你是否曾经遭受过偏头痛的折磨？这种痛苦的经历背后究竟隐藏着怎样的生理机制？大脑中发生的异常活动如何引发外周神经系统的疼痛感受？

2024年7月4日，哥本哈根大学转化神经医学中心等研究团队在 Science 期刊发表了一篇题为 Trigeminal ganglion neurons are directly activated by influx of CSF solutes in a migraine model 的研究论文。这项研究发现脑脊液可将大脑皮质扩散性抑制释放的物质直接传输至三叉神经节，这一发现揭示了偏头痛前兆与头痛之间的联系机制。

研究团队首先开发了一种创新的活体小鼠三叉神经节成像技术，在TRPV1-cre:GCaMP6f转基因小鼠的三叉神经节上方植入梯度折射率（GRIN）镜头，实现了同时观察脑脊液流动和神经元活动。他们还运用对比增强磁共振成像（CE-MRI）追踪脑脊液和皮质注射示踪剂的流动路径。通过免疫组织化学分析，研究人员详细观察了三叉神经节的结构特征。为了解析CSD对脑脊液成分的影响，团队使用质谱分析技术对CSD前后的脑脊液蛋白质组进行了全面比较。最后，他们在TRPV1-cre:GCaMP6f小鼠中进行钙成像实验，直接观察CSD后脑脊液对三叉神经节神经元的影响。

脑脊液可直接进入三叉神经节

研究人员首先开发了一种活体小鼠三叉神经节成像技术。他们在TRPV1-cre:GCaMP6f小鼠的右侧三叉神经节上方插入梯度折射率（GRIN）镜头，这种小鼠的感觉神经元表达钙敏感荧光蛋白GCaMP6f。通过这种方法，他们可以同时观察脑脊液流动和神经元活动。实验结果显示，注入脑脊液的70 kDa荧光葡聚糖示踪剂在3.8 ± 0.4分钟内到达三叉神经节。更引人注目的是，当与示踪剂一起注入TRPV1离子通道激动剂辣椒素时，三叉神经节中的钙活动在5.80 ± 2.04分钟后显著增加。

为进一步验证这一发现，研究人员使用对比增强磁共振成像（CE-MRI）进行了观察。结果显示，三叉神经节脑脊液池中的对比剂（0.6 kDa的钆布醇）浓度是硬脑膜脑脊液外流位点的8.7倍。这一结果强有力地证明了脑脊液确实可以将可溶性物质直接输送到三叉神经节。免疫组织化学分析进一步证实，脑脊液可进入神经节的所有区域，包括神经鞘、结缔组织、神经元胞体周围和轴突。这表明脑脊液与三叉神经节的各个组成部分都有广泛接触。

三叉神经节根部缺乏紧密屏障

为了解释脑脊液如何进入三叉神经节，研究人员对三叉神经节周围的脑膜结构进行了详细的组织学分析。他们发现，在三叉神经节近端三分之一区域，硬脑膜、蛛网膜屏障层和蛛网膜下淋巴样膜（SLYM）与神经节是分离的，形成了一个脑脊液池（图2）。这个区域缺乏紧密连接，允许脑脊液自由进入神经节。

CE-MRI实验进一步支持了这一发现。当将对比剂注入视觉皮层时，研究人员观察到对比剂在33.4 ± 4.4分钟内从视觉皮层到达三叉神经节脑脊液池。这个时间与偏头痛患者经历前兆到头痛开始的典型延迟时间（5-60分钟）相符。

皮质扩散性抑制改变脑脊液组成

研究人员使用质谱分析技术对皮质扩散性抑制（CSD）前后的脑脊液蛋白质组进行了比较。结果显示，CSD后11%的脑脊液蛋白质（共155种）浓度发生显著变化，其中5%（67种）的浓度变化超过两倍。特别值得注意的是，研究人员发现12种上调的蛋白质是三叉神经节中28种不同受体的配体。其中包括偏头痛发作中起关键作用的降钙素基因相关肽（CGRP），其浓度翻倍（FC = 2.03，P < 0.05）。此外，还有6种配体（SPP1、EFNB3、CNTN2、EFEMP1、S100A8和S100A9）的浓度增加超过两倍。

CSD后的脑脊液可激活三叉神经元

为验证CSD引起的脑脊液组成变化是否足以激活三叉神经元，研究人员将CSD小鼠的脑脊液施加于正常TRPV1-cre:GCaMP6f小鼠暴露的三叉神经节。结果显示，与对照组（人工脑脊液）相比，CSD小鼠的脑脊液导致TRPV1阳性神经元的钙活动增加2.37 ± 0.26倍。与正常小鼠的脑脊液相比，增加了1.45 ± 0.39倍。有趣的是，这种效应具有时间依赖性。在CSD后2.5小时收集的脑脊液不再能引起钙活动增加。这表明CSD触发的脑脊液蛋白质组变化可能仅限于偏头痛的起始阶段。

为进一步确认CGRP在这一过程中的作用，研究人员直接将CGRP溶于人工脑脊液中施加于三叉神经节。结果显示，CGRP导致钙活动增加3.42 ± 0.34倍，与CSD脑脊液产生的效果相似。这些结果共同证明，CSD引起的脑脊液组成变化，特别是CGRP浓度的增加，可以直接激活三叉神经节中的感觉神经元，从而解释了偏头痛前兆与随后头痛发作之间的联系。

这项研究揭示了大脑和三叉神经节之间存在一条由脑脊液介导的非突触信号通路。在偏头痛发作过程中，皮质扩散性抑制释放的物质（如CGRP）通过脑脊液传输至三叉神经节，激活疼痛感受神经元，从而解释了偏头痛前兆与随后头痛发作之间的联系。这一发现为理解偏头痛的病理生理机制提供了新的视角，也为开发新的治疗策略指明了方向。

论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0544