussées) tout en excitant des neurones similaires dans la coquille (soutien à la respiration).

Pour montrer comment ces neurones coordonnent la respiration avec la douleur et les émotions, les chercheurs ont d'abord utilisé des agents lumineux et chimiques pour prouver que la manipulation des neurones exprimant le MOR dans le noyau parabrachial latéral modifie le rythme respiratoire chez la souris. Ils ont ensuite utilisé des traceurs fluorescents pour cartographier les entrées et les sorties des neurones exprimant MOR. Leurs résultats ont indiqué que les neurones regroupés au cœur de la région se projettent vers l'amygdale centrale, tandis que les neurones regroupés dans la coquille environnante se projettent vers le complexe pré-Bötzinger. Les enregistrements électrophysiologiques d'une population tout en stimulant l'autre population ont révélé que certaines de ces sous-populations sont réciproquement connectées, avec un réseau excitateur entre elles. Via ce réseau, les signaux de peur et de douleur étaient coordonnés avec les rythmes respiratoires.

« Nous avons découvert des circuits très complexes impliquant une entrée en amont et en aval de ces neurones. En découvrant ce mécanisme de circuit, nous pouvons mieux expliquer pourquoi la respiration peut souvent être coordonnée avec la douleur et l'anxiété », explique le premier auteur Shijia Liu, étudiant diplômé du laboratoire de Han.

Han est impatient de voir la découverte de l'équipe avoir une application translationnelle. "Le plus gros problème de nos jours est que les opioïdes réduisent la douleur mais aussi la respiration, donc les gens meurent", explique Han, titulaire de la chaire de développement du fonds Pioneer. "En comprenant ces deux mécanismes dans nos recherches, nous pouvons peut-être manipuler certaines populations de neurones par une intervention pharmacologique afin de contrôler la douleur sans modifier la respiration."

Le groupe de Han travaille actuellement sur des analyses génétiques de la population de noyau et de coquille pour identifier des marqueurs fonctionnels qui régulent spécifiquement la douleur ou la respiration.

Les autres auteurs de l'étude sont Mao Ye, Gerald M. Pao, Jinho Jhang, Jonghyun Kim, Sukjae Joshua Kang, Dong-Il Kim de Salk ; et Samuel Myeongsup Song et Haibei Jiang de l'Université de Californie à San Diego.

La recherche a été soutenue par le National Institute of Mental Health, la Brain Research Foundation, la Mary K. Chapman Foundation, la Jesse & Caryl Philips Foundation, les National Institutes of Health-National Cancer Institute et la Waitt Foundation.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.11.029