eLife | 李毓龙研究组与合作者报道胆汁淤积瘙痒的分子机制

2019年9月10日，北京大学生命科学学院李毓龙课题组与宾夕法尼亚大学罗文琴课题组合作在国际知名学术期刊eLife上发表了题为“MRGPRX4 is a bile acid receptor for human cholestatic itch”的研究论文，报道了肝病胆汁淤积瘙痒的分子机制。

肝病胆汁淤积患者常伴有瘙痒的症状，有些患者会经历难以忍受的瘙痒，严重影响正常的生活，甚至导致睡眠剥夺、情绪抑郁乃至自杀¹。然而，目前人胆汁淤积瘙痒的分子机理仍不清楚，临床上也尚无安全且有效的缓解此类瘙痒的药物或治疗方法。

为了探索人胆汁淤积瘙痒的分子机理，并为开发治疗慢性瘙痒的药物提供理论依据，李毓龙研究组筛选了在人体背根神经节（human dorsal root ganglia, hDRG）中富集表达的G蛋白偶联受体（GPCR），鉴定出了一个灵长类动物特有的胆汁酸受体MRGPRX4，并发现胆汁酸通过MRGPRX4介导胆汁淤积性瘙痒。此项研究发现MRGPRX4能够被一系列胆汁酸分子激活并引起兴奋性下游细胞信号，并且胆汁酸能在培养的表达MRGPRX4的DRG神经元中引起动作电位。原位杂交和免疫组化的结果表明，MRGPRX4表达于约 7% 的 hDRG神经元中，该群神经元同时表达已知的痒觉受体——组胺受体H1（histamine receptor H1, HRH1）。功能上，胆汁酸能够激活体外培养的一部分hDRG神经元，且与表达情况类似，该群神经元部分能被组胺激活。行为学上，皮下注射胆汁酸或MRGPRX4的非胆汁酸激动剂均可在健康受试者中引起明显的痒觉。临床上，肝病瘙痒患者血浆胆汁酸水平显著高于肝病非瘙痒患者，前者在瘙痒缓解后血浆胆汁酸水平显著降低；此外，肝病瘙痒患者血浆中胆汁酸浓度足以激活MRGPRX4，而健康人血浆中胆汁浓度不能激活MRGPRX4。这些证据表明胆汁酸和MRGPRX4分别是引起肝病胆汁淤积瘙痒的致痒剂和受体。

图1 胆汁淤积慢性瘙痒的分子机制

同时，李毓龙课题组还发现已知的胆汁酸受体TGR5（与MRGPRX4同属GPCR家族）在人中不参与胆汁酸引起的瘙痒。据报道，TGR5表达在小鼠DRG神经元中且介导胆汁酸引起的瘙痒^2,3。然而，本研究实验结果发现，TGR5特异的激动剂无法在健康受试者中引起明显的痒觉，也无法激活体外培养的hDRG神经元。原位杂交和免疫组化的结果表明，不同于小鼠TGR5表达在DRG神经元中，人TGR5表达在hDRG神经元周围的卫星神经胶质细胞中，而非hDRG神经元中。这些证据表明在人中，TGR5不直接介导胆汁酸引起的瘙痒，TGR5的表达和功能在小鼠和人之间存在物种差异。

本研究与最近发表的两篇文章互为补充^4,5，证明了胆汁酸受体MRGPRX4为介导人肝病胆汁淤积瘙痒的重要受体，为治疗这类瘙痒提供了可能的药物靶点。

北京大学生命科学学院李毓龙研究员以及宾夕法尼亚大学罗文琴教授为本文的通讯作者。李毓龙研究组博士生余华晟为本文的第一作者；赵天军，刘斯敏，庄子豪，彭陆鑫，武钦学等为此项研究成果做出了重要贡献。该工作的其他合作者还包括：北京大学化学与分子工程学院的雷晓光、邹鹏研究组；北京大学第一医院曾争、杨勇研究组；北京协和医院徐海峰研究组；中国科学院生物物理所王晓群研究组；北京大学第三医院孙建军研究组。本工作获得了北京大学膜生物学国家重点实验室、北大-清华生命科学联合中心、国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金对李毓龙研究组的大力支持。

参考文献

[1] Beuers, U., Kremer, A. E., Bolier, R. & Elferink, R. P. Pruritus in cholestasis: facts and fiction. Hepatology 60, 399-407, doi:10.1002/hep.26909 (2014).

[2] Alemi, F. et al. The TGR5 receptor mediates bile acid-induced itch and analgesia. J Clin Invest 123, 1513-1530, doi:10.1172/JCI64551 (2013).

[3] Lieu, T. et al. The bile acid receptor TGR5 activates the TRPA1 channel to induce itch in mice. Gastroenterology 147, 1417-1428, doi:10.1053/j.gastro.2014.08.042 (2014).

[4] Meixiong, J. et al. Identification of a bilirubin receptor that may mediate a component of cholestatic itch. Elife 8, doi:10.7554/eLife.44116 (2019).

[5] Meixiong, J., Vasavda, C., Snyder, S. H. & Dong, X. MRGPRX4 is a G protein-coupled receptor activated by bile acids that may contribute to cholestatic pruritus. Proc Natl Acad Sci U S A 116, 10525-10530, doi:10.1073/pnas.1903316116 (2019).

研究组介绍

李毓龙：

北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心，麦戈文脑研究所研究员

实验室研究领域:

人的大脑由数十亿的神经元组成，后者又通过数万亿的突触组成复杂的神经网络。不同种类的神经元经过或远或近的投射，通过突触与其他神经元进行信息交流，实现感知觉、决策和运动等高级神经功能。

研究大脑的最大挑战在于脑的高度复杂性。我们实验室集中在神经元通讯的基本结构突触上，从两个层面上开展研究：一是开发前沿的工具，即开发新型成像探针，用于在时间和空间尺度上解析神经系统的复杂功能；二是借助先进的工具探究突触传递的调节机制，特别是在生理及病理条件下对神经递质释放的调节。

具体而言，对于工具开发，我们集中于：

1-结合光遗传学和荧光成像，无损伤性的研究神经元之间的电突触连接。电突触的异常可导致耳聋、癫痫、脑部肿瘤和心脏功能异常等疾病。

2-开发可遗传编码的检测神经递质/调质的荧光探针。神经递质/调质是神经元化学突触传递的关键介导分子，与感知、学习和记忆以及情绪密切相关。

利用上述荧光探针，我们的功能性和生理性的研究集中于：

1-结合生物信息学、分析化学、生物化学、生理学和成像学方法，系统地探索和鉴定潜在的新型小分子神经递质。

2-研究神经元中重要的分泌性囊泡“高密度核心囊泡”的蛋白质组学，分析囊泡内的神经肽组成。这些神经肽对于调节食物摄取、侵犯性行为和生物节律有重要的调节作用。

3-寻找上述新型化学递质/调质小分子的对应受体，即寻找“孤儿”受体的配体。

4-结合双光子成像和可遗传编码的荧光探针，使用果蝇和小鼠作为模式生物，研究嗅觉传导或睡眠过程中脑的工作机制。

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