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5. 基底神经节基底神经节由几个细胞核组成：纹状体(尾状核、壳核和伏隔核核心 (NAc))、苍白球外部 (GPe)、苍白球内部 (GPi)、丘脑底核 (STN)和黑质 (SN) [96]。中脑多巴胺能 (DA) 神经元与奖赏、认知和运动控制相关，由中脑边缘(腹侧被盖区，VTA)、中皮层(VTA-retrorubral)和黑质纹状体(SN parscompacta，SNc)通路介导，分别。因此，DA 细胞是基底神经节的组成部分 [97]。尽管以其在运动系统中的作用而闻名，但基底神经节是大脑适应性可塑性的主要部位，影响广泛的正常行为和神经和精神疾病。基底神经节整合传入的伤害性信息，以促进复杂和空间引导的疼痛避免/伤害性行为中协调的、分级的运动反应 [98]。以前的研究不仅表明基底神经节在伤害性感觉运动整合中的作用，而且还表明进出基底神经节的潜在伤害性通路 [99]。基底神经节分别接受来自脊髓和丘脑的直接和间接伤害性输入。皮质区域，例如 ACC 和S1，也向基底神经节发送与疼痛相关的信号，基底神经节有助于整合多种疼痛信息的皮质-基底神经节-丘脑回路，包括感觉、运动、情绪、认知和自主神经组件[96]。神经病理性疼痛期间基底节的神经可塑性及其调节物质 P (SP) 是一种众所周知的神经肽，参与脊髓中伤害性信息的传递 [100]，但有趣的是，SP 在纹状体中显示出相反的作用。中村等人。发现将 SP 注入纹状体可抑制 PSL诱发的机械超敏反应，而联合输注NK1 受体拮抗剂CP96345 可阻断这种超敏反应。联合输注阿托品，而不是美加明，也阻断了 SP 输注到纹状体的镇痛作用，表明通过 NK1 受体激活纹状体毒蕈碱乙酰胆碱受体可能是神经性疼痛的潜在治疗方法 [101]。除了 DA 输入外，纹状体还高度表达内源性阿片类分子和受体。在 CCI 小鼠的 NAc 中，κ 和 δ 阿片受体以及强啡肽原和脑啡肽原的 mRNA 水平显着上调。这些观察结果表明 NAc 内的内源性阿片类药物信号可能是在神经性疼痛状况下得到加强[102]。甘丙肽在外周和脊髓水平的伤害性信息调节中起着重要作用[103]。有趣的是，NAc 中的甘丙肽也具有镇痛作用。在 PSL 大鼠的 NAc 中，甘丙肽受体 (GalR) 1 的表达上调。将 GalR1 激动剂 M617 或甘丙肽局部注射到 NAc中减弱了机械和热超敏反应，而这被 GalR1/2 拮抗剂 M35 阻断 [104]。VTA 可以通过 mPFC 输出的 DA 增强来调节疼痛相关行为。黄等人。表明 mPFC 中 VTA DA 末端的光遗传学刺激可诱导 CPP 并降低SNI 小鼠的机械超敏反应。 DA 输入增加了投射到 vlPAG 的 mPFC 神经元的活性 [105]。VTA-NAc 奖励途径在调节伤害性信息方面起着关键作用。张等人。发现 CCI 导致对侧 VTA-NAc DA 神经元的过度激活并增加对侧 NAc 中的BDNF 表达。这些 DA 神经元的光遗传学或药理学抑制逆转了神经损伤后 BDNF 的过度表达和热痛觉过敏。 VTA-NAc 通路中 BDNF 的条件性敲低或将茴香霉素显微注射到 VTA 以抑制 BDNF 合成改善了 CCI 小鼠的热痛觉过敏 [106]。Sirtuin 1 (SIRT1) 是一种 III 类组蛋白去乙酰化酶，据报道可减轻背根神经节和脊髓的神经性疼痛。李等人。发现 SIRT1 在 CCI 小鼠的对侧 VTA 中下调。通过将 SRT1720(一种 SIRT1 激活剂)显微注射到 VTA 中，可以抑制热痛觉过敏和神经损伤后 VTA 和 NAc 中 Fos 表达的升高 [107]。神经病理性疼痛期间基底神经节 DA 通路的可塑性变化与神经病理性疼痛的合并症有关。在大鼠 SNI 后两周，VTA DA 神经元的爆发性放电增强。此外，在 SNI 动物的 NAc 中，细胞外多巴胺水平增加，而 D2 受体的表达水平降低，但 D1 受体没有降低。另一项研究还报告说，在 SNL 大鼠神经病理性疼痛的早期而非晚期，NAc 内的多巴胺释放水平响应普瑞巴林的疼痛缓解或蔗糖摄入的奖励增加。基底节 DA 回路的这些改变和功能障碍异常可能导致神经性疼痛的合并症，例如抑郁和焦虑 [108,109]。　疼痛是帕金森病 (PD) 中普遍存在的非运动症状，已知 STN 与这种疼痛密切相关。在 SNc 注射 6-羟基多巴胺 (6-OHDA) 诱导的 PD 模型大鼠中，STN 细胞对足部疼痛性休克刺激的反应时间更长，幅度更大，表明 STN 中的异常神经可塑性可以介导疼痛症状。 PD [110]。另一项研究还报道了 6-OHDA 诱导的 PD 模型小鼠 STN 神经元的过度活跃和疼痛超敏反应，两者都被 STN 神经元的光遗传学抑制所阻断。有趣的是，STN-SNr 投射的光遗传学抑制减弱了机械和热超敏反应，而 STN-GPi 或 STN-腹侧苍白球 (VP) 投射的光遗传学抑制仅减弱了 PD 小鼠的机械超敏反应。这些发现表明，直接抑制 STN 神经元可能是缓解 PD 中各种疼痛症状的潜在治疗方法 [111]。6. 结论和观点疼痛传递途径的外周和中枢成分都显示出巨大的可塑性，增强或减少了疼痛信号。当可塑性促进保护性反射时，它可能是有益的，但当变化持续存在时，它可能会诱发慢性疼痛状况 [112]。啮齿动物模型中技术工具的最新发展，例如光遗传学、化学遗传学和脑成像，使我们能够了解大脑中神经递质的调节与慢性疼痛状况之间的关系 [113]。在这里，我们总结了神经病理性疼痛期间四个大脑区域的神经可塑性和逆转病理状态的调节(图 1，表 1)。在 S1 和 ACC 中观察到结构可塑性的最突出表现，例如树突棘转换和脊柱形态的变化。这两个区域的功能可塑性在每个亚型的兴奋性和抑制性神经元中各不相同，并且它共同将锥体神经元转变为多动症。相比之下，PAG 显示神经损伤后神经活动减少。谷氨酸能通路的可塑性变化，包括 mGluR5 信号传导的功能障碍，与这种活动减退有关。此外，在神经性疼痛期间，PAG 中的阿片类信号发生改变。这些改变可能与阿片类药物对神经性疼痛的镇痛作用降低有关。基底神经节不太关注疼痛研究。