「伤口愈合时为什么痒？」Cell子刊教你做细胞交互研究！

大家一定有过这样的感受，在伤口愈合结痂时会感觉到发痒，有的人认为是因为在“长肉”，有的人认为是因为新生的神经相较为敏感，这些想法似乎都有一定的道理，但背后的生物学机制似乎还不太清楚。

最近，Cell子刊Immunity发表了NIH陈万军团队题为The Cytokine TGF-β Induces Interleukin-31 Expression from Dermal Dendritic Cells to Activate Sensory Neurons and Stimulate Wound Itching的研究，他们发现伤口愈合时的瘙痒竟然是由于真皮2型树突状细胞（cDC2s）分泌白介素-31（IL-31），进而作用于神经细胞引起瘙痒。

这篇文章不仅从生物学机制的角度满足了大家的好奇心，它的免疫细胞-神经细胞的细胞交互作用研究的思路也是很值得大家学习的，明年申请国自然时套上这一思路，档次是不是瞬间就上来了！

1. 研究思路

1）差异分析找到核心分子——IL-31

• 找到关键分子

首先，作者通过监测病人（病人自我评估）和小鼠模型（搔抓反应）中急性伤口愈合引起的瘙痒情况，来确定皮肤伤口愈合期间瘙痒反应的进展，结果发现在伤口愈合第5天瘙痒达到了高峰。为了研究在伤口愈合过程中是否存在导致瘙痒的可溶性因子，作者在伤口愈合前和愈合过程中多次收集组织并进行RNA-seq实验，最终锁定IL-31作为皮肤切口后诱发瘙痒的候选因子。进一步的qPCR和ELISA结果也证实IL-31在整个创面愈合过程中表达增加，并在切口后第5天达到高峰。

• 关键分子表型验证

在筛选得到关键分子IL-31后，需要进一步验证IL-31可以引起我们研究的表型。如果IL-31与伤口愈合过程中的瘙痒反应有关，那么给予额外的IL-31应该会进一步增强这些反应，而去除IL-31将会削弱这些反应。

作者进一步的实验发现，额外注射IL-31的小鼠比未注射IL-31的小鼠表现出更多的抓挠，而敲除IL-31的小鼠的抓挠则显著低于野生型小鼠。这些结果表明IL-31确实是导致伤口愈合过程中瘙痒反应的关键分子。

2）下游细胞研究——IL-31到哪里去？（IL-31如何作用于神经细胞引起瘙痒）

锁定关键分子并确认于表型的关系后，接下来就要做IL-31引起瘙痒的分子机制了。既然是做瘙痒，首先想到的就是IL-31是否会直接作用于神经细胞呢？结合前期的文献报道，作者使用RT-PCR比较了在切口后5天和基线期间，支配伤口部位的背根神经节（DRGs）中与信号转导相关分子的基因表达情况，结果发现感觉神经元在愈合过程中Il31ra、Trpv1和Nppb的表达上调，进一步的实验发现IL-31单独处理足以诱导Trpv1、Il31ra和nppb表达的上调。此外，IL-31处理24小时可增强辣椒素刺激的DRGs神经元的钙内流。这些结果提示IL-31可能增加感觉神经元中关键信号转导分子的表达，并使这些神经敏感。

那么，IL-31又是通过什么机制增加这些分子的表达的呢？

前期文章表明IL-31通过作用于IL-31ra受体，进而通过Jak1介导的通路诱导基因表达和神经活动的改变。所以作者进一步探索了DRG神经元中IL-31对Stat蛋白的调控作用，结果表明IL-31可以诱导Stat3的磷酸化，而Stat3抑制剂S31-201可以阻断IL-31诱导的表型，提示IL-31通过激活Stat3蛋白发挥作用。

3）上游细胞研究——IL-31从哪儿来？（IL-31由什么细胞分泌，为何分泌）

• 锁定树突状细胞

研究完IL-31是如何影响下游神经细胞引起瘙痒的机制，还剩最后一个问题没有解决——伤口愈合过程中IL-31从何而来？

首先作者发现T细胞和B细胞不是IL-31的主要来源，随后作者进一步分析伤口皮肤中的CD3-非T细胞时，结果发现树突状细胞（DCs）与巨噬细胞、粒细胞和肥大细胞相比，Il31表达水平更高。如果DCs是伤口中IL-31的主要来源，则在伤口愈合过程中减少皮肤中的DCs应可缓解瘙痒。作者构建了一种cDCs的耗竭小鼠模型，结果发现这些小鼠在伤口愈合过程中没有表现出更多的瘙痒行为，提示DCs是IL-31的主要来源。

• 锁定树突状细胞的亚型

本来工作做到这里已经很复杂了，作者还要进一步确定是哪个DCs亚型表达IL-31。作者对郎格汉斯细胞（LCs）、1型cDCs（cDC1s）、cDC2s和巨噬细胞进行了分选，发现其中cDC2s的Il31表达水平最高。作者分别构建了剔除DCs、LCs、巨噬细胞的小鼠模型，发现只有剔除了DCs的小鼠在伤口愈合时搔抓行为减少。此外，作者从第5天的伤口或正常皮肤中纯化cDC2s，并将其注射到未受伤的受体小鼠体内，结果发现伤口部位来源的cDC2s增加了小鼠的搔抓行为，而来源于正常皮肤或Il31敲除小鼠伤口部位的cDC2s却不会带来这一变化。这些结果证明真皮层的DCs是产生IL-31的主要来源。

• 找到诱导真皮cDC2s发生改变的因素

因为健康皮肤中的cDC2s的IL-31表达水平较低，所以作者还进一步探究了伤口中导致cDC2s中IL-31表达升高的原因。据报道，细胞因子IL-1β、IL-6、IL-17a、TGF-β1和TNF-α是在调节创伤修复中发挥重要作用，作者检测了这些细胞因子对真皮cDC2s中IL-31表达的诱导作用。结果发现TGF-β1可通过其经典通路显著诱导皮肤cDC2s中的Il31表达。

2. 全文总结

这篇文章证实了伤口愈合过程中产生的细胞因子TGF-β1可诱导真皮树突状细胞IL-31的表达，IL-31可激活感觉神经元，进而诱发创面瘙痒。通过识别这一神经免疫通路并确定该过程涉及的关键机制，该研究确定了在伤口愈合期间发生瘙痒的潜在治疗靶标。

这篇文章机制上为细胞交互研究，全文思路清晰，论证完整，值得我们模仿学习。细胞交互机制是机制研究中最复杂的一类，学会这一研究模式，会为我们的课题设计增添不少光彩，希望能对大家有所启发，来年申请国自然时不妨试一试这一思路！

3. 参考文献

https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(20)30278-8

如果您或者科室有科研上的困扰

扫码备注：科研思路探讨