最新技术 | AIC → dBNST通路：瘙痒感知与情绪的共享神经机制

▲ 急性瘙痒刺激会引起小鼠的厌恶情绪

为了检验瘙痒的感知和情绪成分，研究团队向小鼠的后颈皮肤内注射了两种经典的瘙痒原，组胺和氯喹。正如预期的那样，这两种物质在30分钟内引起了强烈的搔抓行为，表明了组胺依赖性和非组胺依赖性瘙痒途径的激活。

为了调查瘙痒是否引发负面情绪，研究团队进行了与瘙痒相关的条件性位置厌恶（Conditioned place aversion, CPA）测试，这是评估与瘙痒相关的负面情绪的标准方法。小鼠经历了三天的条件化，将瘙痒原注射与一个舱室配对，将生理盐水注射与另一个舱室配对。在测试日，小鼠明显避开了与瘙痒配对的舱室。与条件化前相比，小鼠在组胺或氯喹配对的舱室中停留的时间显著减少。因此，瘙痒配对组的差异分数显著低于生理盐水组，表明组胺和氯喹引起的瘙痒均引发了厌恶情绪。

鉴于瘙痒感觉引起的厌恶情绪，研究团队进一步检查了厌恶情绪是否会反向加剧瘙痒感觉。小鼠被限制行动30分钟，这是一种已知能引起强烈厌恶情绪的程序，随后立即注射组胺。与未受限制的小鼠相比，注射组胺后受限制的小鼠的搔抓次数显著增加，表明厌恶情绪可能加剧了瘙痒感觉。综上所述，研究结果表明瘙痒的感觉和情绪成分之间存在相互影响。

▲ AIC兴奋性神经元被瘙痒刺激激活

为了调查AIC在瘙痒感觉和情绪中的参与，研究团队检查了瘙痒刺激后AIC中的神经元活动。组胺和氯喹注射显著增加了AIC神经元中c-Fos表达的双侧表达，表明AIC两侧神经元的活动增强。

为进一步描述瘙痒刺激期间AIC神经元的激活，研究团队将编码CaMKII启动子驱动GCaMP6s的腺相关病毒注射到AIC，并在小鼠瘙痒引发的搔抓过程中使用在体光纤光遗传记录系统监测AIC^Ext神经元中的Ca²⁺活动。在后颈皮肤内注射组胺或氯喹后，记录了荧光信号波动和小鼠的搔抓行为。

研究团队将AIC^Ext神经元的Ca²⁺信号与个别搔抓次数的开始对齐。在GCaMP6s表达的小鼠中，荧光信号在对组胺或氯喹引发的每次搔抓中显著增加。GCaMP6s表达的小鼠中的荧光信号的曲线下面积（Area under the curve, AUC）显著高于EYFP表达的对照小鼠。此外，AUC与搔抓行为的持续时间密切相关。这些结果表明AIC^Ext神经元被组胺依赖性和组胺非依赖性的瘙痒刺激激活。

研究团队进一步研究了AIC^Ext神经元是否可以被与瘙痒相关的厌恶激活。将编码CaMKII启动子驱动GCaMP6s的AAV注射到AIC中。3周后，小鼠在CPA测试中以组胺进行条件化。在体光遗传光纤记录显示，在进入与组胺配对的舱室时，相比于生理盐水注射的对照组，AICExt神经元的Ca²⁺信号显著增加。这些结果表明AIC^Ext神经元被与瘙痒相关的厌恶激活。总的来说，这些发现表明AIC^Ext神经元参与了瘙痒的感知和情绪两个方面。

▲ AIC^Ext神经元双向调节瘙痒感觉

鉴于瘙痒刺激引起了AIC^Ext神经元的激活，研究团队调查了它们在瘙痒感知中的直接参与。研究人员在AIC^Ext神经元中表达AAV-CaMKII-ChR2，并在AIC上方植入了光纤。蓝光光遗传激活显著增加了AIC^Ext神经元的放电率。然后在光遗传激活AIC^Ext神经元期间检查了搔抓行为。令人惊讶的是，AIC^Ext神经元的激活并没有引发自发性搔抓行为。

然后，研究团队探索了AIC^Ext神经元激活对瘙痒原诱导的搔抓的影响。在光遗传激活AIC^Ext神经元期间评估了组胺和氯喹引起的搔抓反应。结果表明，在蓝光刺激下，与对照组相比，表达ChR2的小鼠在组胺和氯喹刺激下的搔抓行为显著增加。这些结果表明AIC^Ext神经元的激活加剧了瘙痒原诱导的瘙痒感觉。

为进一步检验AIC在瘙痒感觉中的必要性，研究团队化学遗传地抑制了AIC^Ext神经元的活动，并评估了对组胺和氯喹的搔抓反应。AIC^Ext神经元被感染了编码神经抑制剂DREADD hM4Di的病毒。电生理记录表明，氯硝西泮有效地降低了AIC^Ext神经元的动作电位。值得注意的是，与mCherry组相比，化学遗传抑制AIC^Ext神经元显著减少了组胺和氯喹诱导的搔抓行为，总搔抓次数和频率均显著减少。值得注意的是，这种减少搔抓行为并不是由于运动活动减少造成的，这表现在hM4Di表达和mCherry表达的小鼠之间总距离和中央时间相当。这些结果共同表明，抑制AIC^Ext神经元可以减轻瘙痒原诱导的瘙痒感觉。