然而，越来越多的证据表明，它们也参与神经性疼痛的发生和维持以及神经性疼痛的合并症。　　　　图 1. 神经病理性疼痛期间四个大脑区域的神经可塑性。向上 (↑) 和向下 (↓) 箭头分别表示“增加”和“减少”。　　疼痛是一种多维的体验[114]。 S1 和 ACC 分别是处理疼痛的感觉和情绪方面的关键区域。认知方面也是疼痛体验的重要组成部分。 mPFC 在疼痛认知中起主要作用 [115]，一些研究报告称，mPFC 在神经病理性疼痛期间表现出神经可塑性 [116,117]。这些神经特性的变化具有复杂性，根据 mPFC 的子区域或层的不同，会出现相反的效果 [84]。这种复杂性使得难以理解 mPFC 在神经性疼痛中的作用。尽管如此，与主要疼痛处理区域的联系[118]表明 mPFC在理解神经性疼痛机制方面的重要性。　　表 1.神经病理性疼痛期间大脑的神经可塑性及其调节。　　* PSL：部分坐骨神经结扎，SNI：备用神经损伤，CCI：慢性收缩损伤，CPN：腓总神经，SNL：脊髓神经结扎，CFA：完全弗氏佐剂，6-OHDA：6-羟基多巴胺，EA：电针， GB30：臀部区域的穴位，GB34：大腿外侧中线的穴位，ZIP：LTP 维持阻滞剂，PCC0208009：IDO1 抑制剂，雷帕霉素：mTOR 抑制剂，Ro25681：NR2B 抑制剂，金丝桃苷：从民间疗法，CP96345：NK1 受体拮抗剂，M617：GalR1 激动剂，SRT1720：选择性 SIRT1 激动剂。向上 ( )和向下( ) 箭头分别表示“增加”和“减少”。　　PAG 通过其相互连接将疼痛调制信号发送到 rostroventromedial medulla (RVM) [119]。 RVM 还接收来自臂旁核和丘脑的信号，被认为是下行疼痛调节系统的最后一个中继器 [120]。此外，当RVM接收来自较高皮层的输入时位点，该区域还提供了一种稳态机制，可以减弱或增强伤害性输入 [121]。 RVM 通过投射到脊髓背角和三叉神经尾核的“细胞上”和“细胞外”双向调节疼痛 [122,123]。与疼痛处理区域的连通性意味着进一步研究神经病理性疼痛期间 RVM 中神经可塑性的重要性。　　基底神经节通过调节多巴胺释放与 PD 密切相关 [124]。超过 50% 的 PD 患者患有疼痛，但这种疼痛的原因仍然难以捉摸 [125,126]。在这篇综述论文中，我们总结了基底节神经可塑性与神经病理性疼痛之间的关系，这可能有助于理解PD患者的疼痛。事实上，基底神经节的结构和功能神经变化被认为与 PD 患者的疼痛症状有关。　　边缘系统中的其他大脑区域也与神经性疼痛有关。杏仁核对于疼痛的情绪方面至关重要 [127]，并在神经性疼痛中表现出神经可塑性。神经损伤后臂旁核 - 中央杏仁核突触增强，这种突触可塑性独立于NMDA 受体[128]。有趣的是，一项研究报告称，在神经性疼痛期间，杏仁核中新神经元的生成得到了促进[129]。海马体在神经损伤后显示出树突棘形态和神经发生率的变化 [130,131]。这些改变与多种分子有关，例如肿瘤坏死因子-α [132] 和糖原合酶激酶-3 β [133]。海马体中这些蛋白质被破坏的神经可塑性也与神经性疼痛的合并症有关，包括焦虑和抑郁 [131,134,135]。　　在这篇综述中，我们讨论了基于调节动物大脑神经可塑性的潜在治疗方法。最近，随着脑机接口领域的进步，出现了评估和刺激大脑的新技术[136,137]。脑刺激技术确实在临床慢性疼痛治疗中具有潜力：运动皮层的经颅磁刺激 [138] 和 ACC [139]、PAG [140] 和丘脑底核 [141] 的深部脑刺激。这一技术进步可能为临床前脑调制治疗慢性神经性疼痛的临床转移提供机会。　　作者贡献：概念化，M.S.B.和 S.K.K.;分析，M.S.B.和惠普;写作-原稿准备，M.S.B.和惠普;写作审查和编辑，S.K.K.;可视化，M.S.B.和惠普;监督，S.K.K.;资金收购，S.K.K.所有作者都已阅读并同意手稿的出版版本。　　资金：这项研究由韩国国家研究基金会 (NRF) 资助，资助号为 NRF-2017M3A9E4057926 给 S.K.K.　　机构审查委员会声明：不适用。　　知情同意声明：不适用。　　数据可用性声明：不适用。　　利益冲突：作者声明没有利益冲突。　　参考（1-141，未完）　　1. 拉贾, S.N.;卡尔，D.B.;科恩，M。芬纳鲁普，NB;弗洛尔，H。吉布森，S。基夫，F.J.;莫吉尔，J.S.;林坎普，M.;斯卢卡，K.A.;等。国际疼痛研究协会修订后的疼痛定义：概念、挑战和妥协。疼痛2020,161, 1976–1982。 [CrossRef] [PubMed]　　2. 詹森，T.S.;男爵，R。汉帕，M.;卡尔索，E.;洛瑟，J.D.;赖斯，A.S.C.;特里德，R.-D。神经性疼痛的新定义。疼痛　　2011、152、2204-2205。[CrossRef][PubMed]　　3. 阿吉里奥，A.A.;布鲁纳，J.; 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　　1庆熙大学大学院韩医学科学系, 首尔 02447, Korea; msbak@khu.ac.kr(硕士); haney9@khu.ac.kr(H.P.)2庆熙大学韩国医学学院生理学系, 首尔 02447, Korea*通讯：skkim77@khu.ac.kr;电话：+82-2-961-0491【摘要】：神经病理性疼痛是一种由躯体感觉神经系统损伤引起的顽固性慢性疼痛。迄今为止，神经性疼痛的治疗效果有限。为了开发有效的治疗方法，充分了解神经病理性疼痛的病理机制至关重要。除了外周和脊髓的异常敏化外，越来越多的证据表明大脑中的神经可塑性对于这种疼痛的发展和维持也至关重要。神经元活动测量和操作的最新技术进步使我们能够更准确地了解神经性疼痛期间大脑中适应不良的可塑性变化，并调节大脑活动以在临床前和临床水平上逆转疼痛状态。在这篇综述论文中，我们讨论了目前对四个疼痛相关大脑区域的病理神经可塑性的理解：初级躯体感觉皮层、前扣带回皮层、导水管周围灰质和基底神经节。我们还讨论了基于这些大脑区域神经可塑性调节的神经性疼痛的潜在治疗方法。