疼痛、焦虑与老鼠大脑中的呼吸有关——这暗示了一个预防阿片类药物的潜在目标

你被一种威胁性的声音吓了一跳，呼吸加快。你撞破了手肘，痛得喘不过气来。为什么当你受伤或焦虑时，你的呼吸频率会急剧增加?

当神经生物学家研究大脑对环境威胁的反应和情绪的神经回路时，我们自己也很好奇这个问题的答案。在我们最近发表的研究中，我们发现老鼠大脑中的一个特殊回路是疼痛、焦虑和呼吸之间紧密联系的基础。这一发现可能最终帮助我们开发出更安全的止痛药。

大脑中令人窒息的部分

疼痛和焦虑障碍最常见的症状之一是呼吸短促，或换气过度。另一方面，缓慢的深呼吸可以减少疼痛和痛苦。我们认为，最简单的解释是，大脑中存在一个共同的通路，同时调节呼吸、疼痛和焦虑。

因此，我们搜索了之前报道的调节呼吸、疼痛和情绪的大脑区域。脑干中一个叫做外侧臂旁核的小区域引起了我们的注意。它不仅是大脑呼吸调节中心的一部分，还能调解疼痛和恐惧、焦虑等负面情绪。

在搜索一个关于基因表达模式的公共数据库(即基因物质如何被翻译成让细胞发挥功能的蛋白质)时，我们偶然发现了一种叫做µ-阿片受体的阿片受体在副神经细胞中高度表达。

阿片类药物是一种化合物，可以减少疼痛并促进积极情绪。但它们也能将呼吸速率降至危险的低水平，或者完全停止呼吸。这种呼吸抑制是阿片类药物过量导致死亡的主要原因。

以往的研究表明，阿片类药物对机体的作用主要是由μ -阿片受体介导的。因此，我们集中研究疼痛和呼吸在表达这些受体的神经元中是如何相互作用的。

我们用彩色荧光蛋白标记投射到呼吸和疼痛中枢的神经元。在此过程中，我们能够识别出表达µ-阿片受体的两个神经元亚群。这些神经元被排列成核壳形状，其中一个神经元子集被另一个子集包围。外层神经元通过将轴突(神经元中传输电信号的长部分)发送到脑干中控制呼吸的部分来调节呼吸。另一方面，内部核心神经元通过将它们的轴突发送到大脑的疼痛和情绪中心——杏仁核，来调节疼痛和焦虑。

我们发现更有趣的是核心和壳层神经元相互作用——激活一个神经元子集会向另一个发送信号。这个相互关联的循环可以解释为什么呼吸、疼痛和焦虑常常同时受到调节，并相互影响。

如果类似的循环存在于人类身上，这也可以解释为什么当你害怕或疼痛时，你的呼吸会缩短。

为什么呼吸是l写着焦虑和痛苦?

当动物遇到有害或有威胁的情况时，它们的氧气含量会迅速增加，以帮助它们逃离危险。这可能就是呼吸和疼痛紧密相连的原因。

之前的研究表明，在高碳酸血症(血液中因为呼吸过浅而含有过多的二氧化碳)和缺氧(身体缺氧)等情况下，肱旁核中的神经元对诱发呼吸急促至关重要。告诉身体增加呼吸频率有助于降低二氧化碳水平，补充重要的氧气储备。

进一步说，我们的结果表明，这些神经元在大脑中起着中枢警报系统的作用。当这些神经元被激活时，它们会触发行为和生理反应，帮助动物应对外部威胁(如捕食者)和内部威胁(如低氧水平)。

设计更安全的药物来减轻疼痛

我们的发现可能会导致更安全的镇痛药物的开发，这些药物不会危险地抑制呼吸。

从1999年到2018年，阿片类药物过量仅在美国就导致450万人死亡。这些死亡的直接原因是危险的低呼吸率，或阿片类药物诱发的呼吸抑制，这是这些药物的一个副作用。

肱旁核中的神经元以不同的方式影响呼吸和疼痛，并拥有许多可作为药物靶点的受体。我们的研究团队现在正在对老鼠的这些神经元进行遗传分析，以确定哪些受体可以特定地打开或关闭这些疼痛和呼吸通道。

如果在人类身上也能发现类似的神经元，我们就离开发更安全的止痛药和减少阿片类药物过量死亡的目标又近了一步。