▲ 瘙痒引起的厌恶情绪是AIC激活所必需的

鉴于AIC连接到与情绪和动机相关的大脑区域并参与情绪体验，研究团队进一步探究AIC是否参与负面情绪。将AAV-CaMKII-ChR2注射到AIC中的小鼠，并使其接受实时地点偏好（Real-time place preference, RTPP）测试。在RTPP测试中，当小鼠进入一个灯亮舱室时，AIC^Ext神经元的光遗传激活发生，进入灯灭舱室时则关闭。通过对舱室停留时间和偏好的分析，评估了AIC^Ext神经元激活对厌恶情绪的影响。表达ChR2的小鼠在灯亮舱室中停留时间显著少于在灯灭舱室中的时间，而对照小鼠在两个舱室中停留时间相当。因此，灯亮舱室的偏好分数在表达ChR2的小鼠中显著低于表达mCherry的小鼠，表明AIC^Ext神经元的激活引发了厌恶情绪。

激活AIC^Ext神经元对于瘙痒诱导的厌恶是否必要呢？为了回答这个问题，研究团队将AAV-CaMKII-eNpHR3.0-EYFP注射到AIC中，并进行了与瘙痒原相关的CPA测试。在条件化过程中，当小鼠进入与组胺或氯喹配对的舱室时，黄光被打开以光遗传抑制AIC神经元。研究发现，在测试日，表达EYFP的小鼠在组胺配对的舱室中停留时间明显较短，表明组胺的厌恶效应。然而，表达eNpHR的小鼠在每个舱室中停留时间相当，其差异分数比表达EYFP的小鼠更高。这些结果表明AIC^Ext神经元的抑制抑制了瘙痒诱导的厌恶。在氯喹的CPA测试中也观察到了类似的结果。因此，AIC^Ext神经元的激活对于与瘙痒相关的厌恶至关重要。

▲ AIC^Ext神经元投射到dBNST中的GABAergic神经元

团队继续研究AIC调节瘙痒感觉和情绪的神经回路机制。研究人员将轴突标记为带有膜结合的绿色荧光蛋白（mGFP），将假定的突触前小结标记为突触素-mRuby。荧光分布分析显示AIC^Ext神经元向皮质和皮质下脑区域广泛投射，包括桥旁核（PBN）、腹侧被盖区（VTA）、杏仁核外侧核（BLA）、杏仁核中央核（CeA）、伏隔核（NAc）和dBNST。

为了确定参与瘙痒感觉和情绪的AIC下游靶标，研究团队消除了AIC^Ext神经元，并评估了瘙痒刺激期间AIC下游区域的神经元活动，假设在消除AIC^Ext神经元后，AIC下游靶标的活动将显著降低。将AAV-Flex-taCasp3-TEVp和AAV-CaMKII-Cre-GFP注射到AIC中，3周后AIC^Ext神经元数量减少48%。然后研究人员进行了组胺刺激后的c-Fos染色。在AIC下游靶标中，只有dBNST在消除AIC^Ext神经元后显示出显著的c-Fos水平降低，表明AIC → dBNST通路可能介导了AIC对瘙痒感觉和情绪的影响。

▲ 瘙痒刺激激活AIC→dBNST通路

接下来团队研究了AIC → dBNST通路是否被瘙痒刺激激活。通过将单突触逆行转运病毒AAV2-retro-hSyn-cre-mCherry注射到dBNST中，将Cre依赖的AAV-DIO-GCaMP6s传递到AIC中，并在AIC上方植入光纤，研究人员使用在体光遗传光纤记录系统监测了dBNST投射的AIC神经元的Ca²⁺活动。将Ca²⁺信号与组胺或氯喹诱发的搔抓开始对齐，研究者观察到在GCaMP6s表达的小鼠中，dBNST投射的AIC神经元在搔抓过程中Ca²⁺信号显著增加。无论来自哪个组，GCaMP6s表达的小鼠的Ca²⁺信号的曲线下面积（AUC）均显著高于EYFP表达的小鼠，并且与搔抓行为的持续时间密切相关。这些发现表明AIC → dBNST通路被组胺依赖性和氯喹非依赖性的瘙痒刺激激活。

▲ 激活AIC→dBNST通路是瘙痒感知和情绪所必需的

最后，烟酒谈对评估了AIC → dBNST通路在瘙痒感觉和情绪中的重要性。通过向dBNST注射逆向Cre病毒和向AIC注射AAV-hSyn-DIO hM4Di，研究人员通过CNO给药对dBNST投射的AIC神经元进行化学遗传抑制。显著地，化学遗传抑制显著减少了组胺和氯喹诱导的搔抓。在hM4Di表达的小鼠中，CNO处理也逆转了在CPA测试中停留在组胺或氯喹配对舱室中的时间减少。hM4Di表达的小鼠的差异分数显著高于mCherry表达的小鼠。

此外，研究团队通过在AIC中表达向前Cre和在dBNST中表达依赖Cre的hM4Di来化学遗传地抑制了AIC投射的dBNST神经元的活动。这种抑制也显著减少了组胺和氯喹引发的搔抓行为，并逆转了CPA测试中组胺和氯喹诱导的厌恶。综上所述，这些结果表明AIC → dBNST通路的激活对于瘙痒感觉和情绪至关重要。

这项研究报告了前岛叶皮质（AIC）被组胺依赖和非依赖性瘙痒刺激激活。AIC的激活引发厌恶情绪，并加剧瘙痒源诱发的瘙痒感和厌恶。在机械上，AIC兴奋性神经元投射到终纹床核（dBNST）中的GABA能神经元。操纵AIC → dBNST通路的活动影响瘙痒感和瘙痒诱发的厌恶。研究发现了瘙痒感和厌恶的共享神经回路——AIC → dBNST通路，突出了AIC作为瘙痒加工的中心枢纽的关键作用，并提供了一个框架来理解感觉和情绪相互作用的神经机制。

领脑科技将持续为您

跟进业界最新技术与资讯，

下期见。

往期精彩内容