研究揭示多巴胺系統參與癢覺信息處理的調控機制

9月29日，《神經科學雜誌》期刊在線發表了題為《中腦腹側被蓋區多巴胺能神經元在癢覺處理中的活動及功能》的研究論文，該研究由中國科學院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室孫衍剛研究組完成。通過利用在體光纖記錄、多通道電生理記錄和光遺傳操控等技術手段，該研究發現中腦腹側被蓋區多巴胺能神經元在抓癢開始後主要表現出興奮性增強，而且該興奮性反應對於抓癢動作的持續進行是必要的。該研究揭示了多巴胺系統參與癢覺信息處理的調控機制，為深入研究慢性癢的治療干預方法提供了新的視角。

癢覺可以引起搔抓動作，而在慢性癢病人中過度的抓撓動作會導致嚴重的皮膚損傷。了解癢覺調控的大腦機制對於治療慢性瘙癢具有重要意義。神經調質系統對包括癢覺在內的很多感覺信息處理具有重要調控作用。以往的研究表明，用藥理學的方法系統性地操控多巴胺的1型或2型受體，會影響嚙齒類和靈長類動物的抓撓行為。然而，多巴胺能神經元在抓癢過程中的具體活動變化及功能目前還不清楚。

為了實時監測抓癢過程中中腦腹側被蓋區多巴胺能神經元的活動變化，孫衍剛研究組在記錄小鼠抓癢行為的同時通過在體光纖記錄的方法同步記錄多巴胺能神經元的群體活動。研究人員發現，多巴胺能神經元群體在抓癢開始後被顯著地興奮。為了進一步確定單個多巴胺能神經元的反應，研究者通過結合在體電生理記錄和光遺傳學激活鑒定出單個多巴胺能神經元，並同步記錄其活動和動物抓癢行為。結果表明，大部分多巴胺能神經元表現出興奮性的反應，同時部分神經元則被抑制。為了驗證多巴胺能神經元的興奮性變化在維持抓癢動作中的作用，研究者使用光遺傳學手段特異性地在抓癢動作開始後抑制多巴胺能神經元。這導致了抓癢動作持續時間的顯著縮短，該結果表明多巴胺能神經元的興奮性增強對於抓撓動作的持續是必要的。為了進一步探究多巴胺能神經元調控癢覺的神經環路基礎，研究人員同步記錄了下游伏隔核內多巴胺能纖維的活動和抓癢行為。研究結果發現伏隔核外側殼內多巴胺纖維的激活程度最大，表明該區域內的多巴胺投射可能參與了癢覺信息的調控。

該研究中，孫衍剛研究組成功揭示了中腦腹側被蓋區內多巴胺能神經元在癢覺引發的抓撓行為中的活動變化，揭示了該活動對於抓撓動作持續的必要性。該工作加深了人們對神經調質系統調控癢覺信息機制的理解，為深入研究治療慢性癢的方法奠定了基礎。

圖註：（A）病毒注射、光纖埋植（左）及同步記錄多巴胺能神經元群體活動和抓撓行為示意圖（右）。標記的區域：VTA，中腦腹側被蓋區。（B）氯喹引起的抓撓開始後VTA中多巴胺能神經元表達的GCaMP6s熒光亮度增加，而EYFP亮度沒有變化，表明抓撓開始後多巴胺能神經元活動增強。（C）在體記錄鑒定出的光激活的多巴胺能神經元自發動作電位和光誘發的動作電位波形相似。（D）多巴胺能神經元在抓癢開始後的活動變化。（E）抓癢動作開始後抑制多巴胺能神經元顯著縮短了抓撓時間。

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