Terahertz Wave Alleviates Comorbidity Anxiety in Pain by Reducing the Binding Capacity of Nanostructured Glutamate Molecules to GluA2

太赫兹辐射 共病 焦虑 谷氨酸受体 材料科学 医学 光电子学 精神科 内科学 受体
作者
Zihua Song,Yuankun Sun,Pan Liu,Hao Ruan,Yuanyuan He,Junkai Yin,Chun Ling Xiao,Jing Ma,Yun Yu,Shaomeng Wang,Yubin Gong,Lin Zheng,Zhi Zhang,Chao Chang,Maojun Yang
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:7 被引量:42
标识
DOI:10.34133/research.0535
摘要

Comorbid anxiety in chronic pain is clinically common, with a comorbidity rate of over 50%. The main treatments are based on pharmacological, interventional, and implantable approaches, which have limited efficacy and carry a risk of side effects. Here, we report a terahertz (THz, 10 12 Hz) wave stimulation (THS) technique, which exerts nonthermal, long-term modulatory effects on neuronal activity by reducing the binding between nano-sized glutamate molecules and GluA2, leading to the relief of pain and comorbid anxiety-like behaviors in mice. In mice with co-occurring anxiety and chronic pain induced by complete Freund’s adjuvant (CFA) injection, hyperactivity was observed in glutamatergic neurons in the anterior cingulate cortex (ACC Glu ). Using whole-cell recording in ACC slices, we demonstrated that THS (34 THz) effectively inhibited the excitability of ACC Glu . Moreover, molecular dynamics simulations showed that THS reduced the number of hydrogen bonds bound between glutamate molecules and GluA2. Furthermore, THS target to the ACC in CFA-treatment mice suppressed ACC Glu hyperactivity and, as a result, alleviated pain and anxiety-like behaviors. Consistently, inhibition of ACC Glu hyperactivity by chemogenetics mimics THS-induced antinociceptive and antianxiety behavior. Together, our study provides evidence for THS as an intervention technique for modulating neuronal activity and a viable clinical treatment strategy for pain and comorbid anxiety.
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