【Nature Medicine】“低头族”的福音，科学家解开”眼痒“之谜
生活在信息时代，我们的身边充斥着手机、ipad、笔记本电脑、游戏机等多种电子产品，五花八门，种类繁多。我们可以用它们上网、聊天、查天气、照相等等，其便利之处，可见一斑。
然而，现代人走路、吃饭、上班、坐车时都在看手机，不知不觉成为了“低头族”，这种行为除了会带来社交方面的负面影响和颈椎不适以外，我们最常感受的就是双眼干涩、痛痒难忍。
眼睛疼痛或发痒常常难以治愈，摩擦、抓揉发痒的眼睛会导致眼睛感染、红肿、圆锥角膜，甚至是白内障。在我们的体验中，眼睛发痒发生在结膜，而不出现于角膜；眼睛疼痛常见于角膜，而少见于结膜。面对这种情况，我们常使用眼药水缓解眼部不适，但是对于结膜和角膜痛或痒如何发生，其神经机制如何，我们知之甚少。
结膜(conjunctiva)与角膜(cornea)
过去的研究发现，瞬时受体电位通道A1（TRPA1）在眼睛发痒的非组胺痒觉通路中起重要作用[1]，但是痛、痒觉感受神经元中均表达TRPA1，我们并不知道这些神经元中哪一亚群特异性介导痛觉或痒觉，也不了解这些神经元如何区别支配结膜与角膜。
TRPA1通道
2018年7月9日，Nature Medicine杂志在线刊登了华盛顿大学医学院Qin Liu研究组的最新重要工作[2]，他们发现三叉神经节对结膜和角膜的支配方式不同，其中表达MrgprA3的感觉神经元介导结膜痒觉信息传输。本文首次发现眼结膜的痒觉传递通路，并提供了相应疾病的治疗方法。
Qin Liu 研究员
1.三叉神经节对结膜和角膜的支配方式不同
过去的研究表明，结膜和角膜均接受三叉神经节（Trigeminal ganglia, TG）感觉神经元的支配。通过基因报告鼠与单细胞RT-PCR方法，作者发现表达VGLUT3或TRPM8的神经元（与痛觉、冷觉相关）主要支配角膜，而表达MrgprD或MrgprA3（痒觉相关）的神经元只支配结膜。还有另一种痒觉相关的神经元——生长激素抑制素（SST）神经元只支配皮肤，而不支配结膜和角膜（图1）。
图1 三叉神经节感觉神经元对结膜和角膜的支配方式不同
2.MrgprA3 感觉神经元介导结膜急性痒与过敏痒
为研究特异性支配结膜的感觉神经元是否只介导痒觉，作者使用不同致痛、致痒剂作用于结膜或角膜，发现激活SST神经元的免疫因子IL-31和LTD4不能在结膜或角膜上诱发抓挠行为，而在皮肤上可以；MrgprD受体激动剂β-丙氨酸可诱发少量抓挠行为；而MrgprA3受体激动剂氯喹（Chloroquine, CQ）可诱发大量抓挠行为（图2a-c）。进一步，作者敲除MrgprA3受体，发现不仅CQ不会诱发小鼠在结膜处的抓挠行为，其它致痒剂组胺和5-羟色胺也不会（图2c）。这些结果表明，MrgprA3阳性的感觉神经元在结膜痒中起重要作用。
接下来，为证明MrgprA3 神经元参与结膜痒，作者将MrgprA3tdTomato鼠与PirtGCaMP3鼠杂交，其子代MrgprA3 神经元表达红色荧光蛋白，感觉神经元表达GCaMP3，因而可记录MrgprA3 神经元的钙信号。他们发现MrgprA3 神经元会被四种致痒剂NPFF、CQ、组胺、5-羟色胺激活（图2d-j），表明结膜MrgprA3 感觉神经元介导组胺与非组胺急性痒觉，与皮肤痒觉传递的神经机制不同[3]。
图2 结膜MrgprA3 感觉神经元介导急性痒
有趣的是，NPFF、组胺与5-羟色胺均可由免疫系统肥大细胞分泌，因此作者就结膜的过敏性发痒展开研究。当结膜产生过敏反应时，肥大细胞会产生脱颗粒作用，诱发大量抓挠行为（图3a-c）。特别地，结膜中多数肥大细胞毗邻MrgprA3 神经纤维，尤其是脱颗粒肥大细胞（图3d-f），敲除MrgprA3 神经元显著减少结膜过敏诱发的抓挠行为（图3g），表明MrgprA3 神经元参与过敏痒觉的传递。
图3 结膜MrgprA3 感觉神经元介导过敏痒
3.眼部痒觉的中枢神经信号通路
过去的研究发现，调控结膜与角膜的中枢神经环路不尽相同[4]，因此在找到介导结膜痒的外周神经环路后，作者就其中枢神经环路展开研究。大量研究指出，神经介素B（Neuromedin B, NMB）在感觉神经元中高度表达，并介导痒觉传输[5]。作者在结膜或角膜中注射逆行示踪剂WGA，通过lacZ报告基因，作者发现NMB主要表达在支配结膜的感觉神经元中（图4a-g）。而且，支配结膜的感觉神经元的中枢投射区域有大量NMB受体NMBR表达，而支配角膜的感觉神经元的中枢投射区域则无NMBR表达（图4h,j）。
此外，敲除NMB或NMBR会大幅降低小鼠抓挠行为（图4i），而不影响痛觉（文章补充材料），表明中枢NMB-NMBR信号通路支配结膜而非角膜，介导痒觉而非痛觉。
图4 中枢NMB-NMBR信号通路介导结膜痒觉
4.眼部发痒的新型医疗策略
