瘙痒和疼痛是机体十分重要的两种感觉,在物种的进化过程中比较保守。在生理条件下,短暂的瘙痒和疼痛是一种保护机制,它能提示机体外界的有害刺激,从而做出相应的反应来避免进一步的伤害,比如疼痛主要是引起一种退缩反应,而瘙痒则引起强烈的抓挠欲望。虽然二者在个人体验以及反应形式上差异巨大,但是其并不是完全独立的,二者之间存在紧密的联系。一些和疼痛相关的离子通道和受体也介导瘙痒信息的传递。随着瘙痒研究的逐步深入,瘙痒相关受体和通路逐渐被发现,这些受体参与的瘙痒信息的传递也需要部分疼痛相关离子通道的参与,比如TRPA1和TRPV1。疼痛和瘙痒之间还存在抑制关系,越来越多的证据表明疼痛确实能够抑制瘙痒,而且一些相关的抑制通路也陆续被报道。相比于对疼痛的研究,瘙痒的研究本世纪以来才有了比较大的进展,虽然部分瘙痒相关的受体、离子通道、神经递质以及神经元陆续被发现,但是关于这些分子的表达以及相关神经元发育的调控机制,目前来说还很不清楚。一些文献报道,部分转录因子参与感觉神经元的发育调控,我们实验室前期工作表明转录因子Tlx3能够调控背根神经节中Trk A+神经元向Ret+神经元的分化,同时也能够控制一系列疼痛相关分子的表达。由于瘙痒感受神经元也是来源于Trk A+神经元,所以我们猜测Tlx3也能够调控瘙痒感受神经元的分化发育以及瘙痒相关分子的表达。为了探究这一问题,我们构建了Tlx3条件性敲除小鼠Tlx3F/F;Nav1.8-cre,即选择性地在背根神经节Nav1.8+神经元中敲除Tlx3。为了探究转录因子Tlx3是否会调控瘙痒相关分子的表达水平,我们首先用RNAseq的方法比较了Tlx3条件性敲除小鼠和对照组小鼠背根神经节的转录组差异,发现在Tlx3条件性敲除小鼠的背根神经节中大部分目前已经报道的瘙痒相关分子的表达明显下降。为了进一步验证RNAseq的结果,我们采用了m RNA原位杂交实验检测了部分瘙痒相关分子的表达,发现在Tlx3条件性敲除小鼠的背根神经节中Mrgpr A3,IL31ra,Nppb,Sst的表达完全缺失。以上结果证明了Tlx3是许多瘙痒相关分子的表达所必须的。为了探究Tlx3条件性敲除小鼠背根神经节中瘙痒相关分子的表达下调是否会影响小鼠的瘙痒行为,我们首先比较了Tlx3条件性敲除小鼠和对照组小鼠对多种致痒剂诱导产生的急性瘙痒的反应。我们选用了四种不同类型的致痒剂:Compound48/80,chloroquine,α-Me-5-HT,SLIGRL-NH2。Compound48/80能够引起组胺依赖性瘙痒,而后三种引起非组胺依赖性瘙痒。Tlx3条件性敲除小鼠对这四种致痒剂引起的急性瘙痒的反应和对照组小鼠相比都明显减弱,说明Tlx3能够调控急性瘙痒的产生,既包括组胺依赖性瘙痒也包括非组胺依赖性瘙痒。由于许多瘙痒相关受体也介导慢性瘙痒,所以我们又检测了Tlx3条件性敲除小鼠对慢性瘙痒的反应。我们采用了两种慢性瘙痒模型:皮肤干燥(Dry skin)和过敏性接触性皮炎(Allergic contact dermatitis,ACD)模型。Tlx3条件性敲除小鼠对于Dry skin引起的慢性瘙痒的反应比对照组小鼠弱,但是对于ACD引起的慢性瘙痒的反应却和对照组小鼠没有明显区别。说明Tlx3也参与调控部分类型慢性瘙痒的产生。由于许多瘙痒相关分子的表达都明显缺陷,但是Tlx3条件性敲除小鼠仍然出现了明显的瘙痒,提示慢性瘙痒的复杂性以及其他信号通路的参与。