POSTN

安慰剂效应（Placebo effects）是身心相互作用的显著证明，在疼痛感知过程中，在没有任何治疗的情况下，对疼痛缓解的预期就可以减少疼痛体验，这一现象被称为安慰剂镇痛效应。 然而，尽管安慰剂效应的作用强大，对人类日常体验产生影响，且导致新疗法的临床试验失败，但安慰剂效应的神经回路基础仍然不清楚。  2024年7月24日，北卡罗来纳大学教堂山分校 Grégory Scherrer团队（陈冲博士为第一作者）在国际顶尖学术期刊 Nature 上发表了题为：Neural circuit basis of placebo pain relief 的研究论文。 该研究发现了安慰剂效应缓解疼痛的一个大脑神经回路——前扣带回皮质喙部（rACC）向脑桥核（Pn）的神经元投射（rACC→Pn）。 此前有研究显示，安慰剂镇痛效应与前扣带回皮质内的活动有关，这个脑区也与疼痛感受有关。但这种现象背后的生物学机制一直不明。 在这项最新研究中，研究团队设计了一个安慰剂镇痛效应小鼠模型，在小鼠中产生类似安慰剂的预期性疼痛缓解，来研究疼痛缓解是如何介导的。研究团队让小鼠与地面温度不同的两个房间条件性相关，一个热度舒适，另一个非常热。这些条件性小鼠暴露在更热的地面后，会在更凉的地面上停留更长时间，说明它们预期这能缓解疼痛，而且它们的疼痛缓解行为也会减少，例如舔脚。 研究团队发现，由疼痛缓解预期产生的镇痛作用是由前扣带回皮质喙部（rACC）向脑桥核（Pn）的神经元投射（rACC→Pn）所介导的，而脑桥核（Pn）此前并未被发现在疼痛中有作用。对神经活动的体内钙成像和脑切片中的电生理记录表明，对疼痛缓解的预期会提高rACC→Pn神经元的活性，并增强该通路中的神经传递。 对疼痛缓解的预期激活了rACC→Pn通路 对脑桥核（Pn）神经元的转录组学研究显示，脑桥核（Pn）中含有大量的阿片类受体，进一步表明了其在疼痛调节中的作用。 研究团队进一步发现，抑制rACC→Pn通路会破坏安慰剂镇痛作用并降低疼痛阈值，而在没有安慰剂条件作用的情况下激活则会引发镇痛作用。 最后，研究团队在小脑内发现了一个细胞簇——浦肯野细胞（Purkinje cell），这些细胞在疼痛缓解预期期间表现出类似于rACC→Pn神经元的活动模式，它们或许能编码rACC→Pn通路中的疼痛缓解预期，这为小脑在认知性疼痛调节中的作用提供了细胞水平的证据。 这些发现为使用药物、电极神经刺激或认知行为疗法靶向前额皮质-脑桥-小脑通路来治疗和缓解疼痛开辟了可能性。  论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-024-07816-z 封面图来源：123rf 版权声明/免责声明 本文为授权转载文章。 本文仅作信息交流之目的，不提供任何商用、医用、投资用建议。 文中图片、视频、字体、音乐等素材或为药时代购买的授权正版作品，或来自微信公共图片库，或取自公司官网/网络，部分素材根据CC0协议使用，版权归拥有者，药时代尽力注明来源。 如有任何问题，请与我们联系。 衷心感谢! 药时代官方网站:www.drugtimes.cn 联系方式: 电话:13651980212 微信:27674131 邮箱:contact@drugtimes.cn 对话诺和诺德全球高管！诺和诺德「中国研发日」报名通道开启 一个靶点，60年的“误解” 「肝炎」新药，下一个赛点在哪儿？ 点击这里，发现价值信息！

*仅供医学专业人士阅读参考科学家们已经反反复复验证过了，安慰剂是真有用。在临床研究中，安慰剂原本只是作为药物或者治疗方法的对照组，为患者提供“假”治疗。但是由于大脑强大的“暗示”功能，本该没有治疗作用的“药物”或者“治疗方法”也提供了一定的症状改善。也因此，研究人员认为实际治疗组也在一定程度上因为“安慰剂效应”获益。这就给临床治疗研究创造了新的困难。所以，除了感叹“安慰剂”的神奇作用，搞清楚其中的生物学机制也十分重要。北卡罗来纳大学教堂山分校的学者们选择了安慰剂的镇痛效用进行研究。通过结合小鼠行为试验，他们发现了安慰剂缓解疼痛的神经机制。研究表明，当小鼠预期自己的疼痛会得到缓解时，前扣带回皮质喙部-脑桥核（rACC→Pn）通路上的神经元活动增强，Pn神经元表达大量阿片类受体，引发安慰剂的镇痛作用。