圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠看到其他小鼠抓撓時(shí)，它們的大腦中就會(huì)激活一種通路。研究人員此前報(bào)告稱(chēng)，看到其他小鼠撓癢后，想要撓癢的沖動(dòng)在大腦中是固有的。現(xiàn)在他們發(fā)現(xiàn)，這種所謂的“傳染性瘙癢”是通過(guò)一種視覺(jué)通路控制的，令人驚訝的是，這一通路獨(dú)立于大腦中處理視覺(jué)信息的視覺(jué)皮層。

這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了對(duì)瘙癢誘因的理解，并最終可能為緩解人類(lèi)瘙癢相關(guān)癥狀提供解決方案。這項(xiàng)工作還提供了更多的證據(jù)，證明視網(wǎng)膜上一些以前與視覺(jué)無(wú)關(guān)的細(xì)胞實(shí)際上可以幫助我們看東西。

這項(xiàng)新研究發(fā)表在10月4日的《細(xì)胞報(bào)告》雜志上。

華盛頓大學(xué)瘙癢與感覺(jué)障礙研究中心主任、首席研究員 Zhou-Feng Chen博士說(shuō):“這種傳染性瘙癢——這是小鼠的一種反射反應(yīng)，就像梳理毛發(fā)一樣——一定對(duì)生存很重要�！薄拔覀�?nèi)祟?lèi)也會(huì)經(jīng)歷傳染性瘙癢，但我們發(fā)現(xiàn)，小鼠的這種瘙癢是通過(guò)一種通路控制的，而這種通路未知與‘看到’東西有關(guān)。”這可能意味著這種模仿抓撓的行為是一種古老的保護(hù)行為�！�

通過(guò)禁用視覺(jué)皮層的技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，即使是沒(méi)有視覺(jué)皮層功能的小鼠，當(dāng)它遇到另一只做同樣事情的小鼠時(shí)，也會(huì)抓撓。

在一系列詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)中，陳的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其他小鼠抓撓時(shí)，反應(yīng)需要小鼠眼睛視網(wǎng)膜上的一組特殊細(xì)胞。這些細(xì)胞被稱(chēng)為內(nèi)在光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(ipRGC)，連接到視交叉上核，這是大腦中一個(gè)微小的區(qū)域，負(fù)責(zé)控制晝夜節(jié)律，觸發(fā)撓癢級(jí)聯(lián)反應(yīng)的激活。2017年，同一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠在觀看其他小鼠抓撓的視頻后開(kāi)始抓撓時(shí)，視交叉上核高度活躍。

他解釋說(shuō):“如果你刪除攜帶ipRGCs信號(hào)的特定神經(jīng)肽，不管視覺(jué)皮層是否完好，小鼠都不會(huì)抓癢。”“沒(méi)有視覺(jué)皮層功能的小鼠能夠檢測(cè)到這種抓撓動(dòng)作，所以它們抓撓。這種行為似乎與它們的生存有關(guān)。”

他將這種現(xiàn)象比作青蛙捕捉昆蟲(chóng)作為食物。青蛙的大腦中沒(méi)有視覺(jué)皮層，但它們的眼睛對(duì)運(yùn)動(dòng)非常敏感。當(dāng)昆蟲(chóng)以某種模式或方向飛行時(shí)，它們能分辨出來(lái)，然后伸出舌頭捕捉并吃掉它。陳認(rèn)為，小鼠的傳染性瘙癢反應(yīng)也發(fā)生了類(lèi)似的情況。

“我們發(fā)現(xiàn)ipRGCs和大腦視交叉上核中的一些細(xì)胞對(duì)小鼠的抓撓動(dòng)作非常敏感，”他說(shuō)。“我們?nèi)祟?lèi)看到別人撓癢時(shí)也會(huì)感到癢，看到別人打哈欠時(shí)也會(huì)打哈欠，但目前尚不清楚這種反射對(duì)我們是否有任何用處�！痹谌祟�(lèi)中，傳染性瘙癢的途徑可能與我們?cè)谛∈笾锌吹降牟煌�。人�?lèi)的反應(yīng)很可能需要視覺(jué)皮層。但在人類(lèi)中，傳染性瘙癢可能只是進(jìn)化的產(chǎn)物。你必須回到動(dòng)物身上，比如這些小鼠，來(lái)了解為什么這些類(lèi)型的行為可能曾經(jīng)或可能仍然對(duì)生存很重要�！�

他說(shuō)，也許，因?yàn)樾∈笫且剐袆?dòng)物，而且經(jīng)常在黑暗的地方活動(dòng)，所以對(duì)它們來(lái)說(shuō)，了解它們活動(dòng)的區(qū)域是否充滿(mǎn)了昆蟲(chóng)，比如蚊子，可能是很重要的。由于小鼠的視力不好，它們知道這一點(diǎn)的方法之一是觀察其他小鼠在做什么。如果附近的小鼠開(kāi)始抓癢，這可能是一個(gè)警告信號(hào)，表明叮咬蚊子或其他昆蟲(chóng)正在聚集。

“你最好現(xiàn)在就抓，免得蚊子也咬你，”他說(shuō)�！斑@種傳染行為在動(dòng)物世界中很普遍�！�

為了進(jìn)一步了解在這些實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的視覺(jué)通路對(duì)生存的重要性，陳的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在研究沒(méi)有視覺(jué)皮層功能的小鼠對(duì)其他類(lèi)型刺激的反應(yīng)。

這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)立關(guān)節(jié)炎、肌肉骨骼和皮膚病研究所、美國(guó)國(guó)立神經(jīng)紊亂和中風(fēng)研究所以及美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)的國(guó)家藥物濫用研究所的支持。授權(quán)號(hào)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

作者簡(jiǎn)介：

（陳宙峰博士，圖片來(lái)自陳宙峰博士）

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 

chenz@wustl.edu

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.