北京时间2022年8月10日，广东省智能科学与技术研究院张旭院士实验室（躯体感觉神经网络研究组）与李昌林研究员实验室（躯体感觉神经系统发育与疾病研究组）在国际权威学术期刊《美国科学院院报》（Proceeding of the National Academy of Sciences）在线发表题为“Distinct neural networks derived from galanin-containing nociceptors and neurotensin-expressing pruriceptors”的研究论文。
该研究利用单纯疱疹病毒（HSV，Herpes simplex virus）神经示踪技术，实现了从初级感觉神经元到大脑感觉皮层的整体神经网络标记，发现了传递痛觉和痒觉神经元大脑神经网络的差异，并进一步揭示了差异核团与痛觉和痒觉传递的相关性。
痛觉和痒觉是两种截然不同的感觉，但都起到保护机体免受伤害的作用。痛觉由环境中的伤害性刺激引发，导致动物的避让行为；痒觉由致痒源激发，引起动物的抓挠欲望。参与编码痛觉和痒觉的大脑神经网络是否相同，目前尚不十分清楚。研究人员首先建立了HSV顺行跨多级神经元的示踪方法，利用免疫抑制剂增强了HSV在小鼠神经系统内的感染，成功实现了从特定类群背根节（DRG, Dorsal root ganglia）神经元到初级感觉皮层的躯体感觉神经网络的荧光标记，从而可以对痛觉和痒觉相关的躯体感觉神经网络的异同进行研究（图1）。
图1. Gal+伤害性感受器和Nts+痒觉感受器下游神经网络的追踪和重构表达甘丙肽（Gal，Galanin）的DRG神经元是一种伤害性感受器，表达神经降压素（Nts，Neurotensin）的DRG神经元是一种痒觉感受器，它们具有相似的末梢结构，共用脊髓丘脑束将痛觉或痒觉传递至初级感觉皮层，却分别编码痛觉和痒觉，引发截然不同的行为反应。利用重组HSV示踪技术，研究人员对Gal阳性（Gal+）DRG神经元和Nts阳性（Nts+）DRG神经元的下游神经网络进行了示踪。通过全脑扫描、三维重构和脑图谱比对，完成了对两类神经网络的定量分析（图1）。
研究人员发现，全脑有近1/3核团参与到这两类神经网络，其中近半数核团在两类神经网络中的标记水平存在差异。在上行传导通路中，脊髓延髓束同时参与Gal+伤害性感受器和Nst+痒觉感受器的下游神经网络。两类神经网络中，病毒标记中脑导水管周围灰质（PAG, Periaqueductal gray matter）的神经元数量相当，但亚核团分布却不尽相同。在运动系统中，控制躯体运动的初级运动皮层（M1，Primary motor cortex）和红核（RN，Red nucleus）在Gal+伤害性感受器下游神经网络中的标记水平较高，而参与情感运动系统的孤束核（NST，Nucleus of the solitary tract）和迷走神经背侧运动核（DMX，Dorsal motor nucleus of vagus nerve）则在Nts+痒觉感受器下游神经网络中的标记水平较高（图2）。
图2. Gal+伤害性感受器和Nts+痒觉感受器下游神经网络的异同研究人员进一步用c-Fos实验验证了伤害性热刺激能激活RN的神经元，而组胺诱导痒刺激能激活NST/DMX的神经元。用化学遗传学方法抑制RN的活性降低了动物对伤害性热刺激的敏感性，而抑制NST/DMX的活性则减少了注射组胺后动物的抓挠行为。以上结果揭示了Gal+伤害性感受器和Nts+痒觉感受器的下游神经网络核团分别在传递痛觉或痒觉中的作用。
综上所述，该研究建立了基于HSV的顺行跨多级神经网络示踪方法，系统地比较了痛觉和痒觉相关躯体感觉神经网络的异同，揭示了大脑区分痛觉和痒觉信息的神经环路机制。
广东省智能院陈琰博士、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心博士研究生宋玉冉、中科院深圳先进技术研究院王华东博士为本文共同第一作者。广东省智能院的张旭院士和李昌林研究员为论文的共同通信作者。该项工作得到了中科院深圳先进技术研究院徐富强研究员团队、华中科技大学苏州脑空间信息研究院李安安教授和龚辉教授团队、中科院上海高等研究院研究团队的合作和支持，并获得广东省科技厅、国家自然科学基金委、中国科学院、中国医学科学院和上海市科委等多个项目的支持。
相关论文信息：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2118501119