之前的报道表明在部分慢性瘙痒模型中TRPV1的表达出现上调,这提示其可能参与慢性瘙痒。我们发现在Tlx3条件性敲除小鼠和对照组小鼠中TRPV1拮抗剂AMG9810能明显缓解Dry skin以及ACD引起的慢性瘙痒,表明TRPV1确实参与慢性瘙痒。疼痛能够抑制瘙痒,而有报道表明背根神经节中的TRPV1+/TRPA1+神经元参与这种抑制,为了探究其是否也受Tlx3调控,我们使用了辣椒素(capsaicin)和AITC(allyl isothiocyanate)面部注射实验。我们发现面部注射AITC在Tlx3条件性敲除小鼠和对照组小鼠都只引起了明显的疼痛反应,而几乎没有瘙痒反应,说明抑制通路没有受到明显影响。但是面部注射辣椒素在Tlx3条件性敲除小鼠却引起了明显增强的疼痛反应,更意外的是同时也出现了明显增强的瘙痒。考虑到抑制通路是正常的,我们认为这种明显增强的瘙痒是由于辣椒素诱导的瘙痒本身增强,并且不能完全被抑制通路抑制才表现出来的。由于辣椒素在Tlx3条件性敲除小鼠内引起了明显增强的疼痛和瘙痒,所以我们检测了辣椒素的受体TRPV1的表达情况,发现其表达量在Tlx3条件性敲除小鼠的背根神经节,脊髓以及皮肤中都明显增加。为了详细地了解Tlx3条件性敲除小鼠背根神经节中TRPV1的表达模式,我们进行一系列的免疫荧光实验。我们发现在野生型小鼠的背根神经节中只有约27%Tlx3+神经元表达TRPV1而且绝大多数TRPV1+神经元都不表达或者低表达Tlx3,进一步证实Tlx3能够抑制TRPV1的表达。Tlx3条件性敲除小鼠的背根神经节中TRPV1大幅度地扩展到IB4+非肽类神经元中,同时其在CGRP+肽类神经元的比例也有增加。相似地,在Tlx3条件性敲除小鼠的脊髓背角,TRPV1+神经纤维的投射区域也扩展到IB4+神经纤维投射区域即二层内侧(lamina IIi)。考虑到Tlx3能够调控许多疼痛相关受体,而且TRPV1也是感受热刺激的主要受体之一,所以我们进行了一系列疼痛行为学实验来探究Tlx3是否调控疼痛的产生。我们发现Tlx3条件性敲除小鼠对冷刺激以及炎症性疼痛的反应性明显下降,而对于机械,热刺激以及神经病理性疼痛的反应却保持正常。由于TRPV1是目前已知的感受热的主要受体,虽然其表达水平在Tlx3条件性敲除小鼠中明显升高,但是Tlx3条件性敲除小鼠对热刺激的反应却没有明显变化。为了进一步验证这一现象,我们采用了脊髓神经元激活实验来判断热刺激是否能够在Tlx3条件性敲除小鼠的脊髓背角激活更多的神经元,结果发现热刺激在Tlx3条件性敲除小鼠和对照组小鼠脊髓内激活的脊髓神经元数量没有明显差别,而辣椒素在Tlx3条件性敲除小鼠脊髓内激活的神经元数量却明显比对照组小鼠多,说明Tlx3条件性敲除小鼠内明显增加的TRPV1使得其对辣椒素的敏感性增加,却不影响其对热刺激的反应。综上,本研究证实了转录因子Tlx3能够调控大部分瘙痒相关分子的表达,其功能缺失导致瘙痒相关分子的表达下降或者消失,从而使小鼠对急性瘙痒和部分慢性瘙痒的反应明显减弱。Tlx3能够抑制TRPV1的表达,Tlx3条件性敲除小鼠内TRPV1的表达明显增加,这就导致面部注射辣椒素在Tlx3条件性敲除小鼠内引起了同时增强的疼痛和瘙痒。Tlx3也参与调控冷痛和炎症性疼痛的产生。本研究揭示了瘙痒感受神经元的发育的部分分子机制,同时也证实了TRPV1在慢性瘙痒产生中的重要性,为以后慢性瘙痒的治疗提供了理论依据。