text: EMBO Reports︱南通大学高永静/张志军团队揭示脊髓多巴胺下行通路调控痒觉环路机制
  撰文︱高永静/张志军团队责编︱王思珍，方以一痒觉（itch）是能够诱导机体产生抓挠反射的躯体感觉，是包括人类在内的各种脊椎动物进化上保守的躯体感觉。急性痒引起的抓挠可以及时清除机体外部潜在的威胁（如蚊虫叮咬）等，作为一种警告信号，对机体具有保护作用。慢性痒包括组胺依赖性和非依赖性瘙痒，通常是多种皮肤疾病和系统性疾病的伴随症状，如银屑病、特应性皮炎、胆汁淤积症、尿毒症、糖尿病等。慢性痒诱导抓挠导致皮肤损伤并影响睡眠，严重降低患者的生活质量。在临床上，慢性痒通常难以治愈且容易复发，缺乏特异性临床治疗方案，提示慢性痒的发病机制复杂。因此，探究痒觉发生、传导和神经环路机制，可为慢性痒的治疗提供新的策略和方法[1]。脊髓背角（spinal dorsal horn，SDH）是感觉信息整合的低级中枢，其局部神经环路在多种痒觉信号（化学性和机械性）传导至脊髓上中枢前发挥了重要调控作用[2]。其中胃泌素释放肽（gastrin-releasing peptide，GRP）和胃泌素释放肽受体（gastrin-releasing peptide receptor，GRPR）神经元组成的通路被认为特异参与了痒觉的脊髓调控[3-6]。多巴胺（dopamine）在脑奖赏系统和痒觉脊髓上中枢中发挥广泛作用，脊髓中多巴胺主要来源间脑A11区，然而此多巴胺下行通路是否和如何调控脊髓痒觉信息传递还有待深入研究[7-9]。近日，南通大学特种医学研究院高永静教授团队和南通大学医学院张志军教授团队合作，在欧洲分子生物学学会会刊EMBO Reports上发表了题为“Descending dopaminergic pathway facilitates itch signal processing via activating spinal GRPR+ neurons”。揭示了脊髓多巴胺下行通路调控脊髓多巴胺受体D1（DRD1）神经元释放GRP和谷氨酸作用于脊髓GRPR神经元，从而易化了脊髓痒觉信号的传递；特异干预此下行通路有望治疗临床慢性痒。研究生邵寒雨、刘川、宋豪林为论文的共同第一作者。研究者借助Cre/Loxp和Flpo/FRT双重组酶策略标记dopaminergicA11-SDH neurons，在TH-Cre小鼠SDH部位注射AAVretro-DIO-Flpo病毒，A11区注射AAV-fDIO-GCaMP6s病毒，配合光纤记录系统显示急慢性痒激活了dopaminergicA11-SDH neurons。化学遗传学特定抑制dopaminergicA11-SDH neurons能缓解急慢性痒行为；而兴奋dopaminergicA11-SDH neurons则增强了急慢性痒行为，但未诱导出自发性痒行为（图1）。这些结果表明dopaminergicA11-SDH neurons参与了脊髓痒觉信息的调节。为进一步明确脊髓多巴胺受体是否参与此下行通路的调控，研究者鞘内注射多巴胺受体特异激动剂和拮抗剂，结果显示多巴胺I型受体拮抗剂能缓解急慢性痒行为，并且激动剂能增强痒行为，但不能诱发自发痒行为；电生理结果显示激动剂能增加DRD1神经元兴奋性；光遗传学激活dopaminergicA11-SDH neurons神经末梢诱导脊髓DRD1神经元延迟性放电频率增加，不能诱发产生动作电位（图2）。这些结果表明脊髓多巴胺受体DRD1参与了多巴胺下行通路对痒信号的调节。在脊髓水平，研究团队借助病毒载体介导taCasp3在Drd1-Cre小鼠SDH部位过表达（AAV-DIO-taCasp3）以特异消除DRD1神经元，结果显示DRD1神经元凋亡减轻了急慢性痒行为，化学遗传特定抑制脊髓DRD1神经元也产生了相同效应；而化学遗传特定兴奋脊髓DRD1神经元则增加了急慢性痒行为，并且能诱发自发痒行为；病毒消除脊髓DRD1神经元缓解了A11-SDH 多巴胺下行投射易化的急慢性痒行为（图3）。结果提示脊髓DRD1神经元介导了脊髓多巴胺下行通路的痒易化作用。多重原位杂交和免疫荧光染色显示，DRD1神经元位于脊髓背角的II层，并且是兴奋性神经元。该研究用mGRASP技术在光镜水平检测突触形成情况（GRASP技术是一类通过绿色荧光蛋白标记突触联系的技术），检测到Drd1-Cre/Grpr-Flpo小鼠SDH部位绿色荧光蛋白GFP；光遗传结合电生理技术显示，光遗传兴奋脊髓DRD1神经元能诱导脊髓GRPR神经元产生兴奋性突触后电位（EPSPs）；灌流DNQX几乎阻断了光遗传兴奋脊髓DRD1神经元诱导的脊髓GRPR神经元兴奋性突触后电流（EPSCs）；TTX灌流也几乎阻断了此EPSCs，但4-AP能部分翻转TTX阻断的EPSCs（图4）。这些结果表明脊髓DRD1神经元和脊髓GRPR神经元（特定传递痒觉的神经元）有突触联系。研究团队运用原位杂交结合转基因小鼠检测到约70%DRD1神经元与GRP原位杂交探针共标，几乎不与GRPR探针共标；单细胞PCR技术检测也确定了70%DRD1神经元含有痒特异多肽GRP；行为学结合药理学方法显示GRPR位于DRD1的下游，并且运用GRPR阻断剂和非 NMDA 谷氨酸受体拮抗剂能减轻DRD1神经元诱导的痒行为（图5）。结果提示DRD1神经元释放的GRP和谷氨酸作用于GRPR神经元传递痒信号。文章结论与讨论，启发与展望该研究表明，脑A11区投射至脊髓背角的多巴胺神经元dopaminergicA11-SDH neurons在脊髓中下行作用于脊髓DRD1受体及DRD1兴奋性神经元，从而使DRD1神经元兴奋性在急慢性痒时增强；DRD1神经元可释放GRP和谷氨酸作用于脊髓GRPR神经元，并与其形成突触联系，进而调控脊髓部位痒信号传递（图6）。因此，下行的A11-SDH多巴胺通路对易化脊髓痒觉信号至关重要，操控此下行通路有助于临床慢性痒的缓解。本研究选用雄性小鼠作为研究对象，有研究报道显示雌性小鼠脊髓多巴胺下行纤维数量较少，此多巴胺下行通路对雌性小鼠脊髓痒觉信息传递调控作用还需进一步研究。原文链接：http://doi.org/10.15252/embr.202256098该研究受国家自然科学基金重点项目、面上项目以及江苏省自然科学基金等项目资助。