Почему зеленый свет уменьшает боль у мышей
Группа исследователей из Китая проследила нейронную активность от глаз до мозга мышей, чтобы выяснить, почему зеленый свет помогает уменьшить боль. В своей статье, опубликованной в журнале Science Translational Medicine, группа описывает изучение каждой части зрительной нервной системы у мышей, чтобы узнать больше о том, как свет может влиять на ощущения боли.
Схематическая иллюстрация механизмов обезболивания посредством зеленого света у мышей. Credit: Y.-L. Tang et al / Science Translational Medicine 2022
Поиск способов устранения боли без каких-либо побочных эффектов – один из главных приоритетов современной медицины. Большой потенциал в этой области имеет терапия светом, как неинвазивный, удобный и экономичный способ уменьшения боли. Воздействие светом определенной длины волны, интенсивности и пути введения уже показало положительный эффект при различных заболеваниях (фибромиалгии, мигрени, нейропатической боли), а также при различных состояниях здоровья (аффективных расстройствах, нарушениях сна, кожных и онкологических заболеваниях).
Среди всех цветов и длин волн, доступных для такой терапии, в большинстве исследований сообщалось о благотворном влиянии зеленого света. Однако пока в значительной степени остается неизвестным, какие части зрительной системы участвуют в механизме обезболивания посредством зеленого света. Определение конкретного класса фоторецепторов и зрительных цепей, ответственных за этот эффект, может позволить разработать более эффективные стратегии обезболивания.
Группе исследователей из Китая недавно удалось идентифицировать у мышей ту зрительную цепь, которая передает световые сигналы к головному мозгу. Ученые проанализировали все части системы фиксации и обработки световых сигналов у подопытных животных. Они начали с фоторецепторов (палочек и колбочек) во внешней части сетчатки и внутренних светочувствительных ганглионарных клеток сетчатки (ipRGC). Отключая каждый из этих элементов в разное время путем генетических манипуляций, исследователи проверяли, приводит ли удаление того или иного компонента сетчатки к изменениям в ощущении боли.
Исследователи обнаружили, что колбочки необходимы для обезболивания зеленым светом, о чем свидетельствует полное и частичное устранение этого эффекта после удаления колбочек из сетчатки. Также авторы определили, что генетическая дисфункция, специфичная для палочек, приводит к более слабому анальгетическому эффекту от зеленого света. Это подтверждает идею о том, что палочки играют второстепенную роль в механизме обезболивания светом.
Удаление ipRGC, или «неканоничных» фоторецепторов, – тип нейронов сетчатки, содержащих светочувствительный белок меланопсин, – не повлияло на эффект обезболивания зеленым светом. ipRGC, как широко предполагается, участвуют в зрении в качестве компонента системы, не формирующего изображение, но играющего жизненно важную роль в таких зрительных процессах, как сужение зрачка и циркадные ритмы. Ранее сообщалось об их участии в регуляции настроения и обучения наряду с индуцированной белым светом антиноцицепцией.
Основная область мозга, принимающая сигналы от сетчатки – латеральное коленчатое тело (LGN). Оно включает дорсальную (dLGN) и вентральную часть (vLGN). Как правило, dLGN отвечает за формирование изображения (образа), а vLGN, которое иннервируется как обычными RGC, так и ipRGC, вносит вклад в различные зрительные функции, не связанные с формированием изображения.
В этом исследовании установлено, что проекции RGC-vLGN опосредуют анальгезию зеленым светом. Кроме того, методами микроскопии и иммуногистохимии исследователи показали, что воздействие зеленого света непосредственно активирует нейроны медиальной части vLGN, то есть они, вероятно, также могут участвовать в распознавании света.
vLGN богата нейронами, выделяющими гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), которые оказывают тормозной эффект на различные области мозга. В 32% этих нейронов экспрессируется ген, кодирующий белок PENK, который представляет собой предшественник белка энкефалина (ENK). Энкефалин активирует опиоидные рецепторы в головном мозге, что приводит к притуплению боли. Авторам исследования также удалось обнаружить, что нейроны vLGN и синтезированные ими ENK играют ключевую роль в обезболивании зеленым светом, опосредованном проекциями сетчатка-vLGN.
Мю-опиоидные рецепторы широко распространены в нейронах дорсального ядра шва (DRN), особенно в ГАМК-ергических нейронах. Подразумевается, что мю-опиоидные рецепторы возбуждают нисходящие проекционные нейроны за счет снижения ГАМК-ергического тонуса. Также напомним еще раз, что ГАМК-ергические нейроны vLGN обеспечивают тормозящее действие в различных областях мозга, включая центральное серое вещество среднего мозга (vlPAG). Учитывая эту информацию, исследователи смогли показать, что мю-опиоидные рецепторы в области PAG/DRN вызывают опосредованное зеленым светом обезболивание с помощью торможения ГАМК-ергической функции в области vlPAG/DRN.
Таким образом, авторам исследования удалось идентифицировать путь, воплощающий эффект вызванного зеленым светом обезболивания: колбочки-ГАМК-нейроны латерального коленчатого тела—дорсальное ядро шва. Они также отмечают, что хемогенетическое подавление активности нейронов vLGNPenk не повлияло на анальгезию ярким светом, что повышает вероятность того, что путь vLGNPenk-DRN специфически опосредует анальгезию только зеленым светом.
Текст: Анна Удоратина
Green light analgesia in mice is mediated by visual activation of enkephalinergic neurons in the ventrolateral geniculate nucleus by Yu-Long Tang et al., Science Translational Medicine. Published December 2022.
DOI: 10.1126/scitranslmed.abq6474
Материал подготовлен в рамках совместного проекта с инфраструктурным центром «Нейронет». В нем мы освещаем мировые достижения в области нейротехнологий, нейроразвлечений и спорта, а также нейрообразования.