皮肤特化施旺细胞的结构及其在疼痛与瘙痒感受中的功能研究

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越来越多的研究表明神经胶质细胞在慢性疼痛的发生和维持过程中起重要作用。施旺细胞(Schwann cells,SCs)是外周神经系统的胶质细胞,主要功能是支持、营养并形成神经纤维的髓鞘;施旺细胞也参与慢性疼痛的发生。背根神经节(Dorsal root ganglion,DRG)中的初级感觉神经元在痛觉、痒觉等多种感觉信息的感受与调控中具有关键作用;DRG神经元A类神经纤维由髓鞘完全包裹,而C类神经纤维没有髓鞘。近期《Science》一项研究发现:在皮肤中存在一类特化的施旺细胞,能够参与调控C类神经纤维相关伤害性感觉信息的感知,被认为可能是新的痛觉感受器官。但是,这类皮肤特化施旺细胞所形成的三维结构并不清楚,其在慢性疼痛与瘙痒感受中的功能目前未知。本研究中,我们采用CUBIC(Clear,Unobstructed Brain/Body Imaging Cocktails and Computational analysis)组织透明化方法处理皮肤并进行3维重建,发现皮肤中的确存在特化的Plp1+施旺细胞。皮肤特化施旺细胞的胞体主要位于皮肤真皮-表皮交界区;彼此发出突起相互交织成网络状结构;也有许多突起延伸至表皮层,与A类或C类初级感觉神经纤维末梢形成紧密联系。光遗传学技术激活皮肤特化施旺细胞(Plp1-Ch R2),能够显著降低小鼠的机械痛阈值,并可诱导小鼠产生缩脚、甩脚、抬脚、舔脚等伤害性感受相关的反射性行为,但不产生跳跃、发声、位置逃避等涉及情感-动机的厌恶性情绪相关反应。而且,光激活皮肤特化施旺细胞所引起的行为学反应,明显弱于光激活C类神经纤维(SNS-Ch R2)引起的反应;利用药理学方式选择性阻断A类或C类神经纤维,均能显著抑制光激活皮肤特化施旺细胞引起的行为学反应。这些结果提示:皮肤特化施旺细胞可能通过影响DRG神经元的A类和C类神经纤维的兴奋性,参与调控伤害性感受相关的反射性行为。此外,我们利用几种典型的慢性疼痛模型,分析比较了皮肤特化施旺细胞的形态学与功能改变。我们发现:在CFA诱导的慢性炎性痛模型中,皮肤特化的Plp1+施旺细胞的形态和分布均未发生明显改变,光遗传学激活皮肤中特化的Plp1+施旺细胞引起的缩脚、甩脚、抬脚等行为学也未出现明显异常;在CCI诱导的神经病理性痛模型中,皮肤特化施旺细胞的形态和分布未出现明显异常,光遗传学激活皮肤特化施旺细胞引起的行为学反应略有增加;在紫杉醇(paclitaxel,PAX)诱导的化疗痛模型中,皮肤特化施旺细胞的形态和分布未出现明显异常,光激活皮肤施旺细胞引起的行为学反应略有降低;在STZ诱导的糖尿病性神经病理痛模型中,皮肤特化施旺细胞的分布明显减少,施旺细胞突起在表皮组织中的分布密度明显降低,而且光激活皮肤施旺细胞引起的行为学反应显著下降。这些实验结果表明:皮肤特化施旺细胞并非慢性疼痛发生和维持的关键调控者。本研究还发现,颈背部有毛皮肤中也存在特化的施旺细胞,胞体主要分布在真皮-表皮交界处,向表皮内发出细丝状突起,并与A类神经纤维和C类神经纤维末梢存在伴行情况。光遗传学激活或抑制皮肤特化的Plp1+施旺细胞不影响小鼠基础的自发痒和机械性痒行为。在急性化学性痒实验中,光激活皮肤特化施旺细胞可增强H2O2诱发的急性痒行为,光抑制这群细胞则可产生相反的效应;此外,光抑制皮肤特化施旺细胞能够显著缓解复合物48/80、氯喹引起的急性痒,并且显著抑制痒觉相关的脊髓背角神经元的激活。然而,在AEW(Acetone-Ether-Water)诱导的慢性痒模型中,皮肤特化施旺细胞的形态和分布均未发生明显改变,光激活皮肤特化施旺细胞也不改变AEW模型小鼠的触诱发痒及自发痒行为。综上所述,本研究主要获得如下结论:(1)皮肤中存在特化的施旺细胞,胞体主要位于真皮-表皮交界区,彼此发出突起交织成网状三维结构,许多突起延伸至表皮与A类或C类初级感觉神经末梢形成紧密联系;(2)激活皮肤特化施旺细胞能够产生伤害性感受相关的反射性行为,该行为依赖于A类和C类神经纤维的激活;(3)皮肤特化施旺细胞在慢性炎性痛和神经损伤、化疗、糖尿病引起的神经病理性痛的发生和维持中并未发挥关键调控作用;(4)有毛皮肤中特化施旺细胞参与介导组胺依赖性与非组胺依赖性急性瘙痒感受,但在AEW诱导慢性痒的发生和维持中并不是关键调控者。
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