老年人為何易發(fā)皮膚瘙癢：機(jī)械敏感離子通道Piezo2-Merkel細(xì)胞調(diào)控觸覺到癢覺的轉(zhuǎn)化

慢性瘙癢癥是老年人中日益普遍且使人衰弱的難題。年齡相關(guān)的干皮病通常與機(jī)械性瘙癢緊密相關(guān)，特指由無害的機(jī)械刺激（例如輕觸）引起的瘙癢。研究者采用von Frey技術(shù)給予青年和老年小鼠（分別為2個(gè)月和大于24個(gè)月）的皮膚以不同強(qiáng)度的機(jī)械力。從0.02 g到0.16 g的機(jī)械力刺激引起老年（而非青年）小鼠的抓撓行為。相反，年齡并不影響經(jīng)典致癢劑（如組胺或氯喹）誘發(fā)的急性瘙癢反應(yīng)。老年與青年小鼠的機(jī)械性疼痛（2.0 g von Frey纖維誘發(fā)）和熱痛反應(yīng)沒有任何差異。

最近研究表明，有毛皮膚低閾值機(jī)械感受器(LTMR)支配脊髓神經(jīng)肽Y (NPY)陽性的中間神經(jīng)元亞群，并且在機(jī)械性瘙癢感覺傳遞中起關(guān)鍵作用。為了研究衰老是否影響LTMR的發(fā)放特性，研究者通過體外皮膚-神經(jīng)標(biāo)本的記錄，分析了不同類型皮膚纖維的發(fā)放模式。結(jié)果顯示，青年小鼠I型慢適應(yīng)(SAI)傳入纖維表現(xiàn)出持續(xù)放電，與之形成鮮明對比的是，老年小鼠則表現(xiàn)為截短的靜態(tài)放電模式，其被歸類為中等適應(yīng)(IA)反應(yīng)。老年小鼠與青年小鼠相比，機(jī)械刺激（從1 mN～150 mN）引起的SAI傳入神經(jīng)的放電速率從50 mN開始顯著降低，并且SAI傳入神經(jīng)的發(fā)放閾值顯著增加。動(dòng)態(tài)和靜態(tài)時(shí)相的放電數(shù)在老年小鼠也顯著減少。然而，老年和青年小鼠的快適應(yīng)(RA)、Aδ和C型LTMR纖維的發(fā)放特性是類似的。兩組中Aβ纖維亞型的總體比例和傳導(dǎo)速率也類似。盡管有報(bào)道稱有毛皮膚的機(jī)械感覺傳入選擇性地支配脊髓表達(dá)NPY的中間神經(jīng)元，研究者發(fā)現(xiàn)老年和青年小鼠支配有毛和無毛皮膚的SAI纖維的發(fā)放特性沒有顯著差異。這表明NPY陽性和尚未鑒定的NPY陰性的中間神經(jīng)都可能接受來自SAI傳入神經(jīng)的輸入。

由于表皮中的Merkel細(xì)胞和SAI傳入纖維形成“突觸樣”連接，并且編碼獨(dú)特的SAI發(fā)放模式，因此，研究者推測在衰老相關(guān)的機(jī)械性瘙癢的情況下，Merkel細(xì)胞可能作為上游信號(hào)，參與SAI反應(yīng)的選擇性衰減效應(yīng)。因此，研究者使用免疫熒光染色法來確定老化皮膚中Merkel細(xì)胞的數(shù)量和形態(tài)。結(jié)果顯示，表皮機(jī)械敏感性觸覺圓頂(touch-dome)中的Merkel細(xì)胞數(shù)量在老年小鼠明顯減少，而觸覺圓頂傳入纖維末梢結(jié)構(gòu)在老年小鼠是完整的，并且和青年小鼠類似。鑒于Merkel細(xì)胞在觸覺區(qū)域傳入纖維動(dòng)作電位的持續(xù)發(fā)放是必需的，衰老皮膚中Merkel細(xì)胞的喪失可能促進(jìn)機(jī)械性瘙癢。

因此，研究者采用經(jīng)典的丙酮-乙醚-水(AEW)模型，模擬老年人常見的干皮病瘙癢（也表現(xiàn)為機(jī)械性瘙癢）。相對于對照組小鼠，AEW處理的小鼠從第3天開始機(jī)械性瘙癢顯著增強(qiáng)，并且在第5天機(jī)械性瘙癢達(dá)到平臺(tái)期。與對照組小鼠相比，AEW處理的小鼠中皮膚Merkel細(xì)胞的數(shù)量顯著減少，而兩組之間的神經(jīng)纖維的總長度相當(dāng)。研究者接下來通過有針對性記錄觸覺圓頂傳入纖維，研究了Merkel細(xì)胞的喪失是否影響SAI反應(yīng)。與對照組小鼠的SAI反應(yīng)相比，AEW處理小鼠的觸覺圓頂傳入纖維表現(xiàn)出明顯不同的IA反應(yīng)的發(fā)放模式。盡管兩組SAI傳入纖維的傳導(dǎo)速率相當(dāng)，但AEW處理小鼠的觸覺圓頂傳入神經(jīng)在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)時(shí)相都顯示出更高的放電閾值和更少的放電數(shù)。

