痛みと不安は細胞レベルで呼吸に影響を与えます

2021 年 12 月 17 日

痛みと不安は細胞レベルで呼吸に影響を与えます

ソークの科学者は、神経回路が呼吸とネガティブな感情を調整していることを発見

2021 年 12 月 17 日

ラホヤ—あなたは脅迫的な音に驚き、息を速めます。 あなたは肘を打ち、痛みにあえぎます。 人が傷ついたり不安を感じたりすると、呼吸数が劇的に増加する理由はこれまで理解されていませんでした。 今回、ソークの科学者チームは、呼吸のリズムと痛みや恐怖の感情を調整する脳内の神経ネットワークを発見した。 彼らの発見は、疼痛管理、不安の心理学理論、疼痛の性質に関する哲学的研究の分野への貢献に加え、オピオイド誘発性呼吸抑制（OIRD）、つまり呼吸障害の原因となる鎮痛剤の開発につながる可能性がある。過剰摂取による死亡。

17 年 2021 月 XNUMX 日に発表された研究では、 ニューロンソークグループは、コアシェル構成で配置されている外側腕傍核と呼ばれる脳幹のニューロンのグループに焦点を当てました。 彼らは、中心部のニューロンが、恐怖や痛みなどの感情的な経験を処理する脳の領域である扁桃体に投射していることを発見した。 殻内のニューロンは、呼吸リズムを生成する領域であるプレベッツィンガー複合体に投射します。 コアニューロンとシェルニューロンは、これらの領域からの入力に応じて相互に影響を及ぼし、痛みや不安を感じると呼吸が速くなります。

「私たちは、外側腕傍核がどのように呼吸と痛みを調整するかを実証した最初のグループです」と論文の上級著者は述べています。 ソンハン、ソークのクレイトン財団ペプチド生物学研究所の助教授。 「この脳領域の回路を理解することで、呼吸調節と痛みの調節を切り離して、OIRDのような、呼吸を抑制せずに痛みの感情を抑制する薬を開発できるかもしれません。」

OIRD では、オピオイドは痛みだけでなく呼吸も抑制します。 それはオピオイドによる主な死因です。 の 前作, ハン氏の研究室は、モルヒネなどのアヘン剤がミューオピオイド受容体（MOR）と呼ばれる特定の受容体を誘発することで呼吸を抑制し、それを発現するニューロンの抑制につながることを示した。 彼らはまた、MOR を発現する細胞を再活性化すると OIRD を逆転できることも示しました。 現在の研究は、OIRDを予防するための追加のアプローチを提案している。おそらく、この領域のコアのニューロンを抑制し（恐怖/不安を鈍化させる）、一方、シェル内の同様のニューロンを興奮させる（呼吸をサポートする）ことによるものである。

これらのニューロンが呼吸と痛みや感情をどのように調整するかを示すために、研究者らはまず光と化学物質を使用して、外側腕傍核のMOR発現ニューロンを操作するとマウスの呼吸数が変化することを証明した。 次に、蛍光トレーサーを使用して、MOR を発現するニューロンへの入力と出力をマッピングしました。 彼らの結果は、領域の中心部に集まったニューロンは扁桃体中央部に投射し、周囲の殻に集まったニューロンは前ベツィンガー複合体に投射していることを示した。 一方の集団を刺激しながら他方の集団を電気生理学的に記録したところ、それらの部分集団の一部は相互につながり、それらの間に興奮性ネットワークがあることが明らかになりました。 このネットワークを介して、恐怖と痛みの信号が呼吸のリズムと調整されました。

「私たちは、これらのニューロンへの上流と下流の入力を含む非常に複雑な回路を発見しました。 この回路メカニズムを明らかにすることで、なぜ呼吸が痛みや不安と連動することが多いのかをよりよく説明できるようになります」と、ハン氏の研究室の大学院生で筆頭著者のShijia Liu氏は言う。

ハン氏は、チームの発見が応用できることを熱望している。 「最近の最大の問題は、オピオイドが痛みを軽減するだけでなく、呼吸も低下させるため、人々が死亡することです」とパイオニア基金開発委員長のハン氏は言う。 「私たちの研究でこれら XNUMX つのメカニズムを理解することで、薬理学的介入によって特定のニューロン集団を操作できるようになり、呼吸を変えることなく痛みを制御できるようになるかもしれません。」

ハン氏のグループは現在、痛みや呼吸を特異的に調節する機能マーカーを同定するため、コアとシェルの集団の遺伝子分析に取り組んでいる。

この研究の他の著者は、Mao Ye、Gerald M. Pao、Jinho Jhang、Jonghyun Kim、Sukjae Joshua Kang、Dong-Il Kim (Salk) です。 カリフォルニア大学サンディエゴ校のサミュエル・ミョンソプ・ソン氏とハイベイ・ジャン氏。

この研究は、国立精神衛生研究所、脳研究財団、メアリー・K・チャップマン財団、ジェシー・キャリル・フィリップス財団、国立衛生研究所・国立がん研究所、ウェイト財団の支援を受けた。

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