急性痒是一种很神秘又很有意思的感觉。既能让人产生挠抓欲望的一种不是很不愉快的感觉,挠痒的过程又让人产生很大的快感。急性痒可以提醒动物防备蚊子害虫的等侵犯。痒觉的信号输入传导首先由外周的皮肤细胞接收,然后传到初级感觉神经元,再传到脊髓的中间神经元,再由脊髓的投射神经元传到大脑,来指挥挠痒的行为,这些神经冲动的信号,是由神经细胞内的神经递质来完成。
年,陈宙峰实验室的孙衍刚博士发现在初级或背根神神经元(DRG)表达的胃泌素释放肽(GRP)是痒的特异神经递质,可以激活表达在脊髓背角受体GRPR的中间神经元来传递非组胺依赖痒的信息。,陈宙峰课题组又发现脊髓的GRPR神经元负责传递所有痒觉信息的传导,证明了痒觉有自己的信号传导通路。这些发现开辟了一个崭新的痒觉研究领域,也吸引了很多研究者从其它领域加入到痒觉的研究。但是由于GRP在DRG的表达较低,而其mRNA在脊髓的表达很强,关于GRP的作用部位引起很大争议。过去几年,有多个研究组发表文章,证明脊髓背角里的GRP中间神经元在痒觉或痛觉里有重要作用,但因为所用的GENSAT的GRP-Cre转基因工具鼠在DRG不表达和在脊髓只有少量表达在GRP位点,这些研究有转基因小鼠非特异性表达带来的天生的缺陷,不构成令人信服的直接证据。
年3月13日,美国华盛顿大学痒觉研究中心陈宙峰课题组在NatureCommunications杂志上发表了题为Explorationofsensoryandspinalneuronsexpressinggastrin-releasingpeptideinitchandpain的重要论文。之前的研究发现是用全身敲除的GRP或GRPR小鼠,该研究组构建了一个可以专门在初级神经元条件性局部敲除的floxedGrp的小鼠,研究人员利用这个小鼠,在DRG中敲除GRP,而不影响GrpmRNA在脊髓或大脑的表达。小鼠行为结果证明,GRP在感觉神经元是专门负责非组胺痒觉信号传递的神经肽,而且和痛的传递无关。这些结果和全身敲除GRP或GRPR小鼠的结果一样,但是首次证明GRP是DRG里的痒特异性的神经递质。也回答了一个争议持久的问题。
接着,研究人员用基因打靶的方法在GRP的位点里敲入并表达可以复制GRP原位表达的Cre重组酶。这种新型的GrpCre-KI小鼠清楚地标记了GRP在外周皮肤和背根神经元的表达。这些表达和过去的原位杂交结果和免疫组化染色的结果是高度一致。重要的是,研究人员首次利用光遗传学方法和化学遗传的方法证明激活皮肤的GRP神经元的末梢纤维。研究发现这些激活会引起和瘙痒相关的搔挠行为。这也是第一次证明外周的GRP神经元是专门负责痒觉而不是痛觉信息的传递的神经元,这些发现就把痒的通路从皮肤到脊髓连接起来。
图示:A:GrpCre-KI小鼠里eGFP标记的GRP背根神经元。B:GrpCre-KI小鼠与tdTomatoflox(Ai14)小鼠交配,得到GRP神经元表达tdTomato(GrptdTom)的小鼠。免疫荧光染色发现GrptdTom在颈背皮肤的神经纤维表达(红色),并且和伤害性神经元的标记物降钙素基因相关肽(CGRP,绿色)有部分共表达。
重新组建的GrpCre-KI小鼠不仅在DRG而且在脊髓也忠实地复制了原位GRP的表达。利用复杂的脊髓特异性的敲除法,研究人员将脊髓的Grp神经元去除,研究发现并不影响小鼠痒和疼痛信号的传递,这也说明脊髓Grp神经元不可能表达大量GRP蛋白,证实了先前的结果。
文中大量使用遗传学工具小鼠,结合光遗传学、化学遗传,钙成像技术、形态学、分子生物学及行为学等方法,首次全方位地解析GRP在感觉神经元而不是脊髓传递痒觉信号,为加深理解真正痒的神经机制提供有力的证据。
参考文献:
1.Y.G.Sun,Z.F.Chen,Agastrin-releasingpeptidereceptormediatestheitchsensationinthespinalcord.Nature,-().
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5.D.M.Barryetal.,Criticalevaluationoftheexpressionofgastrin-releasingpeptideindorsalrootgangliaandspinalcord.MolPain12,().