关键词：神经性疼痛;神经可塑性;初级体感皮层;前扣带皮层;导水管周围灰色;基底神经节一、介绍疼痛是一种不愉快的感觉和情绪体验，与实际或潜在的组织损伤相关或类似[1]。神经性疼痛，定义为由躯体感觉神经系统病变或疾病引起的疼痛 [2]，可由感染、神经损伤、化疗和糖尿病等因素诱发 [3-5]。疼痛症状的特征是自发性疼痛、机械性或热性异常性疼痛以及对刺激的痛觉过敏 [6]。大约 7-10% 的普通人群患有神经性疼痛 [7]。尽管基于外周和脊髓水平的疼痛研究开发了许多镇痛药，但它们对神经性疼痛的影响仍然有限[8]。目前用于治疗神经病理性疼痛的镇痛药物具有严重的不良反应，如抑郁、记忆力减退、眼球震颤和成瘾 [9,10]。它们缺乏有效性可能是由于对神经性疼痛的潜在机制了解不足 [11]。据报道，大脑中的神经可塑性与神经性疼痛的发生和维持有关 [12]。因此，为了充分了解神经病理性疼痛的潜在机制并制定令人满意的治疗策略，阐明神经病理性疼痛期间大脑中的神经可塑性非常重要。神经性疼痛伴随着大脑的系统性可塑性变化。这种神经可塑性的范围从神经元的功能变化到结构变化。功能变化包括神经元钙活性的变化、兴奋性突触后电流 (EPSC)频率、EPSC 振幅、内在兴奋性、突触强度和大脑振荡 [13-16]。结构变化包括 S1 和 ACC 中树突棘的周转率或密度增加，以及 S1 中突触前轴突的增益 [7,16,17]。这些变化可以作为神经性疼痛的生物标志物。此外，神经可塑性的逆转导致镇痛作用，表明这种调节可能是神经性疼痛的潜在治疗方法。在几个大脑区域观察到神经性疼痛期间的病理性神经可塑性。特别是初级躯体感觉皮层 (S1) 和前扣带皮层 (ACC)等皮质区域经常被报道与神经性疼痛相关 [14,17]。已知这些区域分别在痛觉和痛觉中发挥重要作用。导水管周围灰质 (PAG) 是下行疼痛控制的关键区域，也已被广泛研究 [18]。尽管基底神经节在疼痛机制中的作用尚未成为研究的重点 [19]，但最近的研究表明基底神经节在神经性疼痛中具有独特的作用。在这篇综述论文中，我们讨论了神经病理性疼痛期间大脑上述四个区域的神经可塑性，以及基于每个大脑区域神经可塑性调节的潜在治疗方法。2. 初级体感皮层S1 中的神经元在各种类型的机械感觉的信号处理中发挥作用，在单细胞或群体水平上具有依赖于特征的响应模式 [20]。据报道，在包括人类在内的广泛物种中，S1 中的神经活动与疼痛处理之间存在关联。在人类中，功能性脑成像 [21] 和脑磁图 (MEG) 研究 [22] 证明外周伤害性刺激激活 S1 神经元。一项成像研究专注于人类伤害性刺激的强度编码，发现刺激强度与 S1 活动之间存在高度相关性 [23]。猴子研究还发现，关于伤害性刺激强度的信息编码在 S1 神经元中 [24]。后肢 S1 区有损伤的小鼠表现出由后爪炎症引起的机械性异常性疼痛的消失，但这并没有减弱炎症引起的爪体积变化或疼痛影响，如回避试验所证明的那样 [25]。这些结果表明 S1 在痛觉处理中起着关键作用。然而，有趣的是，最近的研究表明，S1的功能不仅限于疼痛感觉，还与疼痛的其他方面有关，例如疼痛影响和焦虑。 S1在疼痛的共病焦虑症状中起作用 [26]，将 S1 中的神经元投射到 ACC 在情感疼痛信号中发挥重要作用 [27]。皮质区域，包括 S1，通过椎板 I 脊髓-丘脑-皮质回路接收伤害性信号。源自脊髓背角 I 层神经元的疼痛信号通过对侧丘脑传递到 S1 [28-30]。此外，也有人建议将脊柱-臂旁-丘脑通路用于上行疼痛通路 [31]。最近的一项研究显示了伤害感受中脊髓-臂旁-丘脑通路的直接证据[32]。然而，该通路与皮质区域之间的关联需要进一步验证。2.1. 神经病理性疼痛期间 S1 的神经可塑性人体研究表明，S1 的活性与慢性疼痛的发生和维持密切相关。功能性磁共振成像 (fMRI) 研究表明，神经病患者对疼痛 [33] 或异常性疼痛刺激 [34] 的反应会增加 S1 神经活动。在小鼠中，神经损伤会改变几种蛋白质活性，并最终与S1 的神经可塑性有关。在部分坐骨神经结扎 (PSL)损伤后，出现了 S1 星形胶质细胞中代谢型谷氨酸受体 5(mGluR5) 信号传导的上调和星形胶质细胞中突触性血小板反应蛋白 1 (TSP-1)的释放。蛋白质活性的这些变化导致S1 锥体神经元的树突棘周转增加。值得注意的是，将 TSP-1 显微注射到对照小鼠的 S1 中会增加树突棘的更新率并导致持续至少 1 个月的机械超敏反应。这一结果表明，S1 的功能和结构变化可以诱导疼痛，而脊髓或周围神经没有变化，并且 S1 星形胶质细胞的激活在神经性疼痛中起作用 [35]。另一项研究还报告说，S1 中星形胶质细胞的激活会导致异常疼痛。石川等人。发现通过显微注射 SR95531(一种 γ-氨基丁酸 (GABA)-A 受体拮抗剂)，在经历PSL 诱发镜像疼痛的神经性疼痛小鼠中，S1 的同侧去抑制，这在没有去抑制的神经性疼痛模型中没有出现.这种镜像疼痛被氟乙酸盐(一种星形细胞克雷布斯循环抑制剂)或IP3R2 基因敲除所阻断 [36]。随着神经病理性疼痛期间突触后树突棘的结构变化，神经病理性疼痛期间神经元的突触前成分也发生改变。神经损伤导致轴突 boutons 的增益率增加。值得注意的是，S1中的 bouton 转换仅出现在神经性疼痛的发展阶段，并且与脊柱形态的变化相关。因此，有人提出突触前和突触后结构的可塑性在神经性疼痛的发展中发挥作用 [37]。内在可塑性，一种神经可塑性，在神经性疼痛中也有报道。短暂性脊髓缺血 (tSCI) 模型小鼠显示双侧机械性异常性疼痛和 S1 锥体神经元自发钙活性增加。电生理学研究还表明，响应电流注射的动作电位数量增加，自发动作电位放电率增加，EPSP 频率增加 [38]。随着神经病理性疼痛期间兴奋性神经元的可塑性，S1 中的抑制性中间神经元在神经病理性疼痛期间表现出神经可塑性，但调制方向因亚型而异。表达生长抑素 (SOM) 的抑制性神经元和表达小清蛋白 (PV) 的抑制性神经元在神经损伤 (SNI) 后显示钙活性降低，而表达血管活性肠多肽 (VPN) 的中间神经元则增加了它们的活性。这些变化协同地使锥体神经元进入多动状态 [39]。魏等人。一致报道慢性缩窄性损伤(CCI)导致神经活动的相同定向调节[40]。中间神经元的可塑性不仅有助于锥体神经元的过度活跃，而且在神经振荡的调节中也起着关键作用。