通讯作者简介：高永静，神经生物学专业博士，博士生导师，二级教授，特种医学研究院/疼痛医学研究院院长，江苏特聘教授。1995年毕业于南通医学院临床医学专业，1999年获南通医学院人体解剖学硕士学位，2004年获得复旦大学神经生物学博士学位。2006年-2010年先后在美国圣路易斯华盛顿大学医学院和美国哈佛大学医学院留学。从事慢性疼痛的神经机制研究20余年，在SCI收录的期刊上发表论文90多篇，包括Journal of Clinical Investigation, Journal of Experimental Medicine, Nature Communication, PNAS, Journal of Neuroscience等国际权威期刊。发表的论文受到国际国内同行广泛引用，2014-2022年连续9年入选Elsevier中国被高引学者榜“神经科学”专业榜单，入选中国区神经科学领域全球前2%顶尖科学家年度影响力榜单。近年来主持多项国家自然科学基金重点和面上项目、江苏省自然科学基金项目等。先后入选教育部新世纪优秀人才支持计划、江苏省“333”工程第二层次人才、江苏特聘教授；获得教育部自然科学二等奖、江苏省科技进步三等奖、江苏省高校优秀科学创新团队带头人、江苏省十佳研究生导师提名奖、吴福-振华交通教育优秀教师奖、南通市教育系统五一巾帼标兵、南通市青年科技奖，南通市优秀科技工作者等。目前担任《Neuroscience Bulletin》副主编、《中国疼痛医学杂志》常务编委，中国神经科学会常务理事、胶质细胞分会理事、中国生理学会疼痛转化专业委员会候任主任委员、中华医学会疼痛学分会基础组委员会副组长、江苏省医学会疼痛学分会委员等学术职务，担任多种国际专业杂志审稿专家。H-index 42，https://orcid.org/0000-0002-7432-7458。通讯作者简介：张志军，三级教授、博士生导师、医学博士，DUKE UNIVERSITY (USA) 医学中心博士后、LA TROBE UNIVERSITY (AUSTRALIA)访问学者。江苏省“333”高层次人才，江苏省高校中青年学术带头人，江苏省高校优秀青年骨干教师，南通市“226”高层次人才。中国神经科学会神经胶质细胞分会委员，中国生理学会疼痛转化研究专业委员会委员，中国实验动物学会神经科学技术专业委员会委员，江苏省医学会疼痛学分会青年委员会委员。主持和参与国家自然科学基金面上项目6项以及多项江苏省自然科学基金项目。获省部级科技奖项2项。授权发明专利及实用新型专利4项。副主编和参编教材6部。发表高水平论文36篇。H-index 26，https://orcid.org/0000-0001-6996-8683。转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。参考文献（上下滑动查看）  1. Dong X, Dong X (2018) Peripheral and central mechanisms of itch. Neuron 98:482–4942. Koch SC, Acton D, Goulding M (2018) Spinal circuits for touch, pain, and itch. Annu Rev Physiol 80: 189–2173. Sun YG, Chen ZF (2007) A gastrin-releasing peptide receptor mediates the itch sensation in the spinal cord. Nature 448: 700–7034. Sun YG, Zhao ZQ, Meng XL, Yin J, Liu XY, Chen ZF (2009) Cellular basis of itch sensation. Science 325: 1531–15345. Albisetti GW, Pagani M, Platonova E, Hosli L, Johannssen HC, Fritschy JM, Wildner H, Zeilhofer HU (2019) Dorsal horn gastrin-releasing peptide expressing neurons transmit spinal itch but not pain signals. J Neurosci 39: 2238–22506. Pagani M, Albisetti GW, Sivakumar N, Wildner H, Santello M, Johannssen HC, Zeilhofer HU (2019) How gastrin-releasing peptide opens the spinal gate for itch. Neuron 103: 102–117.e57. Su XY, Chen M, Yuan Y, Li Y, Guo SS, Luo HQ, Huang C, Sun W, Li Y, Zhu MX et al (2019) Central processing of itch in the midbrain reward center. Neuron 102: e8558. Yuan L, Liang TY, Deng J, Sun YG (2018) Dynamics and functional role of dopaminergic neurons in the ventral tegmental area during itch processing. J Neurosci 38: 9856–98699. Liang TY, Zhou H, Sun YG (2022) Distinct roles of dopamine receptor subtypes in the nucleus accumbens during itch signal processing. J Neurosci 42: 8842–8854编辑︱王思珍本文完