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痒觉是一种引起机体搔抓欲望的不愉快的躯体感觉。内源或外源性的致痒物质激活痒觉神经元的外周神经纤维上的痒觉受体,使神经元兴奋并产生动作电位,然后通过痒觉神经元的中枢端纤维将兴奋传导到脊髓背角中间神经元,再通过脊髓丘脑神经束上行传导到大脑感觉皮层,最终形成痒觉。MrgprA3是Mrgprs家族的成员之一,它特异性地表达在外周神经系统的背根神经节(DRG)和三叉神经节(TG)。MrgprA3是一种抗疟疾药物氯喹的特异性受体,MrgprA3~+神经元(MrgprA3~+neuron)是首次在小鼠的外周神经系统发现的一类痒觉特异性神经元。氯喹激活MrgprA3后引起MrgprA3~+neuron兴奋,使小鼠产生瘙痒。本论文研究了MrgprA3~+neuron的外周分布特征和电生理特性。首先,我们利用遗传学方法将MrgprA3~+neuron进行特异性标记。我们将转基因Mrgpra3EGFP-Cre小鼠与ROSA26td Tomato小鼠交配繁殖后获得转基因Mrgpra3EGFP-Cre;ROSA26td Tomato小鼠。该小鼠的DRG中的MrgprA3~+neuron被特异性标记了EGFP和td Tomato两种荧光蛋白,它成为本论文的重要研究工具。我们采用激光共聚焦技术研究了MrgprA3~+neuron的外周神经纤维(MrgprA3~+fiber)在皮肤的投射分布特征。研究结果表明:颈部和腹部皮肤的MrgprA3~+fiber分布较少,密度较低,呈散点分布。背部皮肤的MrgprA3~+fiber分布较细长,部分毛囊周围被MrgprA3~+fiber所缠绕。相比之下,脸颊和脚掌皮肤分布的MrgprA3~+fiber分布较多,密度较高,直径更粗。因此,MrgprA3~+fiber在小鼠躯体不同部位的皮肤区域都有分布,但是神经纤维的形态特征和分布特征存在差异。接下来,我们利用双光子成像技术研究了MrgprA3~+neuron胞体在脊髓不同节段的整体DRG中的三维空间分布特征。研究结果表明:颈段DRG的Z轴成像深度为350μm,MrgprA3~+neuron都为小直径感觉神经元,主要分布在直径11~20μm区间,占90.7%。胸段DRG的Z轴成像深度为250μm,MrgprA3~+neuron绝大部分为小直径感觉神经元,主要分布在直径11~20μm区间,占81.1%。此外,还有1.0%的MrgprA3~+neuron为直径26μm以上的中等直径感觉神经元。腰段DRG的Z轴成像深度为400μm,MrgprA3~+neuron胞体形态清晰,分布非常集中。它们都是小直径感觉神经元,主要分布在直径16~25μm区间,占85.6%。尾段DRG的Z轴成像深度只有200μm,MrgprA3~+neuron数量较少,分布稀疏。它们也都为小直径感觉神经元,主要分布在直径11~20μm区间,占92.3%。在尾段的整体DRG中还可以观察到非常清晰的MrgprA3~+fiber,它被td Tomato红色荧光标记,而不带EGFP绿色荧光。因此,MrgprA3~+neuron在脊髓的颈、胸、腰和尾四个不同节段的DRG中都有分布,但分布数量和特点存在较大差异。最后,我们利用膜片钳技术比较研究了MrgprA3~+neuron与两类MrgprA3-neuron(MrgprA3--non-Dil neuron和MrgprA3--Dil neuron)的电生理特性。MrgprA3--Dil neuron是利用Dil染料逆行追踪技术标记的特异性支配皮肤的MrgprA3-neuron,它与MrgprA3~+neuron的外周神经纤维的支配区域一致。而MrgprA3--non-Dil neuron的外周神经纤维支配区域广泛,可能支配肌肉、骨骼和内脏等深层组织。研究结果表明:MrgprA3~+neuron主要呈现动作电位单发放模式,而两类MrgprA3-neuron主要呈现动作电位多发放模式。MrgprA3~+neuron的静息膜电位显著低于两类MrgprA3-neuron。通过对动作电位的特征进行分析,我们发现MrgprA3~+neuron的后去极化相的duration to 50%decay和duration to 80%decay显著高于两类MrgprA3-neuron,说明MrgprA3~+neuron产生动作电位后膜电位需要更长的时间才能恢复至静息膜电位。因此,MrgprA3~+neuron的兴奋性显著低于两类MrgprA3-neuron。接下来,我们利用全细胞电压钳技术比较研究了它们的电压门控钾离子通道(Kv通道),研究结果表明:MrgprA3~+neuron的sustained Kv通道的电流密度显著高于两类MrgprA3-neuron。重要的是,当TEA阻断sustained Kv通道后MrgprA3~+neuron的静息膜电位发生显著的去极化,动作电位发放活动显著增强,说明sustained Kv通道降低了MrgprA3~+neuron的兴奋性。除此之外,我们也比较研究了它们的电压门控钠离子通道(Nav通道),研究结果表明:MrgprA3~+neuron的TTX-R Nav通道的峰电流密度显著高于两类MrgprA3-neuron,但它们的稳态激活和稳态失活曲线的特征无显著性差异。由于MrgprA3~+neuron的动作电位发放活动显著弱于两类MrgprA3-neuron,说明MrgprA3~+neuron的动作电位发放活动主要受到sustained Kv通道调控。我们推测MrgprA3~+neuron的TTX-R Nav通道可能主要起平衡sustained Kv通道的作用,以此来避免它的神经兴奋性进一步降低,以维持它的正常生理功能。综上所述,我们首次研究了MrgprA3~+neuron的外周神经纤维在皮肤的形态分布特征和神经元胞体在整体背根神经节的三维空间分布特征;研究首次研究了MrgprA3~+neuron的电生理特性并阐明了其离子通道机理。本论文的研究有助于我们加深对痒觉神经元的形态特征和生理功能的认识,为抗瘙痒药物的开发和瘙痒治疗提供依据。