研究发表在《自然》杂志上。疼痛是一种主观体验，身心互动对疼痛感知有强大的影响力，受试者的积极预期可以在没有镇痛药物的情况下减少疼痛感知。安慰剂镇痛更是在医疗实践和临床试验中都起着非常重要的作用。研究人员设计了一个为期7天的安慰剂镇痛条件化模型（PAC）。模型由两个房间组成，在适应阶段（第1-3天），两个房间的地板为30℃，小鼠可以在房间内自由探索，以第3天表现为基线探索模式；条件化阶段（第4-6天），1号房间地板设置为48℃，2号房间温度保持不变，小鼠从1号房间进入2号房间，并建立“疼痛会缓解”的预期；测试阶段（第7天），两个房间地板均设置为48℃，评估“预期疼痛会缓解”可能引起的镇痛效果。小鼠条件化模型条件化小鼠表现出对2号房间的显著偏好，在2号房间里似乎变得“更不怕痛”，即使房间温度升高，也可以比在1号房间内坚持更久时间，才出现舔爪、抬腿、搔抓等因疼痛产生的伤害性行为，测试期间的整体伤害行为也较少。这种条件化诱导的镇痛效果持续时间长达一周。研究人员还发现，非条件化阶段进行阿片受体拮抗剂给药，会消除条件化产生的镇痛效果，暗示内源性阿片信号在安慰剂镇痛效果中发挥了关键作用。疼痛缓解预期过程中rACC→Pn神经元活动增强人类大脑成像研究表明，rACC与安慰剂镇痛效用有关。但是rACC的细胞类型众多，研究人员利用腺相关病毒标记条件化期间活跃的rACC神经元，发现rACC轴突投射集中在介导皮层-小脑交流的脑桥区域——脑桥核（Pn）。研究人员比较了小鼠在进行房间交换时的神经元活动。当小鼠有疼痛缓解预期时，rACC→Pn神经元活动增加；当小鼠无疼痛缓解预期时，神经元活动保持不变；当小鼠逐渐发现房间交换不能带来疼痛缓解（违背预期）时，rACC→Pn神经元活动显著减少。对rACC→Pn通路的光遗传学调控影响条件化诱导镇痛效果和疼痛行为脑片电生理学实验显示，在条件化过程中，rACC→Pn神经元的Ca2+活动增加，自发兴奋性突触后电流振幅增加，但是频率不变，神经元长期增强（LTP）增加。利用光激活和光抑制调控rACC→Pn通路活性，可以发现rACC→Pn参与了疼痛阈值的调节，即通路活性增加，则小鼠疼痛反应减弱，通路活性被抑制，小鼠疼痛反应增加。大量Pn神经元表达δ和μ阿片受体（分别为Oprd1和Oprm1），81%的Oprd1+Pn神经元表达兴奋性神经元标记。经过验证，研究人员证实Oprd1+Pn神经元与rACC的单突触连接，并且通过调节Oprd1+Pn神经元活性，可以调控安慰剂的镇痛效果。研究人员还研究了Pn神经元的主要靶点——小脑。通过标记Oprd1+Pn神经元在小脑中的投射，发现浦肯野细胞在条件化期间Ca2+活动显著增加，表现出与疼痛缓解预期相关的行为变化。疼痛是一种复杂的体验，包括感觉-辨别、情感-动机和认知-评价三个维度。研究揭示了安慰剂镇痛以及认知-评价维度的神经通路，更加完善了对疼痛的理解。同时，也开辟了通过激活rACC→Pn通路调控疼痛感知的可能性，为探究其他身心相互作用和安慰剂效应的神经通路提供了新的框架。参考文献：Chen C, Niehaus J K, Dinc F, et al. Neural circuit basis of placebo pain relief[J]. Nature, 2024: 1-3.本文作者丨王雪宁

引言 特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis，IPF）是一种慢性、进行性和不可逆的肺部疾病，其特征是肺组织逐渐被纤维化组织替代，导致肺功能下降和呼吸困难。尽管近年来在理解IPF病理生理机制方面取得了一些进展，但目前的治疗选择仍然非常有限，且多局限于延缓疾病进展，而无法治愈。IPF的发病机制复杂，涉及多种细胞类型和信号通路的异常变化，包括异常的基质沉积、慢性炎症反应以及肺泡上皮细胞的损伤和修复失调。 传统的动物模型，如博莱霉素（bleomycin）诱导的小鼠肺纤维化模型，虽然在一定程度上能够模拟人类IPF的病理特征，但由于物种间的差异，这些模型在药物筛选和机制研究中的转化应用受到限制。因此，开发更为精准的研究工具和方法，以揭示IPF的分子和细胞机制，对于推动新的治疗策略至关重要。 