在脑电图 (EEG) 研究中，大脑中的伽马波段振荡与疼痛反应相关 [41,42]。几项研究报告称，经历辣椒素诱导的疼痛或神经性疼痛的小鼠在静息状态下 S1 中的伽马和 α 功率升高，以及对有害刺激作出反应的伽马功率增加 [43,44]。通过 S1 中 PV+ 中间神经元的光遗传学激活人工诱导伽马振荡可增强伤害敏感性并诱导幼稚小鼠的厌恶回避行为 [45]。这些结果表明，S1 中的伽马振荡与伴随着 S1 中伽马功率上调的神经性疼痛高度相关。2.2. 逆转神经可塑性的实验操作已经根据神经病理性疼痛期间 S1 的神经可塑性提出了控制大脑活动以减轻疼痛的方法。神经损伤后蛋白质活性的逆转可改善小鼠的疼痛表型。将 mGluR5 拮抗剂 2-甲基-6-(苯乙炔基)-吡啶 (MPEP) 显微注射到 S1 可逆转 TSP-1 的过度表达并减轻机械性异常性疼痛。使用 siRNA 抑制 S1 中 TSP-1 的表达也显着降低了 S1 神经元的脊柱转换率并减轻了机械性异常性疼痛 [35]。此外，PSL 损伤后河豚毒素 (TTX)的即时外周神经阻滞也阻止了 S1 的结构突触可塑性和神经损伤后的机械性异常性疼痛 [46]。与上述结果相反，Xiong 等人。据报道，S1 活性的上调，而不是抑制，可能导致神经性疼痛的镇痛作用。他们发现 tSCI 导致手术后6小时 S1 神经活动的短暂下调。基于这一观察，他们对单侧 S1 应用光遗传学刺激，导致 S1 过度兴奋和机械超敏反应显着降低 [38]。神经元亚型特异性操作提供了对神经性疼痛的见解。在神经病理性疼痛的早期阶段 SOM+ 神经元的化学遗传激活显着降低了 SNI 小鼠的锥体神经元过度活跃和机械过敏。这种镇痛作用持续了一个月 [39]。此外，电针 (EA)逆转了神经损伤后锥体、SOM+ 和 VIP+ 神经元的活动改变，并减轻了机械和热超敏反应。大麻素 1 (CB1) 受体的激活对于这种 EA 诱导的镇痛作用至关重要，如 EA 和 AM251(一种选择性 CB1 受体拮抗剂)的共同给药所证明的那样 [40]。可以建议减少 S1 中的 theta 振荡来治疗疼痛。 S1 的伽马振荡受丘脑输入的影响 [47]。 GABA 介导的丘脑抑制性神经元强直激活在慢性炎症性疼痛期间受到抑制 [48]。根据这些报告，Lablanc 等人。通过使用光遗传学操作激活 GABA 能神经元来抑制 S1 中的theta 振荡，从而诱导丘脑中的爆发性放电。丘脑中 GABA 能神经元的激活减轻了 S1 中增加的 theta 振荡并减少了由辣椒素引起的机械性异常性疼痛 [49]。将完全弗氏佐剂 (CFA) 注射到后爪会导致小鼠的亚慢性炎症性疼痛，导致大脑的神经可塑性。 S1 活性的抑制导致 CFA 疼痛模型的镇痛作用。埃托等人。表明显微注射 CNQX，一种竞争性 α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸 (AMPA) 受体拮抗剂，进入S1 增加了缩爪阈值和响应小鼠后爪的电刺激，降低了 ACC 的场兴奋性突触后电位 (fEPSP) 的斜率 [50]。值得注意的是，在 S1 区域进行了调制，但 ACC 受到了影响。该结果表明 ACC可以由 S1 神经元调节。3. 前扣带皮层ACC 在诸如错误检测 [51]、决策 [52]、情绪 [53] 和疼痛处理 [54] 等高级认知功能中发挥作用。早期关于疼痛的研究发现，ACC 与疼痛影响 [55-57]而不是痛觉 [58]。接受神经结扎的大鼠的 ACC 病变并未改变机械超敏反应，但减少了逃避/回避行为，这反映了对疼痛情感成分的损害 [59]。最近的研究扩展了 ACC 在疼痛处理中的作用。他们报告说，ACC 在疼痛的多个维度中发挥作用，例如痛觉 [27,60]、预期 [61]和疼痛的社会转移 [62]。ACC 锥体神经元接收来自丘脑和 S1 的疼痛输入。 ACC 的输出投射连接到 PAG，PAG 通过下行抑制回路在脊髓水平的疼痛调节中发挥重要作用 [63]。功能连接分析显示疼痛状态下 ACC 和 PAG 之间存在显着相关性 [64]。此外，ACC 中的神经元投射到岛叶皮层 [65] 或脊髓的背角，这些投射在自上而下的系统中发挥作用，用于快速调节脊髓感觉传递[66]。3.1. 神经病理性疼痛期间 ACC 的神经可塑性神经性疼痛伴随着 ACC 中与突触可塑性相关的几种蛋白质水平的变化。神经细胞粘附分子 1 (NCAM1) 在神经突生长和脊柱形成中起作用，在小鼠神经损伤后显示出增加的转换率。 NCAM1 表达水平的这种变化导致 ACC 中脊柱形态的变化，这通过 NCAM1 敲低与表达 shNCAM1 的腺相关病毒 (AAV) 来证明。 ACC 中锥体神经元的微型兴奋性突触后电流 (mEPSC) 振幅增加也反映了形态学变化 [67]。PKMζ是维持长时程增强 (LTP) 的关键分子，在 ACC 中与神经性疼痛相关的神经可塑性中起作用。腓总神经(CPN)后ACC中PKMζ和p-PKMζ的表达水平显着升高在小鼠中结扎。 PKMζ 维持疼痛诱导的LTP 并增加神经性疼痛中诱发的 EPSC 的振幅。敲除在 PKMζ 上游起作用的钙调素刺激的腺苷酸环化酶-1 (AC1)，逆转了 PKMζ 和 p-PKMζ 的上调，并抑制了神经损伤后的机械性异常性疼痛 [68]。Blom等人在接受 CCI 的小鼠的 ACC第 5 层神经元中使用多个全细胞记录。研究了神经病理性疼痛期间ACC 神经回路中发生的可塑性机制。他们发现兴奋性和抑制性神经元之间的功能连接丧失，以及mEPSC 和微型抑制性突触后电流 (mIPSC) 频率降低。其余连接对的突触特性没有显着变化。此外，他们发现 CCI 会增强锥体神经元的内在兴奋性，但不会增强抑制性神经元的内在兴奋性 [69]。使用体内双光子钙成像，赵等人。表明，在 SNI 诱导的神经性疼痛中，小鼠ACC中的第 5 层锥体神经元在不存在或存在疼痛刺激的情况下显示出增强的钙活性 [70]。此外，一项对小鼠脑切片的电生理研究还报告了 SNI 后自发性 EPSC 频率增加和 ACC 中第 2/3 层锥体神经元内在兴奋性升高 [71]。3.2. ACC中神经可塑性的调节越来越多的证据表明，ACC 在神经性疼痛中表现出过度活跃，这与 LTP 密切相关 [72]。