OBiO动物实验操作规范化培训班
2019年11月1日-2日，和元上海将举办第二届《OBiO动物实验操作规范化培训班》，结合当下最热门的动物实验操作新技术，培训班将从动物实验思路设计、实验技术原理与操作等方面进行逐一讲解，点击上图查看详细日程。
痒觉是一种负面躯体感觉，可引起强烈的抓挠欲望。根据致痒源的不同，痒可分为化学痒和机械痒。从进化学与生理学角度讲，化学痒有助于我们去除有害的刺激，机械痒有利于我们驱除飞舞的蚊虫。但是，对于慢性痒患者，长期的抓挠会引起皮肤损伤、感染，带来异常的痛苦。因此，从根本上解析产生痒觉的诱因，对临床治疗慢性痒相关疾病至关重要。
近期，大量研究解析痒觉的外周机制及脊髓环路机制[1]，而对于大脑如何下行调控痒觉及其带来的负面情绪，我们知之甚少。脑功能成像研究显示，导水管周围灰质（Periaqueductal gray, PAG）可能参与痒觉的抑制过程[2]。其亚区腹外侧PAG（vlPAG）是介导镇痛效应的重要脑区[3]，但有关此脑区对痒觉的调控作用及其神经环路机制，我们未能知晓。
2019年9月25日，《Nature Communications》杂志在线刊登了华盛顿大学医学院Robert W. Gereau 研究组的最新重要工作[4]，他们发现vlPAG谷氨酸能神经元促进痒觉，vlPAG GABA能神经元抑制痒觉及痒觉相关负面情绪。这项研究揭示了中脑下行调控痒觉的神经环路机制，极大提高了人们在痒觉领域的认知。
图片来源：ResearchGate
为探究vlPAG是否参与痒觉引起的抓挠行为，作者在小鼠vlPAG双侧注射利多卡因以抑制vlPAG神经元与纤维末梢发放（图1a-b），发现氯喹（Chloroquine, CQ, 一种非组胺依赖型致痒剂）引起的抓挠行为显著减少（图1c-f）。然后，作者使用化学遗传学操控方法，在小鼠vlPAG双侧注射AAV-hM3Dq或AAV-hM4Di，发现化学激活vlPAG神经元减少CQ引起的抓挠行为，而化学抑制vlPAG神经元增加CQ引起的抓挠行为（图2）。利多卡因与hM4Di的抑制效应相反，此结果可能由利多卡因对vlPAG中投射纤维的抑制效应所致。
图2 化学遗传学操控vlPAG神经元双向调控痒觉行为痒觉是一种负面情绪，可引起厌恶感。为探究vlPAG神经元是否参与痒觉相关情绪，作者引入条件位置厌恶（CPA）范式，发现化学激活vlPAG神经元减少CQ相关痒觉引起的厌恶感（图3）。
3.vlPAG不同类型神经元在痒觉信号处理过程中的活性变化过去研究表明，vlPAG包含谷氨酸能和GABA能两类神经元[5]。为探究这两类神经元如何参与痒觉行为，作者使用光纤记录钙信号方法，在Vgat-Cre或Vglut2-Cre小鼠的vlPAG中注射AAV-DIO-GCaMP6s并植入光纤，发现CQ引起的抓挠行为激活vlPAG谷氨酸能神经元，抑制vlPAG GABA能神经元（图4a-i），而梳毛等其它行为并不影响vlPAG谷氨酸、GABA能神经元活性（图4j-m）。
图4 vlPAG不同类型神经元在痒觉信号处理过程中的活性变化4.vlPAG GABA神经元抑制痒觉及其相关情绪为进一步探究vlPAG GABA神经元的功能，作者在Vgat-Cre小鼠的vlPAG中注射AAV-DIO-hM3Dq或hM4Di，发现化学抑制vlPAG GABA神经元增加CQ引起的抓挠行为，而化学激活vlPAG GABA神经元减少CQ引起的抓挠行为以及干皮慢性痒模型引起的抓挠行为（图5）。然后，为探究vlPAG GABA神经元是否参与痒觉引起的负面情绪，作者再次引入CPA范式，发现化学激活vlPAG GABA神经元减少CQ相关痒觉引起的厌恶感（图6），表明vlPAG GABA神经元抑制痒觉的信号处理过程及其带来的厌恶感。
图5 vlPAG GABA神经元抑制急性痒与慢性痒
图6 vlPAG GABA神经元抑制痒觉相关厌恶感5.vlPAG GABA神经元抑制痒觉及其相关情绪为进一步探究vlPAG 谷氨酸神经元的功能，作者在Vglut2-Cre小鼠的vlPAG中注射AAV-DIO-hM3Dq或hM4Di，发现化学激活vlPAG谷氨酸能神经元增加CQ引起的抓挠行为，而化学抑制vlPAG谷氨酸能神经元减少CQ引起的抓挠行为以及干皮慢性痒模型引起的抓挠行为（图7）。同样地，为探究vlPAG谷氨酸神经元是否参与痒觉引起的负面情绪，作者引入CPA范式，发现化学抑制vlPAG谷氨酸能神经元并不影响CQ相关痒觉引起的厌恶感（图8），表明vlPAG谷氨酸能神经元促进痒觉的信号处理过程而不参与痒觉相关情绪。
