作者發(fā)現(xiàn)了一條從吻側(cè)前扣帶皮層錐體神經(jīng)元（rACC^Py）到中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)GABA能神經(jīng)元（PAG^GABA）的興奮性下行神經(jīng)環(huán)路，在瘙癢抑制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在瘙癢誘發(fā)抓撓行為期間，被標(biāo)記為“瘙癢相關(guān)”的rACC^Pych神經(jīng)元活動(dòng)顯著降低。人為激活該神經(jīng)環(huán)路會(huì)顯著削弱瘙癢反應(yīng)，而抑制該環(huán)路則會(huì)增強(qiáng)瘙癢反應(yīng)。因此，作者鑒定出一條興奮性神經(jīng)環(huán)路在瘙癢的下行調(diào)控中起著至關(guān)重要的抑制作用，提示該環(huán)路可能成為治療瘙癢的潛在靶點(diǎn)。

圖一 rACCPy神經(jīng)元亞群通過活動(dòng)抑制調(diào)控瘙癢行為

研究發(fā)現(xiàn)，rACC中有一群特定的神經(jīng)元（rACC^Py）在抑制瘙癢中起關(guān)鍵作用。由于只有部分rACC^Py神經(jīng)元在瘙癢時(shí)被激活，作者利用c-Fos Tet-Off系統(tǒng)特異性標(biāo)記了這些“瘙癢響應(yīng)”神經(jīng)元，并記錄它們的活動(dòng)。

結(jié)果顯示：無論用哪種致癢劑（如5-HT、compound 48/80或氯喹）誘發(fā)抓撓行為，這些被標(biāo)記的rACC^Py神經(jīng)元的鈣信號(hào)都顯著下降，說明它們的活動(dòng)減弱與抓撓行為直接相關(guān)。

這表明，這群特定的rACC^Py神經(jīng)元可能通過“降低興奮性”來參與瘙癢調(diào)控，進(jìn)一步支持rACC整體在抑制瘙癢中的作用。

圖二 化學(xué)遺傳學(xué)重新激活瘙癢標(biāo)記的rACCPy神經(jīng)元可抑制瘙癢處理

接下來，作者探究了瘙癢標(biāo)記的rACC^Py神經(jīng)元是否也在瘙癢處理中發(fā)揮重要的抑制作用。

為探究被瘙癢激活的rACC^Py神經(jīng)元是否具有功能性抑制作用，研究人員利用c-Fos Tet-Off系統(tǒng)在大鼠雙側(cè)rACC中特異性地在“瘙癢標(biāo)記”神經(jīng)元中表達(dá)hM3Dq-mCherry或僅表達(dá)mCherry作為對(duì)照。在停用強(qiáng)力霉素后，通過面頰注射5-HT誘發(fā)瘙癢，使這些神經(jīng)元被標(biāo)記并表達(dá)相應(yīng)蛋白。隨后給予CNO以激活hM3Dq，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：重新激活這群原本在瘙癢時(shí)活動(dòng)下降的神經(jīng)元，可顯著減少由5-HT、compound 48/80和氯喹三種不同致癢劑誘發(fā)的抓撓發(fā)作次數(shù)及總抓撓時(shí)間。而在未給予CNO時(shí)，hM3Dq組與對(duì)照組無差異，排除了受體表達(dá)本身的影響。

為進(jìn)一步驗(yàn)證，研究者通過化學(xué)遺傳抑制這些神經(jīng)元后，抓撓行為顯著增強(qiáng)；同樣，在無CNO條件下，兩組行為無差別。

這些雙向操控實(shí)驗(yàn)一致表明：這群在瘙癢過程中被特異性激活（并隨后抑制）的rACC^Py神經(jīng)元并非被動(dòng)響應(yīng)瘙癢，而是主動(dòng)發(fā)揮抑制性調(diào)控作用，活動(dòng)增強(qiáng)可緩解瘙癢，活動(dòng)減弱則加劇瘙癢。

圖三 化學(xué)遺傳學(xué)激活瘙癢標(biāo)記的投射至PAG的rACCPy神經(jīng)元可抑制瘙癢

為探究rACCPy→PAG環(huán)路是否參與瘙癢抑制，研究人員采用化學(xué)遺傳學(xué)方法進(jìn)行雙向操控。  

首先，他們特異性激活這一通路：在rACC注射Cre依賴的hM3Dq病毒，同時(shí)在PAG注射逆行性Cre病毒，使僅投射到PAG的rACC^Py神經(jīng)元表達(dá)興奮性受體。激活后，無論在頸背部還是面頰瘙癢模型中，由5-HT、compound 48/80或氯喹誘發(fā)的抓撓行為均顯著減少。反之，當(dāng)選擇性抑制該通路時(shí)，抓撓行為明顯加重。  

更重要的是，作者進(jìn)一步聚焦于真正被瘙癢激活的那部分rACC^Py→PAG神經(jīng)元（即“瘙癢標(biāo)記”亞群）。通過c-Fos依賴系統(tǒng)，僅讓這群細(xì)胞表達(dá)hM3Dq或hM4Di。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：重新激活它們可強(qiáng)力抑制多種致癢劑引起的抓撓，而抑制它們則加劇抓撓；且在不給予CNO時(shí)，各組無差異，排除非特異性效應(yīng)。  

這些結(jié)果表明：并非所有rACC^Py→PAG神經(jīng)元都參與調(diào)控，而是其中被瘙癢特異性招募的亞群發(fā)揮關(guān)鍵抑制作用。該環(huán)路構(gòu)成了大腦下行抑制瘙癢的重要通路，為理解慢性瘙癢的中樞機(jī)制和開發(fā)靶向干預(yù)策略提供了新靶點(diǎn)。

圖四 化學(xué)遺傳學(xué)激活rACCPy神經(jīng)元所支配的PAG GABA能神經(jīng)元可抑制瘙癢處理

研究發(fā)現(xiàn)，瘙癢標(biāo)記的rACCPy神經(jīng)元通過激活PAG中的GABA能神經(jīng)元來抑制瘙癢。為驗(yàn)證這一機(jī)制，作者利用跨突觸病毒追蹤結(jié)合化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)，特異性操控被rACCPy支配的PAG GABA能神經(jīng)元。

結(jié)果顯示：激活這些PAG ^GABA能神經(jīng)元后，無論在頸背部還是面頰瘙癢模型中，由5-HT、compound 48/80或氯喹誘發(fā)的抓撓行為均顯著減少；抑制它們則導(dǎo)致抓撓明顯加重。

這表明，rACC^Py并非直接抑制瘙癢，而是通過rACC^Py → PAG^GABA能神經(jīng)元這一下行通路發(fā)揮抑制作用，該環(huán)路的激活可有效“踩下瘙癢的剎車”，而其功能減弱則會(huì)加劇瘙癢反應(yīng)。

圖五 全文摘要圖

總結(jié)

作者證實(shí)了rACC^Py→PAG ^GABA神經(jīng)環(huán)路在瘙癢的下行調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵的抑制作用。rACC^Py神經(jīng)元興奮性的增強(qiáng)可激活下游的抑制性PAG ^GABA能神經(jīng)元，進(jìn)而抑制下游的PAG谷氨酸能神經(jīng)元，從而有效抑制瘙癢誘發(fā)的抓撓行為。這些發(fā)現(xiàn)為更全面、深入地理解瘙癢的中樞調(diào)控機(jī)制提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和新的視角，同時(shí)也為尋找潛在的治療靶點(diǎn)以及開發(fā)針對(duì)瘙癢的新型藥物和治療方法奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

• 文章來源：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.115062

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