空间转录组学（spatial transcriptomics，SRT）是一种新兴的技术，能够在组织的空间背景下，分析和定位基因表达情况。这项技术允许研究人员在组织切片上识别不同细胞类型及其相互作用，从而提供比单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）更全面的组织结构和功能信息。通过将SRT与scRNA-seq数据整合，研究人员可以更好地理解细胞在组织微环境中的分布和相互作用。 7月1日的Nature Genetics的报道“Mapping spatially resolved transcriptomes in human and mouse pulmonary fibrosis”在该研究中，作者利用SRT技术，生成了人类IPF患者和博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化模型的空间转录组图谱。通过这些图谱，研究揭示了IPF肺中存在的不同纤维化生态位，并详细描述了这些生态位中细胞类型和信号通路的特征。研究发现，IPF纤维化生态位中的肺泡上皮细胞再生受阻，而在急性纤维化小鼠模型中，则表现为活跃的组织修复。这些发现为IPF的发病机制提供了新的见解，并提出了肺泡再生作为潜在治疗策略的前景。 此外，该研究还结合了单细胞RNA测序数据，揭示了与IPF相关的异常细胞状态和特定细胞群体的分布，包括新的KRT5−/KRT17+异常基底样（AbBa）上皮细胞群体。这些细胞群体的发现，进一步丰富了我们对IPF病理生理机制的理解，并为未来的研究和治疗策略提供了新的靶点和方向。通过深入分析IPF和小鼠纤维化模型中的细胞相互作用和信号传导途径，该研究为理解IPF提供了新的视角，并为未来的治疗干预提供了重要依据。 特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis，IPF）是一种严重的进行性肺部疾病，特征是肺组织的纤维化，导致呼吸困难和肺功能衰竭。IPF 的病因尚不完全明确，目前的治疗方法有限且效果不佳。为了深入理解IPF的发病机制，该研究利用空间转录组学（Spatial Transcriptomics，SRT）技术和单细胞RNA测序（Single-cell RNA Sequencing，scRNA-seq）技术，绘制了人类和小鼠肺纤维化模型的基因表达图谱，从而揭示了纤维化生态位及其相关细胞类型和信号通路的特征。 研究使用了从IPF患者和健康对照（Healthy Controls，HCs）获取的肺组织样本，以及博莱霉素（Bleomycin，BLM）诱导的小鼠肺纤维化模型。通过对这些样本进行空间转录组学分析，研究团队构建了详细的基因表达图谱，揭示了IPF患者和小鼠模型中纤维化区域的特征。 人类IPF肺组织样本来自于接受肺移植手术的患者，而健康肺组织样本则来自无已知肺部疾病的捐赠者。每位IPF患者提供了三块不同程度纤维化的组织样本（分别表示轻度、中度和重度纤维化区域）。这些组织样本经过新鲜冷冻处理，并使用Visium空间基因表达平台进行分析。为了保证数据的准确性和完整性，每个样本产生了255-444百万条测序读数，平均每个样本约349百万条测序读数。 研究中每个样本分析的组织切片平均有约4000个捕获点（capture spots），每个捕获点代表组织中一群细胞的转录组，平均每个捕获点检测到超过1500个独特基因。 小鼠实验使用了8周龄的C57BL/6NCrl雌性小鼠，这些小鼠经过5天的适应期后，通过口咽途径给予博莱霉素或生理盐水。实验在给予博莱霉素后第7天和第21天分别收集肺组织样本，并进行后续的空间转录组学和RNA测序分析。每个小鼠样本产生了151-571百万条测序读数，平均每个样本约325百万条测序读数。 人肺纤维化的空间转录组学分析（Credit: Nature Genetics） 研究设计和样本选择：来自健康对照组(HCs)和特发性肺纤维化患者(IPF)的肺组织样本切片，使用Visium空间基因表达技术进行分析。每个IPF供体选择了三个反映纤维化损伤程度不同的组织块（B1, B2和B3）。 数据处理流程：Visium工作流程和后续数据处理步骤。