图8 vlPAG谷氨酸能神经元不参与痒觉相关厌恶感6.vlPAG神经元经由脊髓下行调控痒觉信号处理过程最后，为探究vlPAG调控痒觉信号处理是否经由投射到脊髓的下行环路，作者皮内注射CQ同时化学操控vlPAG神经元，发现激活vlPAG神经元降低脊髓神经元的激活水平，而抑制vlPAG神经元提高脊髓神经元的激活水平（图9），表明投射到脊髓的下行环路参与vlPAG调控痒觉信号处理过程。
图9 vlPAG神经元经由脊髓下行调控痒觉信号处理过程痒觉是一种负面躯体感觉，可引起负面情绪。但究其相关脑区及其神经环路机制，我们知之甚少。本篇文章结合化学遗传学、钙信号光纤记录、药理学与行为学等方法，发现vlPAG中谷氨酸能神经元正向调控痒觉，GABA能神经元负向调控痒觉（图10）。此外，vlPAG GABA能还调控痒觉引起的负面情绪，而谷氨酸能神经元不参与。这项研究阐释了中脑处理痒觉信号的神经环路机制，为临床治疗慢性痒相关疾病提供有力支持！
图10 vlPAG总体、各类神经元对痛、痒觉的调控作用
●【Nat. Commun.】中山大学信文君教授团队最新研究发现CircAnks1a参与调控神经病理性疼痛的新机制
●【Nature子刊】分工明确！前额叶皮层介导吗啡成瘾的分子、环路机制
●J Pineal Res：不能承受之“重”，周舟课题组揭示褪黑素通过调控SERPINA3N依赖性神经炎症拮抗TMT引起神经毒性
●【Mol Psychiatry】师蕾/蒋斌课题组揭示自闭症易感基因DOCK4调控社交行为的分子及细胞机制
●【Nat. Neurosci.】您还在害怕社交吗？空军军医大学武胜昔研究组揭示社交恐惧的罪魁祸首！
●科学新发现：肝细胞癌转移新机制—YY1复合体结合QKI超级增强子促进HCC的EMT进程
●科学新发现：克服“全民焦虑症”！韩峰团队揭示调控焦虑行为的新机制
●【Neuron】痒并快乐着！徐天乐研究组揭示抓痒引起愉悦感的中枢神经环路机制
●Tau蛋白如何影响记忆？王建枝、刘恭平合作研究揭示阿尔茨海默病的潜在临床治疗靶点
●【Neuron】不只是害羞！浙大徐晗教授最新研究揭示社交恐惧的神经微环路机制
●【Science 重磅】如何唤醒沉睡的你
●【Science】除了觉醒，丘脑如何控制联合学习
●【Nature Neuroscience】重大突破：“出恭”是怎么控制的？
和元上海一直致力为神经科学研究提供整体研究方案，从标记、示踪、基因操作、生理操作到观察，提供病毒包装、动物模型构建、病理研究等一站式服务。用实际行动助力中国脑科学的发展！
本内容版权归和元上海所有
如需转载请在文章留言区申请转载
未经授权不得以转载或其他任何形式使用
1.Dong, X. and X. Dong, Peripheral and Central Mechanisms of Itch. Neuron, 2018. 98(3): p. 482-494.2.Papoiu, A.D., et al., Brain's reward circuits mediate itch relief. a functional MRI study of active scratching. PLoS One, 2013. 8(12): p. e82389.3.Fields, H., State-dependent opioid control of pain. Nat Rev Neurosci, 2004. 5(7): p. 565-75.4.Samineni, V.K., et al., Cell type-specific modulation of sensory and affective components of itch in the periaqueductal gray. Nat Commun, 2019. 10(1): p. 4356.5.Tovote, P., et al., Midbrain circuits for defensive behaviour. Nature, 2016. 534(7606): p. 206-12.