因此，假设 ACC 中的 LTP 对于维持神经性疼痛是必不可少的，并且通过将 LTP 逆转到基线，可以观察到镇痛作用。李等人。使用阻止 LTP 维持的 z-伪底物抑制肽 (ZIP) 证明了这一假设。将 ZIP 显微注射到 ACC 导致显着的镇痛效果，机械异常性疼痛试验和位置偏好试验 [68] 在 CPN 结扎小鼠中证明。这些神经性疼痛小鼠的 ACC 锥体神经元 EPSC振幅的增加也被 ZIP 逆转。尽管有希望的结果表明 ZIP不是PKMζ的抑制剂 [73,74]，但ZIP仍然可以逆转 LTP。作为另一种方法，Ko等人。诱导通过将茴香霉素注射到神经性疼痛模型小鼠的 ACC 中来发挥镇痛作用。茴香霉素是一种蛋白质合成抑制剂，通过抑制可塑性相关蛋白质的合成来阻止 LTP 的形成。将茴香霉素输注到 ACC 可逆转增加的脊柱翻转率、机械性异常性疼痛和热性异常性疼痛 [67]。mTOR 是一种丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，通过激活突触蛋白合成来调节突触可塑性 [75]。因此，mTOR 活性的失活可能会逆转神经性疼痛中的 LTP。嗯等。通过将雷帕霉素显微注射到 ACC 中证明了这一假设。他们发现注射雷帕霉素导致机械性异常性疼痛的减少以及神经病理性疼痛大鼠 ACC 中 PSD-95 和 GluA1 的共定位。此外，ACC 中响应外周电刺激的神经活动在神经性疼痛中增强，而这种 ACC 激活被雷帕霉素降低 [76]。将神经性疼痛理解为记忆的概念很有趣。然而，上述试验仅限于短期镇痛作用。由于对神经性疼痛小鼠 ACC 脑切片的电生理学实验一致报告内在兴奋性增加，因此可以建议进一步研究涉及调节突触可塑性和内在兴奋性的方法。吲哚胺 2,3-双加氧酶 1 (IDO1) 是色氨酸代谢的限速酶，它与神经性疼痛有关 [77]。IDO1在接受脊髓神经结扎术(SNL)的大鼠ACC中的表达水平增加。口服给药 PCC0208009(一种 IDO1 抑制剂)可减轻 SNL 动物的机械性异常性疼痛和热痛觉过敏并诱导条件性位置偏爱(CPP)。 PCC0208009 还逆转了树突棘密度的增加，并抑制了神经损伤后 ACC 中 N-甲基-D-天冬氨酸受体 (NMDA)-2B 受体磷酸化水平的上调。这些结果表明 PCC0208009 可以通过调节 ACC 中的突触可塑性来减轻神经性疼痛 [78]。据报道，直接操纵小鼠 ACC 中的神经活动可以在 CFA 诱导的炎症性疼痛中诱导镇痛作用。 ACC 中兴奋性锥体神经元的光遗传学抑制诱导 CPP。此外，ACC 中兴奋性锥体神经元的化学遗传学抑制减轻了机械痛觉过敏 [79]。4. 导水管周围灰质PAG 是内源性下行疼痛调节的核心区域 [80]。下行通路起源于 PAG 内，并通过延髓腹内侧 (RVM) 和蓝斑 (LC) 投射到脊髓背角。该下行系统的激活通过抑制脊髓的上行痛觉信号传递而引起镇痛作用 [81]。来自 RVM 的血清素和从 LC 到脊髓背角的去甲肾上腺素是该疼痛调节系统的主要输出[82]。最近的研究报告称，神经损伤后 PAG 与其他大脑区域的连接会发生可塑性变化，这些变化与神经性疼痛的发展密切相关。由于炎症性疼痛，将中央内侧 (CeM) 杏仁核中的神经元投射到PAG 会发生可塑性变化 [83]。PAG 和mPFC 之间的连接也显示出神经性疼痛中功能连接的变化。切里扬等人。据报道，皮质-PAG 神经元在CCI 诱导的神经性疼痛小鼠的脑切片中显示出内在兴奋性显着降低 [84]。黄等人。确定了对疼痛处理至关重要的远程大脑回路。使用光遗传学方法与药理学相结合，他们发现基底外侧杏仁核 (BLA)-PFC-PAG 回路调节神经性疼痛行为，例如机械和热过敏。 SNI增强了从 BLA到 mPFC 中抑制性神经元的突触输入，通过抑制从 mPFC 到 PAG 的投射来减少镇痛调节 [8]。4.1. 神经病理性疼痛期间PAG 中阿片类药物敏感性的变化PAG中的 μ-阿片受体 (MOR) 有助于阿片类药物介导的镇痛作用 [82,85]，这得到了以下事实的支持：将阿片类药物直接注入 PAG 足以诱导镇痛作用 [86]。阿片类药物的镇痛效果在神经性疼痛中降低，但其潜在机制仍然难以捉摸 [11]。神经损伤后 PAG 的神经可塑性可能与这些降低的镇痛作用有关。胡特等人。据报道，小鼠的 CCI在 [D-Ala2、N-MePhe4、Gly-ol]-脑啡肽(DAMGO)刺激的 PAG 中结合 GTPγS减少，表明 MOR 介导的 G 蛋白活性的适应和 MOR 的脱敏[87]。与本报告一致，Maarrawi等人。表明患有周围神经病变的人类患者正如 PET 成像所证明的那样，疼痛降低了阿片受体结合活性 [88]。MOR 的激活减少 PAG神经元中突触前 GABA的释放。哈姆等人。发现在大鼠骶神经横断后 GABA释放上调，但通过激活 MOR 对突触前 GABA释放的抑制作用水平在神经性疼痛大鼠中是完整的 [89]。因此，阿片类药物和神经损伤对突触前GABA 释放的作用可以被认为是相互排斥的。然而，阿片类药物的作用在神经性疼痛中被充分掩盖，导致阿片类药物镇痛作用降低。矛盾的是，阿片类药物会诱发痛觉过敏。据报道，II 型钙调蛋白依赖性激酶 (CaMKIIα) 的激活介导阿片类药物诱导的痛觉过敏 (OIH)。 KN93(一种 CaMKIIα 抑制剂)抑制 PAG、CeLC 或脊髓中的 CaMKIIα 活性，逆转了 OIH 小鼠的机械性和热性异常性疼痛。将 KN93 添加到PAG 切片后，PAG 细胞中 mEPSCs 的频率和振幅降低。这些结果表明 CaMKIIα 可能通过CeLC-PAG-RVM-脊髓下行促进疼痛通路调节 OIH [90]。4.2. 神经病理性疼痛期间PAG 中谷氨酸能通路的可塑性神经损伤会改变 PAG神经元中谷氨酸受体的特性，导致下行疼痛抑制的活性降低和功能障碍。 PAG 在正常状态下显示出一致的 mGluR1/5 和钙活性，以调节下行疼痛调节信号。大鼠的 SNL 诱导机械性异常性疼痛并降低 PAG 神经元的 mGluR1/5 活性。 PAG-RVM投射神经元显示兴奋性输入减少，如逆行标记神经元的电生理记录所示。