在了解介导眼部发痒的神经环路之后，作者尝试用药理学方法沉默MrgprA3 感觉神经元，以缓解眼部发痒症状。他们混合使用CQ与钠通道阻断剂QX-314，QX-314本身不能穿过细胞膜，但CQ作用于MrgprA3诱发TRPA1通道打开[1]，QX-314可经由TRPA1通道进入感觉神经元，阻止其发放，从而达到沉默作用（图5a-d）。
急性痒方面，作者在小鼠结膜处滴加低浓度CQ (4 mM)与QX-314的混合溶液，发现此方法可大幅减少CQ(12 mM)诱发的抓挠行为，此效应可持续24小时之久，其效果明显优于抗组胺药物苯吡胺（其药效持续时间不到1小时（图5e-h））。
过敏痒方面，作者使用卵清蛋白诱发过敏反应，发现肥大细胞大量累积并脱颗粒化，滴加CQ QX-314可减少肥大细胞的累积但不影响其脱粒化，而苯吡胺无任何作用（图5i-k）。此外，作者发现MrgprA3 神经元中大量表达神经肽CGRP，CGRP也可诱导肥大细胞的累积（图5l-n），提示CQ和QX-314联合用药的高效性。
图5 药理学沉默MrgprA3 神经元缓解结膜急性痒与过敏痒
5.介导眼部痒觉的神经环路具有保守性
在人类基因中，hMrgprX1可被CQ激活，对应于小鼠MrgprA3[3]。通过人类样本，作者发现hMrgprX1 神经元特异性支配结膜，而不支配角膜（图6c-d）。
接下来，作者使用MRGPX1;Mrgpr-/-鼠，这种鼠不表达所有鼠源Mrgpr，但在原位置表达人源hMrgprX1（图6a-b）。通过电生理方法，他们发现CQ可诱发hMrgprX1 神经元发放，而TRPA1拮抗剂HC030031可阻断此过程（图6e-f），表明人源hMrgprX1也偶联TRPA1通道。
行为学方面，作者使用前文治疗策略——CQ QX-314，发现可以显著减少MRGPX1;Mrgpr-/-鼠抓挠行为，药效可维持24小时（图6g）。
过敏痒方面，作者发现免疫因子NPFF可激活hMrgprX1 神经元，并会诱发MRGPX1;Mrgpr-/-鼠产生大量抓挠行为（图6h-i），表明人源hMrgprX1介导急性痒与过敏痒。
图6 介导眼部痒觉的神经环路具有保守性
信息时代中，经常看手机、电脑的我们，眼睛经常会疼痛、发痒，疼痛发生在角膜，而发痒出现在结膜，其特异性的神经机制，我们尚未可知。本文结合解剖学、药理学和行为学等方法，发现三叉神经节支配结膜、角膜的方式不同，特异性支配结膜的感觉神经元表达MrgprA3，负责痒觉信息传递。此外，基于MrgprA3与TRPA1的偶联性质，本文采用低浓度CQ混合QX-314的方式，可缓解眼痒症状长达24小时。最后，本文证明此特异性支配环路具有保守性。
这项研究极大提高了我们在眼部痒觉领域的认知，为结膜发痒提供了可供参考的治疗方案，着实是信息时代的福音。不过，长时间看手机、电脑危害颇多，尽量不要做“低头族”哦！
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参考文献
1.Huang, C.C., et al., A histamine-independent itch pathway is required for allergic ocular itch. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2016. 137(4): p. 1267- .
2.Huang, C.C., et al., Anatomical and functional dichotomy of ocular itch and pain. Nat Med, 2018.
3.Liu, Q., et al., Sensory Neuron-Specific GPCR Mrgprs Are Itch Receptors Mediating Chloroquine-Induced Pruritus. Cell, 2009. 139(7): p. 1353-1365.
4.Panneton, W.M., H. Hsu, and Q. Gan, Distinct central representations for sensory fibers innervating either the conjunctiva or cornea of the rat. Exp Eye Res, 2010. 90(3): p. 388-96.
5.Zhao, Z.Q., et al., Cross-inhibition of NMBR and GRPR signaling maintains normal histaminergic itch transmission. J Neurosci, 2014. 34(37): p. 12402-14.
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