為了直接研究Merkel細(xì)胞在調(diào)節(jié)機(jī)械性瘙癢中的作用，研究者測量了Merkel細(xì)胞缺陷型小鼠(K14Cre; Atoh1f/f)的機(jī)械性瘙癢行為。與對照小鼠相比，K14Cre；Atoh1f/f小鼠對von Frey刺激表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的抓撓反應(yīng)。在K14Cre；Atoh1f/f小鼠中，皮內(nèi)注射組胺和氯喹引起的急性瘙癢以及機(jī)械痛和熱痛反應(yīng)均未改變。

然后，研究者測試了激活Merkel細(xì)胞是否可以作用于相同通路從而抑制機(jī)械性瘙癢。通過將Atoh1CreERT；Ai9報(bào)告基因小鼠與Gq偶聯(lián)的DREADD小鼠雜交，研究者制造了可通過化學(xué)遺傳學(xué)刺激選擇性激活Merkel細(xì)胞的小鼠。他莫昔芬誘導(dǎo)后，Atoh1CreERT；Ai9報(bào)告基因小鼠在Merkel細(xì)胞中表現(xiàn)出tdTomato的強(qiáng)表達(dá)，而不是在其他結(jié)構(gòu)（如感覺神經(jīng)末梢）。DREADD配體CNO可引起Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠新鮮分離的胡須毛囊增大段的tdTomato陽性的Merkel細(xì)胞內(nèi)快速Ca2+濃度([Ca2+]i)反應(yīng)，但對Cre-Atoh1-Gq-DREADD小鼠無效。在AEW處理的Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠的皮膚-神經(jīng)標(biāo)本，CNO治療顯著提高了機(jī)械刺激誘發(fā)的SAI纖維的發(fā)放頻率（特別是在靜態(tài)時(shí)相），而對Cre-Atoh1-Gq-DREADD小鼠無效。結(jié)果提示，激活殘存的Merkel細(xì)胞中Gq-DREADDs促進(jìn)AEW處理小鼠中SAI傳入纖維的持續(xù)發(fā)放。因此，通過在AEW處理后第5天測量機(jī)械性瘙癢，研究者測試了廣譜性化學(xué)遺傳學(xué)激活Merkel細(xì)胞是否可以抑制Atoh1-Gq-DREADD小鼠中的機(jī)械性瘙癢。確實(shí)，CNO治療顯著抑制Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠中的機(jī)械性瘙癢。注射溶劑和將CNO注射到Cre-小鼠的機(jī)械性瘙癢相當(dāng)。

機(jī)械敏感性離子通道Piezo2是由皮膚Merkel細(xì)胞表達(dá)的經(jīng)典的輕觸感受器，并且對正常的SAI反應(yīng)是必需的。研究者直接測試了Piezo2是否參與調(diào)節(jié)皮膚機(jī)械性瘙癢。相對于Cre-小鼠，Cre+K14Cre；Piezo2f/f小鼠表現(xiàn)出明顯增強(qiáng)的機(jī)械性瘙癢。然后，研究者通過將Atoh1CreERT小鼠與Piezo2f/f小鼠雜交特異性敲除Merkel細(xì)胞中的Piezo2。他莫昔芬誘導(dǎo)后，Cre+而不是Cre-小鼠表現(xiàn)出機(jī)械性瘙癢行為的顯著增加。組胺或氯喹誘導(dǎo)的急性癢在Cre-、Cre+K14Cre；Piezo2f/f小鼠和Atoh1CreERT；Piezo2f/f小鼠之間是類似的。在K14Cre；Piezo2f/f和Atoh1CreER；Piezo2f/f小鼠中機(jī)械痛和熱痛反應(yīng)也沒有改變。

研究結(jié)果表明，皮膚Piezo2通道Merkel細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)在調(diào)節(jié)觸覺轉(zhuǎn)化為癢覺方面至關(guān)重要，并且這對于外周機(jī)械感受器將機(jī)械刺激從皮膚傳導(dǎo)到脊髓的正常功能來說顯然是必需的。此外，機(jī)械刺激可能控制脊髓NPY+和NPY-的抑制性中間神經(jīng)元的活動(dòng)。該研究結(jié)果也為衰老和慢性瘙癢條件下機(jī)械性瘙癢門控機(jī)制的缺失提供一個(gè)解釋。