有趣的是，在幼稚动物中单次注射 mGluR5反向激动剂2-甲基-6-(苯乙炔基)吡啶 (MPEP) 或 mGluR1 反向激动剂 BAY 36-7620会导致机械异常性疼痛并降低腹外侧 PAG (vlPAG) 神经元的内在兴奋性。 91]。对于代谢型谷氨酸受体，离子型谷氨酸受体的特性在神经性疼痛中也会发生改变。胡等人。研究了 NMDA 受体亚基在持续炎症性疼痛期间 PAG 中的作用。他们发现将 CFA 注射到小鼠后爪中会导致PAG 中含有NR2B 的 NMDA受体上调，而含有NR2A 的 NMDA 受体没有改变。全细胞膜片钳记录显示PAG 中 NMDA 受体介导的 mEPSC 振幅增加 [92]。与本报告一致，Ho等人。表明 SNL 导致大鼠vlPAG 中NR1 和NR2B 亚基的上调。神经损伤后NMDARs 的上调可能通过亚细胞重新分布导致 AMPARs 的功能减退。神经病变大鼠脑切片中的神经元降低了 EPSC 的频率和幅度。 [93]。 vlPAG 中的 AC-cAMP-PKA 信号传导可能与谷氨酸受体功能的这些变化有关。在 SNL 诱导的神经性疼痛大鼠的 vlPAG 中，交流激活剂 forskolin 诱导的 EPSC 增强受损。这种损伤可能导致神经病理性疼痛期间 PAG 中谷氨酸能通路的功能减退 [94]。预防或逆转 PAG 中的神经可塑性可以在慢性疼痛条件下产生镇痛作用。钟等人。通过抑制 Homer1a(一种活性依赖性表达的细胞内相互作用分子)来防止神经性疼痛的慢性化。已知 Homer1a 可调节 mGluR5 活性 [95]，并且其在 SNL 后 PAG 中的转录水平增加。 shHomer1a 对 Homer1a 翻译的抑制减少了大鼠的机械性异常性疼痛。值得注意的是，Homer1a的这种调节特别影响神经性疼痛的晚期阶段，并且这种镇痛作用持续很长时间。他们还表明，将 mGluR1/5 激动剂 3,5-二羟基苯基甘氨酸 (DHPG) 注入PAG 可对SNL 引起的机械性异常性疼痛产生镇痛作用[91]。胡等人。表明将 NR2B 拮抗剂 Ro 25-6981 显微注射到 PAG中可抑制CFA 诱导的炎症性疼痛大鼠双侧热痛觉过敏。金丝桃苷是一种从杜鹃花中分离的黄酮类化合物，在 CFA后抑制 PAG 中含有 NR2B 的NMDA 受体的上调，并在注射CFA 的小鼠中产生镇痛作用 [92]。何等人。据报道，将毛喉素显微注射到 vlPAG中可减轻 SNL 诱导的大鼠机械性异常性疼痛，表明 PAG 中 AC-cAMP-PKA 信号的激活可通过谷氨酸能突触可塑性导致镇痛作用[94]。因字数限制，内容未完点击：查看剩下文章内容（总结、参考、图表）怎么在线翻译图片?文档翻译免费丨pdf整篇自动翻译免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：mdpi

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　　SARS-CoV-2 只是我们星球上数以百万计的病毒之一，科学家们正在迅速识别大量新物种。 病毒有各种形状和大小，例如巨型拟菌病毒(右上)和月球着陆器形状的噬菌体(中)。图片来源：假色电子显微照片(不同比例)。顶行 L-R：天花病毒;Acidianus瓶状病毒;多食棘阿米巴拟虫病毒。中间行 L-R：狂犬病病毒;T4噬菌体;轮状病毒。底行 L-R：埃博拉病毒;烟草脆裂病毒;HIV-2。声压级;M. Häring等人。/ J. 维罗尔。; E. Ghigo等人。/ PLOS 病原体。; Frederick A. Murphy/CDC GlobalMya Breitbart 在非洲白蚁丘、南极海豹和来自红海的水中捕获了新型病毒。但要达到高薪，她只需要走进她在佛罗里达州的后花园。在她的游泳池周围挂着多刺的圆蛛(Gasteracantha cancriformis)——引人注目的蜘蛛，身体呈球状，白色的身体，黑色的斑点和六个猩红色的尖刺，使它们看起来像一件中世纪的武器。对于圣彼得堡南佛罗里达大学的病毒生态学家 Breitbart 来说，更引人注目的是里面的东西。当她和她的同事收集了几只蜘蛛并将它们磨碎后，他们发现了两种以前科学上未知的病毒1。尽管自 2020 年初以来，我们人类一直专注于一种特别讨厌的病毒，但仍有大量其他病毒等待被发现。科学家估计，在任何给定时间，仅海洋中就有大约 10 31 个单独的病毒颗粒——是已知宇宙中估计恒星数量的 100 亿倍。　　越来越明显的是，生态系统和生物体依赖于病毒。微小但强大，它们通过在宿主之间穿梭基因推动了数百万年的进化。在海洋中，它们将微生物切开，将其内容物倒入海中，并用营养物质淹没食物网。“没有病毒，”加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的病毒学家 Curtis Suttle 说，“我们就不会活着。”　　国际病毒分类委员会 (ICTV) 仅列出了 9,110 个已命名物种，但这显然只是总数中的一小部分。部分原因是，过去对病毒进行正式分类需要科学家在其宿主或宿主细胞中培养病毒——即使不是不可能，也是一个耗时的过程。这也是因为搜索偏向于导致人类或我们关心的生物体疾病的病毒，例如农场动物和农作物。然而，正如 COVID-19 大流行提醒我们的那样，了解可能从一个宿主跳到另一个宿主、威胁我们、我们的动物或我们的庄稼的病毒很重要。　　　在过去十年中，由于发现病毒的技术进步，加上最近对新物种识别规则的改变，已知和命名病毒的数量呈爆炸式增长，允许命名而无需培养病毒和宿主。最具影响力的技术之一是宏基因组学，它允许研究人员在环境中对基因组进行采样，而无需培养单个病毒。较新的技术，例如单病毒测序，正在将更多病毒添加到列表中，其中包括一些非常常见但直到现在仍然隐藏的病毒。Breitbart 说，现在是进行此类研究的激动人心的时刻。“我认为，在很多方面，现在是病毒组的时代。”　　仅在 2020 年，ICTV 就在其官方名单中增加了 1,044 个物种，还有数千个物种等待描述和命名。基因组的这种增殖促使病毒学家重新思考他们对病毒进行分类的方式并帮助阐明它们的进化。有强有力的证据表明病毒多次出现，而不是从单一来源萌芽。　　