陈宙峰教授：为什么挠痒痒会传染？

研究人员在小鼠的大脑中发现了一种通路，当小鼠看到其他小鼠抓挠时，这种通路就会被激活，令人惊讶的是，这种通路并不涉及大脑的视觉皮层。

　　

圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员发现，当小鼠看到其他小鼠抓挠时，它们的大脑中就会激活一种通路。研究人员此前报告称，看到其他小鼠挠痒后，想要挠痒的冲动在大脑中是固有的。现在他们发现，这种所谓的“传染性瘙痒”是通过一种视觉通路控制的，令人惊讶的是，这一通路独立于大脑中处理视觉信息的视觉皮层。

这项新发现促进了对瘙痒诱因的理解，并最终可能为缓解人类瘙痒相关症状提供解决方案。这项工作还提供了更多的证据，证明视网膜上一些以前与视觉无关的细胞实际上可以帮助我们看东西。

这项新研究发表在10月4日的《细胞报告》杂志上。

华盛顿大学瘙痒与感觉障碍研究中心主任、首席研究员 Zhou-Feng Chen博士说:“这种传染性瘙痒——这是小鼠的一种反射反应，就像梳理毛发一样——一定对生存很重要。”“我们人类也会经历传染性瘙痒，但我们发现，小鼠的这种瘙痒是通过一种通路控制的，而这种通路未知与‘看到’东西有关。”这可能意味着这种模仿抓挠的行为是一种古老的保护行为。”

通过禁用视觉皮层的技术，研究人员发现，即使是没有视觉皮层功能的小鼠，当它遇到另一只做同样事情的小鼠时，也会抓挠。

在一系列详细的实验中，陈的团队发现，当其他小鼠抓挠时，反应需要小鼠眼睛视网膜上的一组特殊细胞。这些细胞被称为内在光敏视网膜神经节细胞(ipRGC)，连接到视交叉上核，这是大脑中一个微小的区域，负责控制昼夜节律，触发挠痒级联反应的激活。2017年，同一个研究团队发现，当小鼠在观看其他小鼠抓挠的视频后开始抓挠时，视交叉上核高度活跃。

他解释说:“如果你删除携带ipRGCs信号的特定神经肽，不管视觉皮层是否完好，小鼠都不会抓痒。”“没有视觉皮层功能的小鼠能够检测到这种抓挠动作，所以它们抓挠。这种行为似乎与它们的生存有关。”

他将这种现象比作青蛙捕捉昆虫作为食物。青蛙的大脑中没有视觉皮层，但它们的眼睛对运动非常敏感。当昆虫以某种模式或方向飞行时，它们能分辨出来，然后伸出舌头捕捉并吃掉它。陈认为，小鼠的传染性瘙痒反应也发生了类似的情况。

“我们发现ipRGCs和大脑视交叉上核中的一些细胞对小鼠的抓挠动作非常敏感，”他说。“我们人类看到别人挠痒时也会感到痒，看到别人打哈欠时也会打哈欠，但目前尚不清楚这种反射对我们是否有任何用处。”在人类中，传染性瘙痒的途径可能与我们在小鼠中看到的不同。人类的反应很可能需要视觉皮层。但在人类中，传染性瘙痒可能只是进化的产物。你必须回到动物身上，比如这些小鼠，来了解为什么这些类型的行为可能曾经或可能仍然对生存很重要。”

他说，也许，因为小鼠是夜行动物，而且经常在黑暗的地方活动，所以对它们来说，了解它们活动的区域是否充满了昆虫，比如蚊子，可能是很重要的。由于小鼠的视力不好，它们知道这一点的方法之一是观察其他小鼠在做什么。如果附近的小鼠开始抓痒，这可能是一个警告信号，表明叮咬蚊子或其他昆虫正在聚集。

“你最好现在就抓，免得蚊子也咬你，”他说。“这种传染行为在动物世界中很普遍。”

为了进一步了解在这些实验中发现的视觉通路对生存的重要性，陈的团队现在正在研究没有视觉皮层功能的小鼠对其他类型刺激的反应。

这项工作得到了美国国立关节炎、肌肉骨骼和皮肤病研究所、美国国立神经紊乱和中风研究所以及美国国立卫生研究院(NIH)的国家药物滥用研究所的支持。授权号包括1R01 AR056318-06、R01 NS09344和R01 DA0377261-01A1。

Journal Reference:

1. Fang Gao et al. A non-canonical retina-ipRGCs-SCN-PVT visual pathway for mediating contagious itch behavior. Cell Reports, 2022 DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111444

作者简介：

（陈宙峰博士，图片来自陈宙峰博士）

Zhou-Feng Chen, Ph.D.
Associate Professor of Anesthesiology
Department of Anesthesiology
School of Medicine
Washington University Pain Center
St. Louis, U.S.A. 

B.S. in Virology and Molecular Biology (1983) 
Wuhan University, China 

Ph.D. in Genetics (1994) 
University of Texas Health Science Center, Houston 

Postdoctoral training (1994-2000) 
California Institute of Technology 

[e-mail]

Chen Lab Web Page
http://elysium.wustl.edu/ChenLab/

Our research is primarily focused on the following areas:

1) The molecular mechanisms underlying the assembly of the spinal dorsal horn circuitry. The dorsal spinal cord is a pivotal center for integrating and relaying signals such as pain, itch and temperature from the periphery to the brain. We have shown that several transcription factors including Drg11 and Lmx1b have important function in the development of the dorsal spinal cord. Using genome-wide dorsal/ventral differential screenings, we have identified other dorsal lamina-specific genes, and are employing both conventional and conditional knockout approaches to dissect their function in the dorsal spinal cord.

2) The molecular mechanisms underlying the development of the central 5-HT system and the role of the 5-HT system in animal behaviors. Serotonin (5-HT) is a key neurotransmitter implicated in numerous psychiatric and pathological disorders including pain, depression, aggression and anxiety. We have identified Lmx1b as a critical gene for the development of all central 5-HT neurons. Using a cre/loxP approach, we have generated a line of mice in which Lmx1b is deleted only in neurons expressing Pet1, a central 5-HT-specific transcription factor. These mutant mice lack the central 5-HT system but show normal locomotive activity, and can be used as a unique animal model for studying the role of central 5-HT neurons in behaviors as well as the mechanism of action of some antidepressants. 

3) The molecular mechanisms underlying the itch sensation. Chronic itch, like chronic pain, affects human welfare. Itch and pain are intimately related, and may share similar peripheral and central mechanisms. We have identified a gene called gastrin-releasing peptide receptor in the spinal cord. Interestingly, we found that GRPR is required for relaying itch signals, but not pain signals. This suggests that there exists an itch-specific molecular pathway in the central nervous system. In addition, we want to know how the itch sensation is modulated by descending pathways. We are also interested in examining the relationship between pain and itch, which often exert opposing effects on animals.
Our multidisciplinary approach may reveal potential sites of drug actions on central pain and itch pathways and may aid in the new pharmacological strategies for pain and itch relief.