使用非负矩阵分解(NMF)方法进行降维，生成了30个不同的因子。通过整合Habermann等人发表的单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据，推断细胞类型分布。 数据概述：总结了每个样本的Visium捕获点数量和每个点检测到的独特基因数量。箱线图显示了数据的中位数、四分位数范围和离群值。 差异表达分析：健康对照组和IPF组之间的伪样本差异表达分析(DEA)结果，识别出了在条件之间显著差异表达的基因。 空间分布图：选定NMF因子的空间分布，这些因子对应于支气管上皮(F1)、平滑肌(F10)和浆细胞(F6)的组织学和/或转录特征。 因子活动与细胞类型密度相关性：NMF因子活动与推断细胞类型密度之间的皮尔逊相关性热图，使用Habermann等人的scRNA-seq数据进行分析，展示了所有样本中所有点的相关性。 病理学注释：提供了每个健康对照组和IPF组织块的组织切片的病理学注释基于H&E染色的Visium切片。通过可视化空间NMF活动和推断的细胞类型密度，展示了高度相关的因子-细胞对的共定位。 通过空间转录组学分析，研究团队生成了IPF患者和小鼠肺纤维化模型的基因表达图谱。这些图谱揭示了IPF肺中的不同纤维化生态位，并详细描述了这些生态位中细胞类型和信号通路的特征。 在IPF患者的肺组织样本中，研究人员发现了显著的基因表达差异。伪批量差异表达分析（Pseudobulk Differential Expression Analysis，DEA）鉴定出了1469个在IPF和健康对照之间差异显著的基因，这些基因与成纤维细胞相关，并且在先前研究中已被报道在IPF中上调，包括FNDC1、COL10A1和THY1等基因。 这些差异主要集中在纤维化区域（Fibroblastic Foci，FF）周围，且KRT5−/KRT17+异常基底样（Aberrant Basaloid，AbBa）上皮细胞密度较高。这些细胞群体与纤维化活动高度相关，表明其在IPF进展中可能扮演重要角色。在一些样本中，还观察到了基质金属蛋白酶（Matrix Metalloproteinases）和参与IPF相关信号通路的基因（如SFRP2、WNT10A和TGFBI）的上调。 在博莱霉素诱导的小鼠模型中，研究发现急性纤维化阶段（第7天）和慢性纤维化阶段（第21天）有显著的基因表达变化。第7天的样本显示出活跃的组织修复和炎症反应，而第21天的样本则显示出持续的纤维化和基质重塑。差异表达分析鉴定出第7天有3214个差异基因，第21天有3787个差异基因。 小鼠和人类肺纤维化的比较空间分析（Credit: Nature Genetics） 研究设计和样本选择：小鼠博来霉素(BLM)诱导肺纤维化模型的研究设计，包括在第7天(d7)和第21天(d21)分别收集博来霉素和生理盐水处理的小鼠肺样本。选择这些时间点是为了涵盖急性炎症和早期纤维化阶段(d7)，以及已建立的纤维化阶段(d21)。 数据生成和分析：健康对照组和纤维化区域的差异表达基因(DEGs)分析结果，比较了小鼠模型和人类IPF样本中的DEGs。结果显示，有多达178个基因在小鼠和人类IPF纤维化区域之间重叠，但其中有八个基因在表达方向上表现出相反的变化，提示这些基因在两种模型中的功能可能不同。 细胞类型解卷积和空间可视化：通过单细胞RNA测序数据对小鼠肺纤维化样本进行细胞类型解卷积和空间可视化的结果。显示了在健康肺泡组织中推断的细胞类型分布，主要包括肺泡上皮细胞。 细胞类型密度变化：BLM处理和生理盐水对照组之间细胞类型密度的显著差异，包括解析(M2极化)巨噬细胞和Krt8+肺泡分化中间细胞(ADI细胞)。第7天时AT2细胞数量减少，但到第21天显示出恢复的趋势。第7天时促炎巨噬细胞的涌入在第21天时恢复正常，确认了急性炎症的解决。 动态肺组织重塑：小鼠肺组织在BLM损伤后进行的动态空间细胞类型分区分析。在生理盐水对照组肺中，鉴定了由支气管上皮(A)和肺泡(B)组织组成的两个区，标志着未受损的肺结构。在第7天BLM处理的小鼠肺中，识别出由支气管上皮(C)、肺泡上皮和肺泡毛细血管内皮(D)、以及由成纤维细胞和肌成纤维细胞标记的重塑肺泡组织(E)组成的突出细胞密度区域。