即便如此，位于马里兰州德特里克堡的美国国家过敏和传染病研究所的病毒学家 Jens Kuhn 说，病毒世界的真实范围仍然大部分是未知的。“我们真的完全不知道外面有什么。”　　在这里，那里，无处不在　　所有病毒都有两个共同点：每个病毒都将其基因组包裹在一个基于蛋白质的外壳中，每个病毒都依赖其宿主——无论是人、蜘蛛还是植物——来自我繁殖。但除此之外，还有无穷无尽的变化。　　有只有两个或三个基因的微小圆环病毒，以及比某些细菌还大并携带数百个基因的大型拟菌病毒。有一些看起来像月球着陆器的噬菌体会感染细菌，当然，还有世界现在非常熟悉的杀手尖球。有些病毒将其基因存储为 DNA，而其他病毒则使用 RNA;甚至还有一种噬菌体使用另一种遗传字母表，用不同的分子替换标准 ACGT 系统中的化学碱基 A，命名为 Z。　　 　　对多刺圆蛛的研究发现了两种科学以前未知的病毒。图片来源：Scott Leslie/Minden Pictures/Alamy　　病毒无处不在，即使科学家不寻找它们，它们也会出现。Frederik Schulz 在仔细研究废水中的基因组序列时并不打算研究病毒。作为维也纳大学的研究生，2015 年，他正在使用宏基因组学来寻找细菌。这涉及从整个生物体混合物中分离 DNA，将其切成小块并对其进行测序。然后计算机程序将这些位组装成单独的基因组;这就像解决数百个拼图的拼图一样。　　在细菌基因组中，舒尔茨不禁注意到一个巨大的病毒基因组——很明显，因为它携带了病毒外壳的基因——具有惊人的 157 万个碱基对2。结果证明它是一种巨型病毒，属于一个成员在基因组大小和绝对大小(通常为 200 纳米或更大)方面都很大的群体的一部分。这些病毒感染变形虫、藻类和其他原生生物，使它们能够影响水生和陆地生态系统。　　 　　Schulz 现在是加州伯克利美国能源部联合基因组研究所的微生物学家，决定在宏基因组数据集中搜索相关病毒。2020 年，在一篇论文3 中，他和他的同事描述了来自包含巨型病毒的群体的 2,000 多个基因组;在此之前，只有 205 个这样的基因组被存放在公共数据库中。　　病毒学家还向内寻找新物种。病毒生物信息学家 Luis Camarillo-Guerrero 与英国欣克斯顿 Wellcome Sanger 研究所的同事合作，分析了来自人类肠道的宏基因组，并建立了一个包含 140,000 多种噬菌体的数据库。其中一半以上是科学上的新手。他们的研究4于 2 月发表，与其他人的发现相吻合，即感染我们肠道细菌的最常见病毒之一是称为 crAssphage(以 2014 年发现它的交叉组装软件命名)。现在在英国剑桥的 DNA 测序公司 Illumina 工作的 Camarillo-Guerrero 说，尽管它很丰富，但人们对它如何为我们的微生物组做出贡献知之甚少。　　宏基因组学发现了大量病毒，但它也忽略了许多病毒。RNA 病毒不在典型的宏基因组中测序，因此爱尔兰科克大学的微生物学家 Colin Hill 和他的同事在称为宏转录组的 RNA 数据库中寻找它们。科学家通常使用这些数据来了解群体中的基因，这些基因正在积极地转化为信使 RNA 以制造蛋白质，但 RNA 病毒基因组也可能出现。该团队使用计算技术从数据中提取序列，在来自污泥和水样的元转录组中发现了 1,015 个病毒基因组5。再一次，他们用一篇论文大量增加了已知病毒的数量。　　 　　在变形虫中发现的巨型图潘病毒超过 1,000 纳米长，拥有已知病毒中最大的一组蛋白质编码基因。图片来源：J. Abrahão等人/Nature Commun。　　尽管这些技术可能会意外地组装出不真实的基因组，但研究人员有质量控制技术来防止这种情况发生。但还有其他盲点。例如，成员非常多样化的病毒物种很难找到，因为计算机程序很难将不同的序列拼凑在一起。　　另一种方法是一次对一个病毒基因组进行测序，正如西班牙阿利坎特大学的微生物学家 Manuel Martinez-Garcia 所做的那样。他决定尝试通过分拣机将海水滴入分离出单个病毒，扩增它们的 DNA，然后进行测序。　　在他的第一次尝试中，他发现了 44 个基因组。结果证明其中一种代表了海洋中最丰富的病毒6。这种病毒是如此多样化——它的基因拼图从一个病毒颗粒到另一个病毒颗粒如此不同——以至于它的基因组从未出现在宏基因组学研究中。该团队将其命名为 37-F6，因为它位于最初的实验室培养皿上，但 Martinez-Garcia 开玩笑说，鉴于它能够隐藏在显眼的地方，它应该以虚构的超级间谍詹姆斯邦德的名字命名为 007。　　病毒家谱　　海洋病毒的詹姆斯邦德没有正式的拉丁物种名称，在过去十年中宏基因组学发现的数千个病毒基因组中的大多数也是如此。这些序列让 ICTV 陷入两难境地：基因组足以命名病毒吗?直到 2016 年，向 ICTV 提出新病毒或分类群需要科学家培养该病毒及其宿主，极少数例外。但那一年，经过一场有争议但亲切的辩论，病毒学家一致认为一个基因组就足够了7。　　关于新病毒和新病毒组的提议蜂拥而至(参见“加入家族”)。但这些病毒之间的进化关系往往不清楚。病毒学家通常根据病毒的形状(长而细，或者有尾巴的头)或它们的基因组(DNA 或 RNA，单链或双链)对病毒进行分类，但令人惊讶的是，这几乎没有说明共享的祖先。例如，具有双链 DNA 基因组的病毒似乎至少出现在四个不同的场合。　　 　　资料来源：ICTV　　最初的 ICTV 病毒分类与细胞生命树完全分开，只包括进化层次的较低层次，从物种和属到目级别——相当于灵长类动物或在分类中具有锥体的树的层次多细胞生命。没有更高的水平。许多病毒家族单独漂浮，与其他类型的病毒没有联系。因此，在 2018 年，ICTV 添加了更高级别的级别：类、门和界8。　　在最顶端，它发明了“领域”，旨在作为细胞生命“领域”——细菌、古细菌和真核生物——的对应物——但使用不同的词来区分这两种树。(几年前，一些科学家提出某些病毒可能适合基于细胞的进化树，但这种想法并未获得广泛支持。)　　ICTV 勾勒出树的分支，并将基于 RNA 的病毒归入一个名为Riboviria的领域。SARS-CoV-2 和其他具有单链 RNA 基因组的冠状病毒是该领域的一部分。但随后由更广泛的病毒学家社区提出进一步的分类群。