2022年8月10日，江門市新會區威信高技術科學研究所（以下(xià)簡稱廣東省智能院）張旭院士實驗室（軀體(tǐ)感覺神經網絡研究組）與李昌林研究員(yuán)實驗室（軀體(tǐ)感覺神經系統發育與疾病研究組）在國際權威學術期刊《美國科學院院報》（Proceeding of the National Academy of Sciences）在線發表題爲“Distinct neural networks derived from galanin-containing nociceptors and neurotensin-expressing pruriceptors”的研究論文。該研究利用單純疱疹病毒（HSV，Herpes simplex virus）神經示蹤技術，實現了從初級感覺神經元到大(dà)腦感覺皮層的整體(tǐ)神經網絡标記，發現了傳遞痛覺和癢覺神經元大(dà)腦神經網絡的差異，并進一(yī)步揭示了差異核團與痛覺和癢覺傳遞的相關性。
痛覺和癢覺是兩種截然不同的感覺，但都起到保護機體(tǐ)免受傷害的作用。痛覺由環境中(zhōng)的傷害性刺激引發，導緻動物(wù)的避讓行爲；癢覺由緻癢源激發，引起動物(wù)的抓撓欲望。參與編碼痛覺和癢覺的大(dà)腦神經網絡是否相同，目前尚不十分(fēn)清楚。研究人員(yuán)首先建立了HSV順行跨多級神經元的示蹤方法，利用免疫抑制劑增強了HSV在小(xiǎo)鼠神經系統内的感染，成功實現了從特定類群背根節（DRG, Dorsal root ganglia）神經元到初級感覺皮層的軀體(tǐ)感覺神經網絡的熒光标記，從而可以對痛覺和癢覺相關的軀體(tǐ)感覺神經網絡的異同進行研究。
表達甘丙肽（Gal，Galanin）的DRG神經元是一(yī)種傷害性感受器，表達神經降壓素（Nts，Neurotensin）的DRG神經元是一(yī)種癢覺感受器，它們具有相似的末梢結構，共用脊髓丘腦束将痛覺或癢覺傳遞至初級感覺皮層，卻分(fēn)别編碼痛覺和癢覺，引發截然不同的行爲反應。利用重組HSV示蹤技術，研究人員(yuán)對Gal陽性（Gal+）DRG神經元和Nts陽性（Nts+）DRG神經元的下(xià)遊神經網絡進行了示蹤。通過全腦掃描、三維重構和腦圖譜比對，完成了對兩類神經網絡的定量分(fēn)析。研究人員(yuán)發現，全腦有近1/3核團參與到這兩類神經網絡，其中(zhōng)近半數核團在兩類神經網絡中(zhōng)的标記水平存在差異。在上行傳導通路中(zhōng)，脊髓延髓束同時參與Gal+傷害性感受器和Nst+癢覺感受器的下(xià)遊神經網絡。兩類神經網絡中(zhōng)，病毒标記中(zhōng)腦導水管周圍灰質（PAG, periaqueductal gray matter）的神經元數量相當，但亞核團分(fēn)布卻不盡相同。在運動系統中(zhōng)，控制軀體(tǐ)運動的初級運動皮層（M1，Primary motor cortex）和紅核（RN，Red nucleus）在Gal+傷害性感受器下(xià)遊神經網絡中(zhōng)的标記水平較高，而參與情感運動系統的孤束核（NST，Nucleus of the solitary tract）和迷走神經背側運動核（DMX，Dorsal motor nucleus of vagus nerve）則在Nts+癢覺感受器下(xià)遊神經網絡中(zhōng)的标記水平較高。
研究人員(yuán)進一(yī)步用c-Fos實驗驗證了傷害性熱刺激能激活RN的神經元，而組胺誘導癢刺激能激活NST/DMX的神經元。用化學遺傳學方法抑制RN的活性降低了動物(wù)對傷害性熱刺激的敏感性，而抑制NST/DMX的活性則減少了注射組胺後動物(wù)的抓撓行爲。以上結果揭示了Gal+傷害性感受器和Nts+癢覺感受器的下(xià)遊神經網絡核團分(fēn)别在傳遞痛覺或癢覺中(zhōng)的作用。
綜上所述，該研究建立了基于HSV的順行跨多級神經網絡示蹤方法，系統地比較了痛覺和癢覺相關軀體(tǐ)感覺神經網絡的異同，揭示了大(dà)腦區分(fēn)痛覺和癢覺信息的神經環路機制。
Gal+傷害性感受器和Nts+癢覺感受器下(xià)遊神經網絡的異同
廣東省智能院陳琰副研究員(yuán)、中(zhōng)國科學院腦科學與智能技術卓越創新中(zhōng)心博士研究生(shēng)宋玉冉、中(zhōng)國科學院深圳先進技術研究院王華東博士爲本文共同第一(yī)作者，廣東省智能院的張旭院士和李昌林研究員(yuán)爲論文的共同通訊作者，廣東省智能院爲第一(yī)通訊單位。該項工(gōng)作得到了中(zhōng)國科學院深圳先進技術研究院徐富強研究員(yuán)團隊、華中(zhōng)科技大(dà)學蘇州腦空間信息研究院李安安教授和龔輝教授團隊、中(zhōng)國科學院上海高等研究院研究團隊的合作和支持，并獲得廣東省科技廳、國家自然科學基金委、中(zhōng)國科學院、中(zhōng)國醫學科學院和上海市科委等多個項目的支持。
文章鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2118501119