到第21天，这些区的细胞组成发生了变化，除了支气管上皮(F)和纤维化重塑的肺泡组织(G)外，还包括充满炎症细胞和结构重塑的区域。 纤维化小鼠肺中细胞类型的动态变化：小鼠肺组织中不同时间点（d7和d21）的细胞类型的动态变化。主要展示了肺泡上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞和肌成纤维细胞的分布和数量变化。结果显示，在d7时，小鼠肺组织中成纤维细胞和促炎巨噬细胞显著增加，表明急性炎症反应。在d21时，成纤维细胞和巨噬细胞的数量有所减少，但仍高于对照组，表明纤维化进程仍在进行。 空间转录组学揭示的基因表达变化：小鼠肺纤维化过程中不同时间点的特定基因表达变化。主要展示了与细胞外基质(ECM)重塑、炎症和纤维化相关的基因表达水平。结果显示，在d7时，MMP12、POSTN和COL1A1等基因的表达显著增加，这些基因与ECM重塑和纤维化密切相关。到d21时，这些基因的表达水平有所下降，但仍高于对照组，表明纤维化过程中的基因表达动态变化。 人IPF和小鼠模型之间的比较分析：人IPF样本和小鼠BLM模型之间在特定基因表达和细胞类型分布上的比较分析。主要展示了两者在基因表达模式和细胞类型上的相似性和差异。结果显示，一些关键基因如COL1A1和FN1在IPF和小鼠纤维化区域中都显著上调，表明这些基因在纤维化过程中的重要作用。同时，一些基因在两者之间的表达模式有所不同，提示人类IPF和小鼠模型在纤维化机制上存在一定的差异。 研究还通过单细胞RNA测序数据，揭示了与IPF相关的细胞状态，包括异常的上皮细胞、成纤维细胞和促纤维化肺泡巨噬细胞。还鉴定出一种新的KRT5−/KRT17+异常基底样上皮细胞群体，这些细胞表达上皮、基底和间充质标志物以及与衰老和细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）产生相关的基因。尽管这些细胞可能源自肺泡II型细胞（Alveolar Type 2，AT2）或Clara细胞，但它们在纤维化微环境中的角色仍不清楚。 在研究中发现，IPF肺纤维化生态位中，转化生长因子β（Transforming Growth Factor Beta，TGF-β）信号通路占主导地位，并伴有TP53和APOE等预测调控因子。同时，还观察到肺泡上皮细胞的再生受阻，与急性纤维化小鼠模型中的活跃组织修复形成鲜明对比。 该研究通过空间转录组学和单细胞RNA测序技术，详细描绘了IPF和小鼠肺纤维化模型中的细胞相互作用和信号传导途径，揭示了关键的趋同和分歧路径。这些发现为我们提供了对IPF细胞相互作用的深入理解，并提出了肺泡再生作为IPF潜在治疗策略的前景。未来的研究可进一步探讨KRT5−/KRT17+异常基底样上皮细胞在IPF中的具体功能及其调控机制。此外，研究还可关注不同纤维化阶段的细胞相互作用和信号传导变化，以期为IPF的治疗提供新的靶点和策略。 参考文献 Franzén L, Olsson Lindvall M, Hühn M, Ptasinski V, Setyo L, Keith BP, Collin A, Oag S, Volckaert T, Borde A, Lundeberg J, Lindgren J, Belfield G, Jackson S, Ollerstam A, Stamou M, Ståhl PL, Hornberg JJ. Mapping spatially resolved transcriptomes in human and mouse pulmonary fibrosis. Nat Genet. 2024 Jul 1. doi: 10.1038/s41588-024-01819-2. Epub ahead of print. PMID: 38951642. https://www.nature.com/articles/s41588-024-01819-2 责编|探索君 排版|探索君 转载请注明来源于【生物探索】 End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell 综述