碰巧的是，位于马里兰州贝塞斯达的国家生物技术信息中心的进化生物学家尤金·库宁组建了一个团队来分析所有病毒基因组，以及对病毒蛋白质的最新研究，以创建分类学初稿9 .　　他们重组了Riboviria并提出了另外三个领域(参见“病毒领域”)。Koonin 说，在细节上存在一些争论，但 ICTV 成员在 2020 年顺利批准了分类法。另外两个领域在 2021 年获得了批准，但最初的四个领域可能仍然是最大的领域，他说。最终，Koonin 推测，这些领域可能多达 25 个。　　 　　资料来源：ICTV(talk.ictvonline.org/taxonomy);ICTV冠状病毒科研究组。自然微生物。 5 , 536–544 (2020)　　这个数字支持了许多科学家的怀疑，即病毒种类没有一个共同的祖先。“所有病毒都没有单一的根源，”Koonin 说。“它根本不存在。” 这意味着病毒可能在地球生命史上出现过多次——而且没有理由认为这种出现不会再次发生。“新病毒的从头起源，它仍在进行中，”巴黎巴斯德研究所的病毒学家 Mart Krupovic 说，他参与了 ICTV 的决定和 Koonin 的分类学团队。　　至于这些领域是如何产生的，病毒学家有几个想法。也许它们在地球上生命诞生之初，甚至在细胞形成之前就来自独立的遗传元素。也许它们是从整个细胞中逃脱或“转移”的，放弃了大部分细胞机制，以过上最低限度的生活方式。Koonin 和 Krupovic 支持一种混合假设，即那些原始遗传元件从细胞生命中窃取基因来构建它们的病毒颗粒。库恩说，因为病毒有多种起源，它们的起源可能有多种方式，库恩说，他还曾在 ICTV 委员会任职并参与过新的分类学提案。　　因此，虽然生命的病毒树和细胞树是不同的，但枝条相互接触，基因在两者之间传递。病毒是否算作“活着”取决于您对生命的个人定义。许多研究人员不认为它们是生物，但其他人不同意。“我倾向于相信它们是活的，”日本京都大学研究病毒的生物信息学家 Hiroyuki Ogata 说。“它们在进化，它们拥有由 DNA 和 RNA 组成的遗传物质，它们在所有生命的进化中都非常重要。”　　目前的分类被广泛认为只是第一次尝试，一些病毒学家说这有点混乱。许多家庭仍然缺乏与任何领域的联系。Martinez-Garcia 说：“好的一点是，我们正试图在混乱中整理一些秩序。”　　世界改变者　　地球上病毒的总质量相当于 7500 万头蓝鲸的质量，科学家们确信它们对食物网、生态系统甚至地球大气产生了影响。哥伦布俄亥俄州立大学环境病毒学家马修沙利文说，新病毒的加速发现“揭示了病毒直接影响生态系统的新方式的分水岭”。但科学家们仍在努力量化它们的影响有多大。　　“目前我们这里没有一个非常简单的故事，”Ogata 说。在海洋中，病毒可以从它们的微生物宿主中爆发出来，释放出碳供其他人回收利用，它们吃掉宿主的内脏，然后产生二氧化碳。但是，最近，科学家们也开始意识到，爆裂的细胞经常聚集在一起并沉入海底，将碳从大气中隔离。　　 　　从瑞典 Stordalen Mire 解冻的永久冻土中收集的病毒基因组具有有助于分解和释放碳的基因。信用：鲍勃吉本斯/阿拉米　　沙利文说，在陆地上，融化的永久冻土是碳的主要来源，病毒似乎有助于该环境中微生物的碳释放。2018 年，他和他的同事描述了从瑞典永久冻土融化中收集的 1,907 个病毒基因组和片段，包括可能影响碳化合物如何分解并可能成为温室气体10 的蛋白质基因。　　病毒还可以通过搅动其他生物的基因组来影响其他生物。例如，当病毒将抗生素抗性基因从一种细菌转移到另一种细菌时，耐药菌株可以接管。Camarillo-Guerrero 说，随着时间的推移，这种转移可以在种群中产生重大的进化转变。不仅仅是在细菌中——估计有 8% 的人类 DNA 来自病毒。例如，我们的哺乳动物祖先从病毒中获得了胎盘发育所必需的基因。　　对于有关病毒生活方式的许多问题，科学家们需要的不仅仅是基因组。他们需要找到病毒的宿主。病毒本身可能带有线索：例如，它可能在自己的基因组中携带一些可识别的宿主遗传物质。　　Martinez-Garcia 和他的同事使用单细胞基因组学来鉴定包含新发现的 37-F6 病毒的微生物。宿主也是海洋中最丰富和多样化的生物之一，一种被称为Pelagibacter 11的细菌。在某些水域中，Pelagibacter占现有细胞的一半。Martinez-Garcia 说，如果只是这种病毒突然消失，海洋生物就会失去平衡。　　德国基尔 GEOMAR 亥姆霍兹海洋研究中心的进化生态学家亚历山德拉·沃登 (Alexandra Worden) 表示，要了解病毒的全面影响，科学家们需要弄清楚它是如何改变宿主的。她正在研究携带称为视紫质的光捕获蛋白基因的巨型病毒。从理论上讲，这些基因可能对宿主有用——用于能量转移或信号传递等目的——但序列无法证实这一点。为了找出这些视紫质基因发生了什么，沃登计划将宿主和病毒一起培养，并研究这对组合在“病毒细胞”状态下的功能。“细胞生物学是唯一可以说明真正作用是什么，这如何真正影响碳循环的方法，”她说。　　回到佛罗里达，布赖特巴特还没有培养她的蜘蛛病毒，但她对它们有了更多了解。这对病毒属于 Breitbart 称之为令人难以置信的一类病毒，因为它们微小的圆形基因组仅编码一个用于蛋白质外壳的基因和一个用于复制蛋白质的基因。其中一种病毒只存在于蜘蛛的身体中，而不是它的腿中，所以她认为它实际上感染了蜘蛛吃的某种生物。另一种病毒存在于蜘蛛的整个身体，以及它的卵和小蜘蛛中，因此她认为它是从父母传给后代12。就 Breitbart 而言，这似乎并没有对他们造成任何伤害。　　对于病毒，“发现它们实际上是容易的部分”，她说。区分病毒如何影响宿主生命周期和生态要棘手得多。但首先，病毒学家必须回答最棘手的问题之一，Breitbart 说：“你如何选择要研究的问题?” 点击查看：更多生物学分类文章使用文档翻译功能什么是全文翻译?一键翻译pdf文档、翻译word文档怎么在线翻译图片?　免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。　　来源于：nature

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