疼痛是临床最常见的病症之一,影响了高达约30%的人群。疼痛会滋生一系列的并发症,例如,疼痛被认为是一种进化上保守的威胁信号,对摄食行为构成实质性竞争。慢性痛患者通常会出现食欲不振的症状,这可能会影响疼痛的康复,甚至产生负性情绪,最终导致恶性往复,但这一症状背后的神经环路机制尚不清楚。由于疼痛发生机制的复杂性和异质性导致临床的难治性,使得当前的镇痛药物和治疗手段远不能满足患者的需求。因此,充分解析疼痛影响摄食的神经环路机制,不仅能够为深入理解疼痛提供新的理论基础,也将为疼痛的管理提出新思路,同时又具有潜在的科学意义和临床价值。前扣带回皮层(Anterior cingulate cortex,ACC)是疼痛感知和情绪加工的高级脑区。过去的研究表明ACC接收来自丘脑的大量感觉信息输入,对伤害性信息的处理以及整合至关重要。此外,ACC与伏隔核的连接参与调节疼痛诱导的厌恶情绪,光遗传学抑制ACC可显著缓解疼痛诱导的焦虑样行为。这些研究提示,ACC可能在调节疼痛相关的并发症状中发挥着重要的作用。本论文将综合运用病毒示踪、离体脑片电生理、在体多通道记录、在体光纤记录、双光子钙成像和化学遗传等方法探究在疼痛状态下ACC参与调控摄食的神经环路机制。本研究基于完全弗氏佐剂和神经结扎诱导的疼痛模型小鼠,通过连续的摄食监测、摄食SCH727965纯度模式分析和自由摄食行为测试等实验方法发现,这些疼痛模型小鼠的进食量显著减少。随后,我们通过免疫荧光染色发现,疼痛模型小鼠ACC中的c-Fos表达显著增加,并且这些c-Fos信号主要与谷氨酸能神经元共定位;通过双光子钙成像、在体光纤记录和在体多通道记录发现,疼痛模型小鼠ACC中的谷氨酸能(GluACC)神经元的钙活动显著增强、发放频率显著增加。通过化学遗传学方法抑制GluACC神经元后能够显著地缓解疼痛模型小鼠的痛敏和进食量减少。为了进一步探究GluACC神经元所支配的下游大脑区域,我们通过顺行病毒示踪发现,GluACC神经元投射至诸多大脑区域,其中包括被称为“摄食中心”的外侧下丘脑(Lateral hypothalamus area,LHA),这提示ACC与LHA之间存在一条可能参与调控疼痛影响摄食的神经环路。我们结合病毒追踪、离体脑片电生理和在体多通道记录等方法,发现ACC与LHA的谷氨酸能(GluLHA)神经元之间存在兴奋性功能连接。并且,由于GluACC神经元活性增加兴奋了CluLHA神经元。通过化学遗传学方法抑制GluACC→GluLHA环路后能够显著地缓解疼痛模型小鼠的进食量减少。随后,我们运用类似的实验技术方法发现,GluAC→GluLHA环路的下游输出至弓状核(Arcuate nucleus,Arc)的阿片促黑激素皮质素原(Pro-opiomelanocortin,POMC)神经元,并且通过三级环路示踪鉴定了 GluACC→GluLHA→POMCArc神经环路的结构连接,multiple antibiotic resistance index利用光遗传结合离体脑片电生理记录验证了 GluACC→IACS-10759浓度GluLHA→POMCArc神经环路的功能连接。并且我们发现利用化学遗传学抑制GluACC→GluLHA→POMCArc神经环路可以缓解疼痛模型小鼠进食减少的症状;而通过化学遗传学方法激活GluACC→GluLHA→POMCArc神经环路,能够在正常小鼠中模拟疼痛导致进食量减少的效果。总的来说,我们证明了 GluACC→GluLHA→POMCArc神经环路对于调控疼痛状态下的食欲不振发挥着充分且必要的作用。综上所述,本论文解析了 GluACC→GluLHA→POMCArc神经环路结构。在疼痛状态下,GluACC神经元活性增加兴奋了“摄食中心”的GluLHA神经元,继而提高了参与食欲调节的POMCArc神经元活性,最终导致摄食抑制。本篇论文的研究结果丰富了疼痛的理论体系,也为疼痛的多系统调节提供了新思路。